煤液化管道材料沖蝕磨損試驗與數(shù)值研究.pdf

1、煤液化工藝多相流介質輸運過程中引發(fā)管道系統(tǒng)沖蝕磨損失效的問題極為頻繁，是制約長周期運行的核心問題。因管道系統(tǒng)占據(jù)煤液化工程的絕大部分并關聯(lián)到其它設備，輸送介質含固相濃度高，成分復雜，運行工況多變，難以預測磨損減薄位置，一旦失效穿孔，將會引發(fā)嚴重事故。因此，從多相流沖蝕磨損的影響因素和機理出發(fā)，采用試驗和數(shù)值計算相結合的手段，建立一種科學的煤液化管道系統(tǒng)沖蝕磨損失效預測方法，是解決該類問題的關鍵所在，具有重大學術和工程應用價值。
　

2、　 本文自行研制了一種激波驅動的固粒沖蝕試驗系統(tǒng)，主要開展氣-固兩相流對煤液化管材的沖蝕磨損試驗研究，明確材料的沖蝕磨損機理和壁面邊界函數(shù)值。在此基礎上，選取煤液化常壓塔三通閥至減壓塔進料角閥的管道為失效案例，結合其結構特征和介質物性，運用試驗結果，數(shù)值預測管道內流場和壁面磨損率的分布規(guī)律，主要研究內容和結論包括:
　　 第一、針對現(xiàn)有固粒沖蝕磨損試驗裝置的問題，運用激波原理設計搭建了一種固粒沖蝕磨損試驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)最大激波馬

3、赫數(shù)達2.3，顆粒速度可到200m/s以上，沖角范圍為15～90°;通過對通用鋼材試驗研究證實，本試驗系統(tǒng)可用于其它材料沖蝕磨損規(guī)律的研究。
　　 第二、運用自行研制的沖蝕磨損試驗系統(tǒng)，針對典型煤液化管材(ASTM-A335-P9)開展不同影響因素的試驗研究，其破壞機理主要是低沖角的切削和高沖角的沖蝕脫層作用，分析試驗結果獲得用于數(shù)值計算此材料磨損率的壁面邊界條件。
　　 第三、對比分析國內外研究者建立的磨損模型，選取E

4、M5為本文磨損率計算的模型。
　　 第四、運用CFD技術，根據(jù)所選的沖蝕磨損模型，以及試驗所得材料壁面邊界條件，數(shù)值預測得到磨損嚴重區(qū)主要發(fā)生在彎管背部，綜合分析混合相速度場和粒子沖擊壁面的角度，建立了一種煤液化管道多相流沖蝕磨損預測方法。
　　 本論文的創(chuàng)新在于:1）設計搭建了基于激波管原理的固體粒子沖蝕磨損試驗系統(tǒng);2）試驗確定了一種典型煤液化管材(ASTM-A335-P9)的沖蝕磨損破壞規(guī)律;3）建立了一種適用于煤