颗粒属性对输气管道渐缩管冲蚀磨损的仿真预测

作者：徐鑫,吴玉国,孙岩

摘要：在输气管道中,气固两相流对管道内壁造成冲蚀磨损,渐缩管中冲蚀磨损情况尤为严重。利用计算流体动力学相关知识,通过CFD仿真软件建立模型,运用流固双向耦合方程,采用标准k⁃ε模型和DPM模型进行分析。探究入口流速、固体颗粒粒径以及颗粒质量流率对渐缩管冲蚀磨损现象的影响,预测渐缩管中易发生冲蚀磨损的位置以及天然气的最佳流速。结果表明,当入口流速从5 m/s增大到25 m/s时,渐缩管最大冲蚀速率先增加后减小再增加;当入口流速为15 m/s时,冲蚀速率降至最小,为1.76×10^-6 kg/(m^2•s);当颗粒粒径从0.5 mm增大到4.5 mm时,最大冲蚀速率先由4.23×10^-6 kg/(m^2•s)增加至7.56×10^-6 kg/(m^2•s),而后又逐渐减小至2.68×10^-6 kg/(m^2•s);在入口流速为15 m/s的情况下,当颗粒质量流率从0.1 kg/s增大到0.6 kg/s时,最大冲蚀速率从1.76×10^-6 kg/(m^2•s)增加至1.00×10^-5 kg/(m^2•s)。渐缩管冲蚀磨损区域主要位于渐缩管喉部下壁面、距离喉部2D区域的收缩管段下壁面及2D区域以外的收缩管段上壁面,并且上壁面冲蚀磨损区域近似呈“U”型对称分布。在输气过程中,气体流经渐缩管的最佳入口流速应为15 m/s。为预防冲蚀磨损,颗粒粒径不宜过小,质量流率需控制在合理范围内。

发文机构：辽宁石油化工大学石油天然气工程学院

关键词：颗粒属性输气管道气固两相流渐缩管冲蚀磨损仿真预测Particle attributeGas transmission pipelineGas⁃solid two⁃phase flowReducing pipeErosion wearSimulation prediction

分类号： TG172[金属学及工艺—金属表面处理]