نرم افزار تخصصی جهت محاسبه، تحلیل و نمایش داده های خوردگی

admin
خرداد 11, 1403
بدون نظر

نرم افزار پایش خوردگی به صورت کامل توسط متخصصان شرکت ابزار دقیق اورین طراحی و نوشته شده و در مقایسه با نمونه خارجی بستر تحلیل بسیار قویتری را دارد. سرعت خوردگی و به عبارتی پارامترهای خوردگی با توجه به ماهیت خوردگی و نوع سیال در نرم افزار توسعه داده شده و قابل نمایش هستند. بطوریکه، برای هرتجهیز تحت پایش خوردگی به صورت همزمان میتوان پارامترهای خوردگی یکنواخت و یا غیریکنواخت تشریح شده در استانداردهای ASTM G217 و ASTM G102 را محاسبه، تحلیل و به صورت گرافیکی نمایش داد. برای تحلیل دادهها لازم است ابتدا لازم است برخی پارامترهای ثابت وارد شود که در ادامه گفته خواهد شد.

سپس، دادههای ذخیره شده آماده برای پردازش اصلی (محاسبه پارامترهای خوردگی) هستند. برای اجرای کیفی و سریع این پیش پردازش برای هر تجهیز یک محیط برنامه تهیه میگردد که برای دریافت داده از سیستم داده‌گیری تطابق لازم را دارا می باشد.

الف) برای محاسبه برخط داده های خوردگی یکنواخت در محیط گاز ترش، در محیط نرم افزار فرمولهای زیر بر طبق استاندارد ASTM G102–1999 بکار برده شده است:

که در این روابط:

CR به عنوان سرعت خوردگی بوده و برحسب mm/yr است.

MR سرعت اتلاف جرم بوده و برحسب g/m² d می باشد.

i_corr به عنوان دانیسته جریان خوردگی بوده و برحسب μA/cm² می باشد.

K₁ به عنوان ثابت بوده و برابر با mm g/μA cm yr 3.27*10^-3 می باشد.

K₂ به عنوان ثابت بوده و برابر با g cm²/μA m² d 8.954*10^-3 می باشد.

ب) برای محاسبه داده های خوردگی غیریکنواخت (حفره ای یا شیاری) در نرم افزار نوشته شده از معادلات زیر (طبق استاندارد ASTM G217) بهره گرفته شده است:

(3)	CR_max = (1/ε)(I_corr)W_e/(FρA)
(4)	W_e = 1/Σ(m_iz_i/W_i)

I^a_avg = (ΣI^a_i)/n, i = 1 to n

(5)

(6)				CR_avg = (1/ε)(I^a_avg)W_e/(FρA)
			(7)				F_rate = CR_max/CR_avg
	(8)					Q^a_avg = (ΣQ^a_i)/n, i = 1 to n
		(9)			H_avg = (1/ε)(Q^a_avg)W_e/(FρA)

که در این روابط:

CR_max بیشینه نرخ نفوذ تخمینی (mm/yr)، H_avg میانگین عمق نفوذ خوردگی، n تعداد الکترودهای پراب خوردگی، Q^a_i جریان آندی الکترود i ام، Q^a_avg میانگین بار آندی، F_rate ضریب سرعت خوردگی شیاری، I^a_avg میانگین جریانهای آندی، CR_avg میانگین نرخ خوردگی، ε فاکتور توزیع جریان، F ثابت فارادی (C/mol 96485)، A مساحت ناحیه تماس الکترود با سیال (mm²)، ρ دانسیته الکترود (g/cm³)، We وزن معادل (g/mol) که با رابطه 4 تعیین میشود و m_i، z_i و W_i به ترتیب کسر جرمی عناصر موجود در آلیاژ بکار رفته در الکترودهای پراب، حالت اکسیدی عناصر آلیاژی در محلول و وزن اتمی عنصر iام در آلیاژ هستند.

نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد عبارت است از:

به علت اینکه ناحیه سطحی الکترودهای پراب CMAS معمولاً در محدوده 0003/0 تا cm² 01/0 است که حدودا 2 تا 4 برابر کوچکتر از سطح تماس پرابهای تجاری ER و LPRهستند، درنتیجه نرخ نفوذ یا نرخ خوردگی موضعی محاسبه شده با استفاده از پراب های CMAS خطای خیلی کمتری خواهد داشت.

