顆粒屬性對輸氣管道漸縮管沖蝕磨損的仿真預測

作者：徐鑫,吳玉國,孫巖

摘要：在輸氣管道中,氣固兩相流對管道內壁造成沖蝕磨損,漸縮管中沖蝕磨損情況尤為嚴重。利用計算流體動力學相關知識,通過CFD仿真軟件建立模型,運用流固雙向耦合方程,采用標準k?ε模型和DPM模型進行分析。探究入口流速、固體顆粒粒徑以及顆粒質量流率對漸縮管沖蝕磨損現象的影響,預測漸縮管中易發生沖蝕磨損的位置以及天然氣的最佳流速。結果表明,當入口流速從5 m/s增大到25 m/s時,漸縮管最大沖蝕速率先增加后減小再增加;當入口流速為15 m/s時,沖蝕速率降至最小,為1.76×10^-6 kg/(m^2?s);當顆粒粒徑從0.5 mm增大到4.5 mm時,最大沖蝕速率先由4.23×10^-6 kg/(m^2?s)增加至7.56×10^-6 kg/(m^2?s),而后又逐漸減小至2.68×10^-6 kg/(m^2?s);在入口流速為15 m/s的情況下,當顆粒質量流率從0.1 kg/s增大到0.6 kg/s時,最大沖蝕速率從1.76×10^-6 kg/(m^2?s)增加至1.00×10^-5 kg/(m^2?s)。漸縮管沖蝕磨損區域主要位于漸縮管喉部下壁面、距離喉部2D區域的收縮管段下壁面及2D區域以外的收縮管段上壁面,并且上壁面沖蝕磨損區域近似呈“U”型對稱分布。在輸氣過程中,氣體流經漸縮管的最佳入口流速應為15 m/s。為預防沖蝕磨損,顆粒粒徑不宜過小,質量流率需控制在合理范圍內。

發文機構：遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院

關鍵詞：顆粒屬性輸氣管道氣固兩相流漸縮管沖蝕磨損仿真預測Particle attributeGas transmission pipelineGas?solid two?phase flowReducing pipeErosion wearSimulation prediction

分類號： TG172[金屬學及工藝—金屬表面處理]