水平弯管内硫沉积数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,而弯管是集输管道中较易出现硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究水平弯管内的硫沉积问题,首先利用雷诺应力模型对流场进行模拟,其次采用Lagrange颗粒轨道模型对硫颗粒进行模拟追踪,研究不同因素对硫颗粒在弯管中沉积率的影响。结果表明:弯管内壁会出现负压区和低速区,气流速度和弯曲比会对流场产生影响;硫颗粒在弯管中的沉积率随流速、粒径和弯曲比的增大而增大;硫颗粒沉积是重力和离心力共同作用的结果,其中离心力是导致弯管中沉积率增大的重要原因。

气固两相流下球阀磨损特性研究

旋塞球阀是钻柱内防喷系统中的关键设备,在气固两相流下球阀易受磨损而失效,并造成严重的井喷事故。为此,将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用FLUENT软件对球阀壁面在气固两相流下的磨损分布情况进行研究,并进一步分析了球阀结构参数对于球阀壁面磨损的影响规律。结果表明:当气固两相流流经球阀时,固体颗粒会与气流分离,并在壁面上产生三处磨损集中区;随着球阀开度的减小,球阀壁面磨损量会急剧增大,且阀球内通道壁面上的磨损集中区由块状逐步转化为带状,而球阀出口处的磨损集中区则会逐渐向下移动;球阀流道直径的减小也会使得壁面磨损量增加,但磨损集中区的分布基本不变。研究结果可为进一步优化球阀流道结构以减轻其壁面磨损提供理论依据。

弯管仿生耐磨方法数值模拟

仿照沙漠蝎子、蜥蜴等体表的耐磨形态,建立仿生形态表面加厚弯管物理模型,并将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用Fluent软件对光滑内壁及横槽、纵槽和凹坑3种仿生内壁弯管的冲蚀磨损情况进行模拟研究,并进一步分析颗粒运动参数来解释仿生内壁的减磨机理。研究结果表明:在相同条件下,采用仿生表面可以显著提高弯管的耐磨性,且不同表面形态加厚弯管的耐磨性能由大到小依次为横槽形、纵槽形、凹坑形、光滑形;在颗粒运动参数方面,使用仿生表面可以减弱颗粒的冲击动能,并改变颗粒与壁面间的冲蚀磨损角,从而达到减磨的效果,而横槽形内壁弯管的耐磨性最好。

地面堆载对埋地管道的安全影响分析

为了分析地面堆载对埋地管道安全性的影响,以非线性接触模型为基础,应用ANSYS有限元软件,建立了地面堆载作用下的三维管土相互作用模型。通过求解模型,探讨了地面堆载的大小、作用位置以及作用尺寸对埋地管道位移、应力和椭圆度的影响。结果表明:管道的应力和椭圆度随着堆载大小的增大呈线性增大;垂直作用于管道正上方的堆载对管道的强度和稳定性影响较大;当作用应力不变时,与长度相比,堆载宽度的变化对管道的影响更显著,而当总作用力不变时,增大堆载长度和宽度均可有效降低其对管道安全性的影响。预期研究结果可以为解决油气管道建设中的安全防护问题提供一定的技术支持。

截断阀室水淹后管道沉降的防护技术研究

为了保证长输天然气管道的安全运行,需要对其截断阀室遭受水淹后管道的不均匀沉降行为进行研究。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析建立了沉降量与最大Von Mises应力和椭圆度之间的映射关系,结果表明:不均匀沉降对管道强度的影响更明显,二者间基本呈线性关系,最大Von Mises应力随着沉降量的增大而增大,根据第四强度理论便可确定管道失效时的极限沉降量。同时还探讨了管径、内压、壁厚、埋深对管道应力状态的影响,降低内压、增大壁厚以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von Mises应力,但其中管径和壁厚的变化对管道最大Von Mises应力的影响更为显著。预期研究结果可以为山区管道的实时监测与防护措施制定提供一定的技术支持。

稠油管道90°弯管流场及应力分析

以输送稠油的90°弯管为研究对象,对稠油流经弯管进行流场和应力的分析。利用Anton Paar MCR302可视化流变仪测得了稠油的粘温曲线,并借助Fluent与Ansys软件对弯管进行热流固耦合模拟计算。对稠油样品在不同温度及流速下流经管道弯头进行了流场和应力的研究和分析。研究结论可为进一步研究稠油流经弯管的冲蚀机理提供理论依据。