در شکل 1 نمایی از بخش پیش پردازش نرم‌افزار برای داده های پراب در محیط حاوی یون کلرید، آورده شده است. در آن پارامترهای فرکانس نمونه برداری سیستم داده‌گیری، مرتبه و نوع فیلتر، فرکانس نمونه برداری جدید (برای کاهش نمونه برداری)، زمان شروع پایش، زمان پایان پایش خوردگی قابل تنظیم است. در ضمن قابلیت فعال و یا غیر فعال کردن حذف نویز، بایاس، رسم نمودارهای لازم و ذخیره داده پس از اعمال پیش پردازش و … را دارد.

Corrosion rate (CR)

Mass loss rate (MR)

شکل1. نمایی از نرم افزار بارگذاری و پیش پردازش دادههای پراب جهت اعمال تنظیمات پیش پردازش و همچنین نمایش سیگنالها و ذخیره داده‌های برای تعیین میزان عمق نفوذ و سرعت خوردگی

شکل2. نمایش داده‌های تجربی بر اساس تاریخ داده گیری

در شکل‌های (1 و 2)، نمونه‌ای از داده‌های تجربی پروژه های قبل نشان داده شده است که با زدن تیک هر کدام از کانالها، در صفحه اصلی نمایش داده می‌شود و با برداشتن تیک نمودار آن حذف میگردد. همچنین با بکارگیری ابزارهای بزرگنمایی، Pan، حذف، نمایش مجدد، نمایش legend نمودارها و ذخیره نمودار، قابلیتهای متعددی برای نمایش، مقایسه و تحلیل کانالها در نظر گرفته شده است. در برنامه مذکور، قابلیت بارگذاری و مشاهده داده‌های اصلی قبل از وارد کردن پارامترهای پیش پردازش وجود دارد. زیرا که کاربر بر اساس مشاهده و تحلیل سیگنالها تصمیم به تنظیم وارد کردن پارامترهای برنامه پیش پردازش می‌گیرد و سپس اقدام به ذخیره داده‌ها می‌کند. پارامترهای مربوط به پیش پردازش داده‌ها عبارتند از :

فرکانس نمونه برداری پراب چند الکترودی
فرکانس نمونه برداری جدید
زمان شروع پایش جهت تعیین دوره زمانی پایش
زمان پایان پایش جهت تعیین دوره زمانی پایش
ضرایب کالیبره هر کدام ازکانالها (در صورت لزوم)
مقدار بایاس هر کدام از کانالها(در صورت لزوم)

پارامترهای فوق بخش ورودی برنامه توسعه داده شده هستند که در شکل 3 نشان داده شده است. همچنین امکان ذخیره تنظیمات فوق و بارگذاری مجدد آن برای کاربر با دو گزینه Save setup و Load setup درنظر گرفته شده است، که تمامی پارامترها و گزینه‌های صفحه اصلی و جدول را ذخیره و یا بارگذاری می‌کند

شکل3. نمایی پارامترهای ورودی جهت پیش پردازش داده‌های دوره پایش

پس از نمایش دادههای مورد نظر و فعال شدن گزینه Process Data، همچنین بار گذاری پارامترهای پیش پردازش اولیه، میتوان اقدام به نمایش جریان خوردگی هر الکترود پراب کرد که نتیجه آن در نمودارهای مجزا و یا روی هم نمایش داده می‌شود. برای مثال، نمایش داده های جریان خوردگی مربوط به پراب 5 الکترودی در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل4. نمایش داده های جریان خوردگی مربوط به پراب 5 الکترودی

شکل5. نمایی از صفحه اصلی، تنظیم پارامترهای ورودی CMAS، محاسبه و نمایش پارامترهای خروجی و ذخیره آنها.

