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输管道90弯头冲蚀磨损规律弯头厂家的研究

浏览：发表时间：2021-06-01 11:08:49 来源：文章来自网络，如有侵权，请联系删除。

随着开采年限的增长井口出砂量会逐年增加，并且随着集输管线之前的钢制采气管线材料老化、受损产生的碎屑的增加，集输管道内部会一定量的固体杂质，这将给管道弯头带来冲刷磨损危害4.目前对冲刷磨损的研究现已逐步形成一套体系，对冲蚀磨损机制也有了一定程度的认识。在此理论研究的基础上，练章华等7分析了气体钻井中排砂管线弯接头的冲蚀机制，林楠等人3研究了固体颗粒入射角度和弯头的几何尺寸对冲蚀磨损的影响。相比之下，关于气田集输系统中实际工况下的弯头冲蚀磨损研究较少。
输气管线气固两相流冲蚀磨损过程较为复杂，受到众多参数的影响。 PARSI等总结了24种冲蚀磨损的预測模型，以及8种适用于油气田管线钢冲蚀磨损预测的经验公式。其中主要包含了35种物理特性，这些物理特性大体上可以分为3类：流体特性，靶材特性，粒子特性。根据以上3类特性，结合气田实际集输工况，本文作者分别选取集输压力、不同重力方向、集输流速、集输管径以及颗粒大小5个主要因素，运用计算流体动力学软件分析了上述5个因素对弯头冲蚀速率及冲蚀区域分布规律的影响，对气田日常的生产具有重要的意义。
1计算模型气体控制方程在集输管线中气流的流动要遵循质量守恒定律、动量守恒定律、守恒定律等。对于不可压缩黏性流体，依据质量守恒定律和牛顿定律（以Navi er-Stokes方程表示），可以得到气相连续性方程和动量方程。
1.2湍流方程在多数工程问题中，流体的流动往往处于湍流状态。文中模拟对象弯头以及其前后直管段内气流运动就属于湍流，因此需要采用湍流方程。集输弯头处气流具有强旋转且沿壁面弯曲流动的特性，根据流体动力学理论，RNGk-ε模型通过对湍流黏度进行修正考虑了流动中的旋转及旋流流动的影响，因此对流线弯曲程度大、具有分离和二次流的流动呈现较好的模拟性，能满足高雷诺数情况下的湍流流动，适合文中所研究的集输管道弯头冲蚀模型。
2数值模拟2.1弯头几何模型及网格划分在数值模拟之前需建立弯头的几何模型，根据GB50349-2015《气田集输设计规范》以及现场的使用情况来看，气田采用的集输管道从DN65到DN200不等，模拟过程中选择内径分别为65、100、150mm，弯径比为1.5的弯头进行研究。为了保证流动充分发展，使数值模拟的结果更加接近真实值，分别在弯头进出口的前后添加长为10倍管道内径的直管段。利用 ICEM CFD软件以0-Mock的方式对管道模型进行网格划分，网格均采用六面体结构化网格，且在弯头处进行网格加密处理。弯管网格划分具体如图1所示。
2.2边界条件及数值算法常温条件下，以作为连续相，以石英砂作为分散相，管道壁面材料为碳钢。整个弯管流体计算域主要有进口边界、出口边界及壁面边界3种边界类型。对于连续相，湍流计算选择 RNG K-8模型，进口边界为速度入口，出口边界为压力出口。对于分散相，使用DPM模型来追踪粒子运动，进口采用逃逸Escape）条件，出口采用捕捉（Trap）条件，壁面采用（Ret）边界，且设定为无滑移边界。利用 Simple算法进行压力-速度耦合，利用二阶迎风差分格式和二阶差分格式来分别计算对流项和扩散项。计算结果的收敛准则为控制体上每个方程残差量小于1×10-5
3计算结果与分析3.1集输压力对弯头冲蚀磨损的影响在集输流速为8m/s，颗粒尺寸为0.15mm，颗粒质量流量为30g/s的条件下，分别对管径为100150mm的弯头，研究在集输压力分别取值为0.13、5、7、9MPa时对90°弯管内壁冲蚀磨损的影响。图2所示为2种弯头模型的磨损率和总磨损量随集输压力的变化规律，可以看出随着压力大，磨损率和壁面总磨损量均是下降趋势。
同时以150mm弯头为例，导出不同集输压力条件下的冲蚀区域分布图。图3反映了模型整体的冲蚀磨损区域随集输压力变化的分布规律。