Caratterizzazione sperimentale dell'erosione da impatto in curve di condotti in pressione

In many engineering fields, particularly in the oil & gas industry, there are streams containing solid particles, such as sands. The particles can impact on the inner walls of the products, removing the material and damaging the plants. This phenomenon is called impact erosion. the study of impact erosion in pipe bends is particularly interesting. In fact, due to the change in direction of the flow inside them, they are very susceptible to damage due to erosion. In this work we evaluated the erosion resistance of pipe bends of different sizes (1 and 2") and materials (ASTM A 420 WPL6 stainless steel, stainless steel coated with NiP-SiC/ 4C coating). The tests were done by installing the bends in a loop system and with a mixture of water and silica sand at low concentration (0.5÷0.9%), with flow velocities of 12.5 m/s (2'' bends) and 24.9 m/s (1'' bend). Erosion was evaluated by measuring the mass lost by the bends during the tests. Tests have shown that coated bends have an erosion resistance between four and six times greater than the bend without coating. Furthermore, a straight section of GRE (Glass Reinforced Epoxy) pipe was tested and subjected to a water-sand flow (concentration between 0.3 ÷ 0.7%) at a speed of 8.6 m/s for 9 hours of testing. The GRE is an innovative material for the oil & gas industry, which erosion resistance capabilities are not yet well known. Tests have shown that the GRE has good resistance to erosion and therefore its use in oil & gas applications may be feasible The measurement of the concentration took place through the analysis of samples taken directly from the pipeline during the tests, through an isokinetic probe installed on a section of the pipe. A special feature of the isokinetic probe is that the velocity of the entering fluid does not vary compared to the average velocity of the fluid in the pipeline. To be able to use it in different operating conditions of the system, the probe has been calibrated experimentally.

In molte applicazioni ingegneristiche, in particolare in quelle oil & gas, si trovano flussi contenenti particelle solide, come le sabbie. Le particelle possono impattare sulle pareti interne dei manufatti, rimuovendone il materiale e danneggiando così gli impianti. Questo fenomeno è detto erosione da impatto. Di particolare interesse è lo studio dell’erosione da impatto per le curve di condotti in pressione. Esse infatti, a causa del cambio di direzione del flusso al loro interno, risultano essere particolarmente suscettibili al fenomeno di erosione. In questo lavoro si è valutata la resistenza all’erosione di curve di tubo di diverse dimensioni (1 e 2”) e materiali (acciaio inox ASTM A 420 WPL6, acciaio inox ricoperto con coating NiP-SiC/B4C). I test sono stati svolti installando le curve in un sistema loop e con una miscela di acqua e sabbia silicea a bassa concentrazione (0.5÷0.9%), con velocità del flusso di 12.5 m/s (curve da 2’’) e 24.9 m/s (curva da 1’’). L’erosione è stata valutata tramite la misura della massa persa dalle curve nel corso dei test. I test hanno mostrano che le curve con coating hanno una resistenza all’erosione tra le quattro e le sei volte maggiore della curva senza coating. Inoltre è stato testato un tratto rettilineo di tubo in GRE (Glass Reinforced Epoxy) sottoposto ad un flusso di acqua-sabbia (concentrazione tra 0.3÷0.7%) ad una velocità di 8.6 m/s per un totale di 9 ore di test. Il GRE è un materiale innovativo per l’industria oil & gas, le cui capacità di resistenza all’erosione non sono ancora ben note. I test hanno mostrato che il GRE ha una buona resistenza all’erosione e che quindi potrebbe essere fattibile un suo utilizzo nelle applicazioni oil & gas La misura della concentrazione è avvenuta tramite l’analisi di campioni prelevati direttamente dalle tubazioni dell’impianto durante i test attraverso una sonda isocinetica installata su di un tratto di tubazione. Particolarità della sonda isocinetica è che la velocità d’ingresso del fluido al suo interno non varia rispetto alla velocità media del fluido nel condotto. Per poterla utilizzare nelle diverse condizioni operative dell’impianto, la sonda è stata tarata sperimentalmente.