در ادامه پس از نمایش جریان خوردگی ثبت شده، توسط منوی CMAS Calculation میتوان داده های خوردگی تجهیز مورد نظر را مشاهده کرد (شکل 5). لازم به ذکر است که قبل از محاسبه داده های خوردگی (سرعت خوردگی، عمق نفوذ و…) برخی از داده های ثابت که در زیر آورده شده است را باید وارد کرد:

Equivalent weight: EW (g/mol)
Faraday constant: F (C/mol)
Density of electrode: ρ (g/cm³)
Surface of electrode: A (cm²)

اکی والان وزنی (EW) و دانسیته الکترود با توجه به جنس تجهیز تحت پایش خوردگی طبق استاندارد ASTM G102 باید وارد شود. سطح تماس الکترود با سیال (Surface area) نیز با توجه به فرم هندسی الکترودهای پراب باید محاسبه و وارد شود.

همچنین باید این نکته مهم را ذکر کرد که درصورتی که خوردگی یکنواخت باشد باید از پلت فرم دوم تعبیه شده در محیط نرم افزار استفاده کرد. بعبارتی برای محاسبه برخط داده های خوردگی یکنواخت در محیط گاز ترش، فرمولهای زیر بر طبق استاندارد ASTM G102–1999 بکار برده شده است:

که در این روابط:

CR به عنوان سرعت نفوذ بوده و برحسب mm/yr است. MR سرعت اتلاف جرم بوده و برحسب g/m² d می باشد.

i_corr به عنوان دانیسته جریان خوردگی بوده و برحسب μA/cm² می باشد. K₁ به عنوان ثابت بوده و برابر با mm g/μA cm yr 3.27*10^-3 و K₂ به عنوان ثابت بوده و برابر با g cm²/μA m² d 8.954*10^-3 می باشد.

شکل6. نمایی از پارامترهای ورودی جهت پردازش CMAS و همچنین انتخاب خروجی آن جهت نمایش.

نمایی از پارامترهای ورودی جهت محاسبه پارامترهای خوردگی و همچنین انتخاب خروجی آن جهت نمایش در شکل 6 آورده شده است. در این صفحه نرم افزار، تمامی پارامترهای زیر بر حسب زمان قابل انتخاب جهت محاسبه و نمایش برحسب زمان پایش هستند:

CR_max (ماکزیمم سرعت خوردگی غیریکنواخت)
CR_ave (میانگین سرعت خوردگی غیریکنواخت)
CD_max (ماکزیمم سرعت خوردگی شیاری تجمعی)
CD_ave (میانگین عمق نفوذ خوردگی)
H_max (ماکزیمم عمق نفوذ)
F_depth (ضریب عمق نفوذ)
F_rate(ضریب سرعت شیاری)

لازم به ذکر است تا کنون تجهیز پایش خوردگی که بتواند فاکتورهای بالا را برای یک پدیده خوردگی محاسبه کرده و برخط به نمایش بگذارد در داخل کشور ساخته نشده است.

در شکل 7 نمونهای از محاسبه و نمایش پارامتر خوردگی CR_max برای دادههای تجربی پروژههای قبل نشان داده شده است. در صورت انتخاب هر کدام از پارامترها، نمودار آن رسم خواهد شد. همچنین ابزارهای متعددی جهت بزرگنمایی، Pan، حذف و ویرایش نمودارها در بالای صفحه در نظر گرفته شده است.

شکل7. نمایی از تنظیم پارامترهای ورودی CMAS، محاسبه و نمایش خروجی پارامترها.

همچنین با انتخاب گزینه Subplots ،مواردی از قبیل امکان نمایش، ذخیره و ویرایش هر کدام از پارامترهای خوردگی به صورت مجزا وجود دارد که در شکل های 8 و 9 نشان داده شده است. در نهایت امکان ذخیره داده با فرمت های مختلف txt، mat، Excel و همجنین ذخیره نمودارها در آن با انتخاب گزینه های save Data و Save Fig در نظر گرفته شده است. مهندسین بخش های مختلف مرتبط و درگیر با مساله خوردگی می توانند با استفاده از این اطلاعات به تحلیل عمر تجهیزات بالادستی و میان دست صنعت نفت و همچنین مکانیسم های مختلف خوردگی بپردازند. همچنین با این دستگاه می توان میزان بهینه ممانعت کننده یا بازدارنده های مورد استفاده در هر دو بخش بالادستی و میان دستی را پایش و بدست آورد.