油气集输管道耐磨涂层研究进展及技术改进方法

概述了油气集输管道的冲蚀磨损现状及相应的耐磨方法,重点论述了有机涂层、陶瓷涂层、金属合金涂层这3种耐磨涂层的冲蚀磨损机理及研究进展。指出现今在油气集输管道上最为常用的有机涂层在抵抗冲蚀磨损方面效果并不显著,而日后进行耐磨处理时应根据各集输管道的实际情况选用最为合适的耐磨涂层。在此基础上进一步提出了提高各涂层耐磨性能的技术改进方法,并对其在油气集输管道上的应用进行了展望。

含砂天然气管道弯管冲蚀磨损特性研究

当天然气管道中混有砂粒时,弯管易受冲蚀而使其壁厚减薄。为此,以国内某含砂气田输气首站内的工艺管道为例,采用Fluent软件对弯管的冲蚀磨损特性进行了数值模拟研究。结果表明:在正常输气工况下,弯管外拱的下部为其冲蚀磨损集中区,且最大局部减薄量为0.4 mm/a。另外,弯径比的增大会扩大弯管的冲蚀磨损集中区范围,同时使其最大冲蚀磨损速率减小;内径的增大不会改变弯管的冲蚀磨损集中区分布,但会造成其最大冲蚀磨损速率减小。研究结果可为后续进一步研究弯管的冲蚀磨损防护措施提供参考。

高陡边坡输气管道的受力特性分析

为了探究高陡边坡对输气管道安全性的影响,应用ANSYS有限元软件,考虑管道和土体之间相互作用的非线性,建立了高陡边坡处管土相互作用的三维有限元模型,分析了设计工况下管道的应力状态。通过计算发现,高陡边坡处管道的应力集中和最大纵向位移主要出现在下坡段弯管处,管道承受的最大Von Mises应力为189 MPa,最大纵向位移为3.79 mm,椭圆度为1.23%,均满足规范要求,高陡边坡处管道的通行方案可行。为了确定合理的管道通行方案,分析了坡高、管径、内压和壁厚对管道应力和变形的影响,分析结果表明:当坡高大于15 m时,应采取增加支墩、采用阶梯式下坡等方式,以减小重力载荷对下坡段弯管的直接作用;大口径管道更容易发生强度和稳定性失效破坏;当内压达到7.5 MPa时,管道将发生强度失效,但未发生稳定性失效;随着壁厚增加,管道的应力和椭圆度均有所下降,但下降幅度并不大。研究结果可以为山区管道的设计和安全防护提供一定的技术支撑。

冲沟塌陷区输气管道的安全评价方法研究

为了判断管道的通行方案是否可行,以非线性接触模型为基础,应用ANSYS有限元软件,建立了悬空管段的三维管土相互作用模型,通过分析得出了悬空长度与最大Von Mises应力和沉降量之间的映射关系,二者均随悬空长度的增大而增大。根据应力分析结果选取了管道依次达到许用应力和屈服强度时的悬空长度作为临界指标,建立了悬空管道的安全评价模型,并以工程实例对其进行说明。结果表明:即使暴雨导致冲沟塌陷,该悬空管道仍处于安全状态,管道横穿该冲沟的通行方案是可行的。预期研究结果也可以为地质灾害区油气长输管道的安全运营与防护提供一定的技术支持。

横向滑坡作用下输气管道的力学特性分析

为了研究横向滑坡对输气管道安全性的影响,基于弯曲微分方程和Winkler弹性地基梁理论,建立了横向滑坡作用下输气管道的受力模型,以川气东送管道为例,研究了横向滑坡对管道力学状态的影响。通过求解模型发现,横穿滑坡管道的主要变形集中在滑坡体中央附近,最大挠度为0.094 m,计算结果与有限元法比较接近,相对误差约为12%。同时为了研究不同因素对管道受力特性的影响,还分析了不同地滑力大小、滑坡宽度下管道的变形和受力状态变化,研究结果可以为滑坡作用下管道的设计和防护提供参考。