输气管道冲蚀磨损数值模拟研究

第4 4卷第 1 1期 2 0 1 5 年 l 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 4 4N o 1 1 N o v e mb e r ，2 0 1 5 输气管道冲蚀磨损数值模拟研究 李 翔 ，李介普 ， ( 1 中国特种设备检测研究院，北京 1 0 0 0 2 9 ； 幺 成 乙 ，王 辉 2 中国石油大学 ( 北京 ) ，北京 1 0 2 2 4 9 ) 摘 要：管道冲蚀泄漏是石油炼制工业中经常发生的一种失效形态，是管道安全运行过程中亟待解决的热 点问题之一。为研究输气管线的冲蚀磨损分布规律，采用 D P M计算模型，对某集输场站输气管线的流场和磨 损情况进行数值模拟研究，根据计算得到的磨损速率大小对管件磨损风险进行排序。研究结果表表明：在相同 条件下 ，盲三通、三通和弯头的磨损速率要高于直管 ，盲三通、三通和弯头的磨损速率要根据流速和流向等综 合判定。对于较长直管线 ，由于固体颗粒的沉降，导致管线底部发生轻微磨损。 该研究可指导输气管道的检 测 ，节约管道系统的运行检测成本，切实提高输气管道系统运行的适应性 、 可靠性 、 长期性和安全性。 关键词：管道；冲蚀；磨损；数值模拟 中图分类号：T Q 0 1 8 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5)1 1 - 2 7 1 4 0 3 Nu me r i c a l S i mu l a t i o n I n v e s t i g a t i o n o n Er o s i o n o f t h e Ga s P i p e l i n e L I Xi a n g ， L I J i e - p u ， Y a o Ch e n g 2 ，WANG H u i f 1 C h i n a S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n&R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 ， C h i n a ： 2 C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m，B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：E r o s i o n Le a k i n g i s a f a i l u r e f o r m f r e q u e n t l y o c c u r r e d i n t h e p e t r o l e u m r e fin i n g i n d u s t r y T h u s ， i t i s o n e o f t h e h o t i s s u e s t h a t n e e d t o b e s o l v e d d u r i n g t h e p r o c e s s o f p i p e o p e r a t i o n I n t h i s p a p e r , n u m e r i c a l s i mu l a t i o n s tu d y o n fl o w fi e l d a n d we a r c o n d i t i o n for a g a s pi p e l i n e wa s c a r r i e d o u t b y u s i n g t h e DP M mo d e 1 W e a r r a t e o f t h e p i p e l i n e wa s o b t a i n e d At t h e s a me t i me t h e e r o s i o n r i s k o f t h e p i p e l i n e c o mp o n e n t s we r e s o r t e d a c c o r d i n g t o e r o s i o n r a t e T h e r e s u l t s c a n b e u s e d t o g u i d e the o p e r a t i o n o f t h e g a s p i p e l i n e I n s p e c t i o n c o s t for g a s p i p e l i n e s y s t e m c a i 1 b e s a v e d d u e t o the i n v e s t i g a t i o n T h e a d a p t a b i l i t y ,r e l i a b i l i ty,a n d s e c u r i ty for t h e o p e r a t i o n o f t h e g a s p i p e l i n e s y s t e m C an b e e ff e c t i v e l y i mp r o v e d Ke y wo r d s ： P i l ： Ie l i n e ； Er o s i o n ； We ar； Nu me r i c a I s i mul a t i o n 截止 2 0 1 3年 l 0月 ，我 国油气管道总历程超过 1 0 6 万 k m， 形成了横跨东西 、 纵贯南北 、 连通海外 的油气管 网格局。管道运输 已经成为我 国陆上油气 运输的主要方式。在天然气开采过程中，从气井采 出的往往是天然气、 原油以及粉尘杂质等的混合物， 很少有单一存天然气的情况。其中的固体杂质严重 影响管道及输送设备的安全性。虽然天然气在采出 后多经过滤设备的过滤 ，进入集输管道 的天然气 中 依然含有一定含量的固体杂质，这些固体杂质与管 壁和输送设备发生碰撞，造成冲蚀磨损。管道冲蚀 失效是石油炼制工业中经常发生的一种失效形态， 是管道安全运行过程中亟待解决的热点问题之一 。 A M F E l S h a b o u r 分析 了气液两相流在三通 管中压力和速度分布，并通过实验验证了数值模拟 研究，预测了三通管中冲蚀情况。Wo o d R J K 应 用计算模型计算了冲击速度和冲击角对弯管的影 响，到流场，并通过电阻层析成像 ( E R T ) 验证了 粒子的位置。曾涌捷p 对天然气管道内弯管进行了 冲蚀磨损的模拟研究，发现冲蚀是导致天然气管道 弯管发生失效的主要原因之一，弯管的冲蚀比其它 部件要严重的多。郭永华 采用同样分析的方法采 集了西气东输二线霍尔果斯段天然气中的粉尘，通 过分析粉尘样品种粉尘的形状和粒径分布，对粉尘 的成分进行 了检测。分析结果表明 ，该段天然气 中 粉尘中的粒径分布为 7 l 5 m，同时发现 ，随着粉 尘量增多，管壁上起保护作用的环氧涂层脱落，管 道 内壁磨损加重 。陈娅南 采用空气负压系统 ，研 究了风速、磨料种类、磨料浓度和磨粒尺寸对不同 材料及尺寸的弯管及标准孔板磨损率的影响。黄勇 等同 进行了含颗粒流体对三通管的磨损情况分析。 许留云等 运用 F lu e n t 软件中的D P M模型对含少量 液滴的气体在三通管中的冲蚀情况进行数值模拟， 基金项 目： 质检公益性行业科研专项项目 “ 成套石化装置风险可视化预警技术研究及实现” ，2 0 1 2 1 0 0 2 2 ；质检公益性行业科研专项项 目 “ 危险介 质管道冲蚀部位预测方法研究” ，2 0