輸氣管道中顆粒屬性及流場(chǎng)作用對(duì)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(yùn)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(yán)重的災(zāi)難性事故，威脅到人們的生命和財(cái)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(yùn)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(yuǎn)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(duì)沖蝕磨損的影響規(guī)律，以及流場(chǎng)作用對(duì)天然氣管道沖蝕磨損的影響規(guī)律，改進(jìn)已有的沖蝕磨損計(jì)算方法，提出在役天然氣管道沖蝕磨損速率預(yù)測(cè)計(jì)算模型，對(duì)天然氣管道的壽命預(yù)測(cè)和管道的安全運(yùn)行、防護(hù)有重大意義。
　　論文主要研究工作如下:
　　(1)完成不同運(yùn)行條件下固體顆粒的沖蝕磨損試驗(yàn)，研究固體顆粒屬性（尺寸、形狀和流量）對(duì)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(cè)量顆粒速度，并分析了這兩種常用速度計(jì)算方法的差異性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了相同氣相參數(shù)條件下，顆粒流量對(duì)顆粒速度的影響，提出在固體顆粒沖蝕磨損試驗(yàn)中控制顆粒流量的重要性?？偨Y(jié)了不同顆粒屬性對(duì)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(yàn)臺(tái)，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(shí)驗(yàn)。根據(jù)沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比微粒噴漿沖蝕(MSE)標(biāo)準(zhǔn)沖蝕測(cè)試方法的測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行管材壁面碰撞規(guī)律研究?；诹黧w動(dòng)力學(xué)(CFD)仿真分析方法，進(jìn)行固體顆粒沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)的仿真分析，為復(fù)雜流場(chǎng)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(jiǎn)化沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行彎頭的沖蝕磨損流體動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算模型。利用仿真分析方法，研究多屬性耦合作用對(duì)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(duì)彎頭沖蝕磨損速率的耦合影響關(guān)系式，為計(jì)算兩種屬性同時(shí)變化時(shí)固體顆粒沖蝕磨損速率提供依據(jù)。
　　

6、(4)研究流場(chǎng)作用對(duì)工況條件下彎頭沖蝕磨損速率的影響。依據(jù)簡(jiǎn)化沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)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(shí)，彎頭沖蝕磨損速率的變化規(guī)律。提出在高壓條件下，計(jì)算顆粒沖蝕磨損速率時(shí)氣相速度的重要性。對(duì)比現(xiàn)有簡(jiǎn)化沖蝕磨損速率計(jì)算方法，加入氣-固兩相速度差異對(duì)沖蝕磨損速率計(jì)算結(jié)果的影響，提出簡(jiǎn)化沖蝕磨損速率計(jì)算方法。
　　(5)研究流場(chǎng)作用對(duì)典型管件三通的最大沖蝕磨損位置的影響。依據(jù)新疆