天然气集气汇管冲蚀破坏规律研究.pdf

试验硼 窍 夏征盛 天然 气集 气汇 管冲蚀破坏规律研究 天然气集气汇管冲蚀破坏规律研究 夏征盛 摘要为 了减少天然气中固相颗粒对汇管产生的冲蚀磨损 ，进行 了天然气集气汇管冲 蚀规律研 究。根据质量守恒、动量守恒及湍流的 |i} 一 模型建立了天然气流经汇管时的 不可压缩流动模型．采用CF D技术对汇管内流体流动方程进行求解 ，并耦合Tu l s a 大学 所建 立的材料 冲蚀磨损预测模型评价汇管壁 面的 冲蚀规律 。从流场计算结果可 以看 出，进入汇管的气流直接作用在对侧 的壁面，大部分气流沿壁面向 出口方向流动，小 部分气流则在汇管内形成较为紊乱的速度场。参数化的研究结果表 明，在 T u l s a 模 型预 测中，颗粒速度和流量对汇管冲蚀破 坏的影响最大，而粒径影响则很小。 关键词天然气 ；汇管 ；C F D；冲蚀磨损 ；控制方程 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 6 - 6 8 9 6 ． 2 0 1 6 ． 1 ． 0 0 6 St u d y on t h e Re g u l a t i o n o f Er o s i o n F a i l u r e t o Na t ur a l Ga s M a n i f o l d P i pe X i a Zh e n g s he n g Ab s tr a c t I n or de r t o r e d Uc e t h e e r os i on a n d d a ma g e c a u s e d b y t h e s ol i d p a r t i c l e s i n n a t ur d I g a s ， t he r e g u l a t i on o f “ e r os i o n o n n a t ur a l g a s ma ni f ol d pi p e i s s t ud i e d ． Ac c or d i n g t o t h e l a w of c on s e r v a t i on o f “ ma s s ．c o n s e r v a t i on o f m o me n t u m a n d t ur b ul e n t 一 mod e l t o e s t a b l i s h t he i n c ornp r e s s i b l e fl ow mo d e l wh e n g a s fl ows t h r ou g h t he ma n i f ol d． a n d t h e fl ui d flo w e qu a t i o n s i n ma ni f ol d we r e s ol v e d u s i n g CF D t e c h no l og y ， a nd c ou p l i ng o f “ ma t e r i a l e r o s i on we a r p r e d i c t i o n mo d e l e s t a b l i s he d b y Tu l s a Un i ve r s i t y t o e v a l u a t e t h e ma ni f ol d wa l l e r o s i on r e gu l a t i on ．F r om t he c a l c u l a t i on r e s u I t s of t h e fl o w fie l d．i t i s f _o un d t ha t t h e fl ow of t h e a i r s t r e a m d i r e c t l y f o r c e d o n t h e o t he r s i d e o ft h e wa l l ， mo s t o f t h e m i s i n t h e di r e c t i on o f“t h e ou t l e t flo w， wh i l e a s ma l l p a r t f or m s a n i no r d i n a t e v e l o c i t y fie l d i n t h e ma ni f ol d ． Th e r e s u l t s of“ p a r a me t r i c s t u d i e s s h o w t h a t t he p a r t i - c l e v e l o c i t y a n d flo w r a t e i n t h e Tul s a mo de l pr e di c t i on h a s t h e ma xi m u m i mp a c t on t he e r o s i o n r a t e o F t h e ma ni f ol d， wh i l e t h e p a r t i c l e s i z e i m p a c t i s v e r y s ma l 1 ． K e y wor ds n a t u r a l g a s ； ma ni f o l d p i p e； CF D ； e r os i on we a r ； c o nt r ol e q u a t i o n 汇管是天然气集输流程 中的重要设备 ，其作用 是收集 自气井等气源的来气后进行再次分配。由于 气井 出砂或分离效果不佳等原因，天然气中的固相 颗 粒会 对汇 管产 生 冲蚀磨损 ，从 而危 及生 产过 程 的 安 全 。 工程结构的冲蚀磨损在管道液力输送 、流化床 等领域较为常见。依据冲击理论和实验数据 ，建立 了一些冲蚀磨损预测模型并在工程中得到广泛应用 。 。 。 近年来 ，冲蚀领域研究一方面集 中在采用包括有 限 元 技术在 内的新手 段完 善 冲蚀模 型 ，另一 方面则 是 对工程结构冲蚀现象进行更好的预测 。 本文在对汇管内部流场分析的基础上 ，耦合材 料的冲蚀磨损模型 ，对汇管壁面冲蚀破坏规律开展 研 究 。 1 CF D模型 对 固体颗粒在气体挟带下冲击固体壁面的冲蚀 行 为模 拟 包 括 流场 的 C F D模 拟 、颗 粒 轨 迹 的跟 踪 及固壁冲蚀量计算三个步骤。在流场模拟方面，通 过 求解 时 均 N S 方 程 R A N S 及 封 闭 的 一 湍 流 模型获得管道内的流动分布。采用稀疏固相含量条 件 下 的 离 散 相 模 型 D i s c r e t e P h a s e Mo d e l ，D P M 进 行颗 粒轨迹 追踪 。 基金 文 温 州市科技计划项目 2 0 1 2 G O 0 8 8 。 温 州职业技带学院 1 6 油气 田地面工程 h t t p d ／ w w w ． y q t d m g c ．C o rn