輸氣管道中顆粒屬性及流場作用對沖蝕磨損的影響研究.pdf

1、隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，作為清潔能源的天然氣在全球能源鏈中的地位逐年提高。管道作為天然氣的主要輸送方式，在石油天然氣的開采和運輸中都起著重要的作用。由于天然氣管道內(nèi)的氣體壓力較大，一旦管道在天然氣輸送過程中發(fā)生破壞，可能引發(fā)嚴重的災難性事故，威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。近年來，全球范圍內(nèi)由于天然氣管道泄漏造成的事故屢見不鮮，輸氣管道的安全運行也逐漸受到人們的重視。研究表明，輸氣管道的減薄及穿孔破壞主要是由管道內(nèi)固體顆粒沖蝕磨損造成的，且含

2、固體顆粒沖蝕作用的管道破壞速度遠高于純腐蝕作用下管道的破壞速度。因此，研究固體顆粒屬性對沖蝕磨損的影響規(guī)律，以及流場作用對天然氣管道沖蝕磨損的影響規(guī)律，改進已有的沖蝕磨損計算方法，提出在役天然氣管道沖蝕磨損速率預測計算模型，對天然氣管道的壽命預測和管道的安全運行、防護有重大意義。
　　論文主要研究工作如下:
　　(1)完成不同運行條件下固體顆粒的沖蝕磨損試驗，研究固體顆粒屬性（尺寸、形狀和流量）對沖蝕磨損速率的影響規(guī)律。利用

3、PIV(Particle Image Velocimetry)和PTV(Particle Tracking Velocimetry)兩種方法測量顆粒速度，并分析了這兩種常用速度計算方法的差異性。根據(jù)試驗結(jié)果，分析了相同氣相參數(shù)條件下，顆粒流量對顆粒速度的影響，提出在固體顆粒沖蝕磨損試驗中控制顆粒流量的重要性?？偨Y(jié)了不同顆粒屬性對試件沖蝕磨損速率的影響規(guī)律，并分別提出關(guān)于顆粒直徑和沖蝕磨損速率以及顆粒流量和沖蝕磨損速率間的關(guān)系函數(shù)。

4、>　　(2)利用固體顆粒沖蝕磨損試驗臺，完成4種典型輸氣管線鋼材料(X70、X80、X65和20G)的固體顆粒沖蝕磨損實驗。根據(jù)沖蝕磨損實驗結(jié)果，對比微粒噴漿沖蝕(MSE)標準沖蝕測試方法的測試結(jié)果，分析4種典型管材的耐固體顆粒沖蝕磨損性能。根據(jù)不同沖擊角度下試件的沖蝕磨損實驗結(jié)果，進行管材壁面碰撞規(guī)律研究。基于流體動力學(CFD)仿真分析方法，進行固體顆粒沖蝕磨損實驗的仿真分析，為復雜流場工況條件下典型管件的模型建立提供依據(jù)。

5、　　(3)搭建典型管件彎頭的簡化沖蝕磨損實驗臺，根據(jù)實驗結(jié)果進行彎頭的沖蝕磨損流體動力學仿真分析。在彎頭沖蝕磨損仿真模型基礎(chǔ)上，加入典型管材壁面碰撞規(guī)律研究結(jié)果，建立工況中彎頭沖蝕磨損流體動力學仿真計算模型。利用仿真分析方法，研究多屬性耦合作用對沖蝕磨損速率的影響規(guī)律。根據(jù)研究結(jié)果，分別提出顆粒速度和直徑、顆粒速度和流量、顆粒速度和形狀對彎頭沖蝕磨損速率的耦合影響關(guān)系式，為計算兩種屬性同時變化時固體顆粒沖蝕磨損速率提供依據(jù)。
　　

6、(4)研究流場作用對工況條件下彎頭沖蝕磨損速率的影響。依據(jù)簡化沖蝕磨損實驗及工況中彎頭的沖蝕磨損仿真模型，分別研究了低壓、高壓條件下，氣-固兩相速度存在差異時，彎頭沖蝕磨損速率的變化規(guī)律。提出在高壓條件下，計算顆粒沖蝕磨損速率時氣相速度的重要性。對比現(xiàn)有簡化沖蝕磨損速率計算方法，加入氣-固兩相速度差異對沖蝕磨損速率計算結(jié)果的影響，提出簡化沖蝕磨損速率計算方法。
　　(5)研究流場作用對典型管件三通的最大沖蝕磨損位置的影響。依據(jù)新疆