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在石油化工行业中,在利用管道输送天然气时,管道中的流体并非单相流体,气井采出的流体除了天然气主相流体,还伴随着固体颗粒,这就使得天然气管线中典型管件处面临着严重的冲蚀磨损问题。本文在基于流体动力学和冲蚀理论,以及YB天然气区块生产现场的实际情况,对天然气采气管线弯头部位冲蚀磨损现象开展课题研究。冲蚀磨损问题具有复杂的机理,因此对天然气管线中弯头冲蚀磨损问题的研究极具现场生产运行优化意义。
以现场流体实际流动情况为依据,根据所研究的天然气在管道弯头运动状态,选择了模拟时的RNG k-ε模型、离散相模型、冲蚀速率方程、SIMPLE算法等模型算法。
其次,建立了一个YB天然气区块常用的89°弯头的几何模型,以其为例开展数值模拟,将模拟结果与实际冲蚀情况进行对比验证,证明本模拟是合理并且是可以再现的。
然后,通过FLUENT软件,展开实际流动条件(流场特性、流速、压力)、气质条件(颗粒直径、颗粒质量流量)、结构条件(弯头直径、弯头角度)对弯头冲蚀影响的仿真模拟,通过控制变量法对不同工况进行对比。通过分析发现:(1)弯头走向不同冲蚀情况不同,但冲蚀最严重的区域总是位于弯头外侧壁面。(2)流速增大,冲蚀速率增大,但冲蚀位置基本不变。(3)压力对冲蚀速率的影响不大。(4)砂粒直径越大,弯头冲蚀速率越大,且最大冲蚀速率位置会往速度方向相反方向移动。(5)砂粒质量流量增大冲蚀速率也会增大。(6)砂粒的密度在设计范围内变化时冲蚀速率会变化但波动不大。(7)随着管道直径的增大冲蚀速率会减小。(8)89°弯头受到的最大冲蚀速率最大,而44°和180°弯头所受的最大冲蚀速率基本一样,58°弯头相比前三种角度弯头冲蚀速率较小。
最后,通过现场实际冲蚀情况与模拟结论相互验证,证明了模拟结论与实际是相符合的,同时在模拟结果指导下本文还提出了优化建议。
以现场流体实际流动情况为依据,根据所研究的天然气在管道弯头运动状态,选择了模拟时的RNG k-ε模型、离散相模型、冲蚀速率方程、SIMPLE算法等模型算法。
其次,建立了一个YB天然气区块常用的89°弯头的几何模型,以其为例开展数值模拟,将模拟结果与实际冲蚀情况进行对比验证,证明本模拟是合理并且是可以再现的。
然后,通过FLUENT软件,展开实际流动条件(流场特性、流速、压力)、气质条件(颗粒直径、颗粒质量流量)、结构条件(弯头直径、弯头角度)对弯头冲蚀影响的仿真模拟,通过控制变量法对不同工况进行对比。通过分析发现:(1)弯头走向不同冲蚀情况不同,但冲蚀最严重的区域总是位于弯头外侧壁面。(2)流速增大,冲蚀速率增大,但冲蚀位置基本不变。(3)压力对冲蚀速率的影响不大。(4)砂粒直径越大,弯头冲蚀速率越大,且最大冲蚀速率位置会往速度方向相反方向移动。(5)砂粒质量流量增大冲蚀速率也会增大。(6)砂粒的密度在设计范围内变化时冲蚀速率会变化但波动不大。(7)随着管道直径的增大冲蚀速率会减小。(8)89°弯头受到的最大冲蚀速率最大,而44°和180°弯头所受的最大冲蚀速率基本一样,58°弯头相比前三种角度弯头冲蚀速率较小。
最后,通过现场实际冲蚀情况与模拟结论相互验证,证明了模拟结论与实际是相符合的,同时在模拟结果指导下本文还提出了优化建议。