基于DPM模型的压裂管线弯头冲蚀磨损影响因素分析

为进一步研究水力压裂工况条件对压裂管线90°弯头冲蚀磨损的影响规律,采用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)方法建立弯头流场仿真模型,基于Fluent软件中DPM(Discrete Phase Model,离散相模型)研究了压裂流体速度、支撑剂颗粒直径和质量流量对管线弯头部位冲蚀磨损的影响。结果表明,弯头冲蚀磨损主要集中在弯头外侧内壁面,最大冲蚀磨损区域出现在弯头与出口直管段连接处;冲蚀速率随流体速度增大呈指数增长,在质量流量大于1.7 kg/s、流体速度为25 m/s时颗粒直径增大引起冲蚀速率增幅最大;质量流量增大会促进冲蚀速率随粒径的增大而升高,冲蚀速率随着粒径的增大则会出现先增大再减小最后趋于稳定的现象。

压裂双弯头液固两相流冲蚀影响数值分析

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、重力方向、粒径及流速对串联双弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:冲蚀磨损区域主要由St和重力方向共同决定;St<1时,最大冲蚀率随颗粒尺寸增大呈线性增加,St>1时呈指数增长;St相同时,速度对冲蚀磨损程度的影响远比颗粒尺寸强烈;向下流重力方向下,损伤区域随St增加完全转移至第二弯头的临界粒径显著小于向上流临界粒径;重力方向对同向冲击颗粒的冲蚀损伤虽有增强效应,其对冲蚀磨损程度影响远不及颗粒尺寸因素作用大。

气固输送尾气管道弯头结构的有限元应力分析

为了准确评价气固输送尾气管道弯头的安全稳定性,分别选取了反应器出口尾气管道的高温段弯头和低温段弯头为研究对象,建立了三维几何结构模型并进行网格划分,在温度、压力载荷耦合作用下开展了管道弯头的有限元分析计算,研究了2个管道弯头的应力与应变的分布特征与规律,探索了结构模型变形量分布及形成机理,对管道弯头安全性和稳定性进行了合理评价。结果表明,在温度和压力载荷作用下,两段管道弯头结构安全性和稳定性较好,但高温段管道弯头的斜切喷射管H2、低温段管道弯头斜切接管L1,都存在应力集中、应变和变形明显增大的问题,这主要与外部载荷、接管位置、安装条件和管系结构等因素相关。

1Cr18Ni9Ti不锈钢小相对弯曲半径整体弯头内高压成形壁厚变化规律

针对航空航天装备对大径厚比(D/t>60)、小相对弯曲半径(R/D<1)不锈钢弯头整体制造技术的迫切需求,以及传统工艺无法整体成形的技术难题,提出一种管件推弯与内高压成形的两步成形工艺方法。理论推导出管坯与整体弯头的尺寸对应关系,有限元仿真分析了两步成形过程整体弯头壁厚变化规律。发现推弯后整体弯头外侧壁减薄、内侧壁增厚;模具间隙和摩擦因数是影响推弯壁厚变化的主要因素,间隙过小或摩擦力过大会加剧外侧壁减薄及内侧增厚。内高压成形时整体弯头外侧壁先贴模,内侧壁工艺补充段圆角区后贴模;整体弯头内、外侧壁均减薄,最大减薄位置在外侧壁中心区域。实验成形出直径Φ200 mm,径厚比67,相对弯曲半径0.76的1Cr18Ni9Ti不锈钢整体弯头,壁厚分布均匀。

改进Canny算子的小管径弯头漏磁缺陷图像量化方法

弯头作为管道的重要组成部件,受流体冲刷侵蚀等形成的缺陷对其安全运行构成威胁。漏磁检测是管道缺陷检测的有效技术,缺陷的精确量化具有重要意义。为了研究小管径弯头不同位置缺陷图像规律,并提高缺陷量化精度,提出一种改进Canny算子的小管径弯头漏磁缺陷图像量化方法。通过建立小管径弯头漏磁内检测仿真模型,分析了弯头不同位置处金属损失缺陷的图像规律。采用形态滤波和OTSU优化Canny算子,结合图像处理方法构建了缺陷图像量化模型,并对弯头不同位置缺陷深度量化做修正处理。实验结果表明,弯头不同位置缺陷在图像上呈现出明显的差异性,量化模型对缺陷长度和宽度的量化具有较高的精度,误差均小于2 mm。缺陷深度的量化误差较大,修正后深度量化的精度为86.34%,满足金属损失缺陷量化精度需求。该方法可实现缺陷漏磁图像量化处理,对管道漏磁缺陷量化具有一定意义。

液固两相流对高压活动弯头的冲蚀磨损研究

为探究水力压裂作业中各因素对活动弯头的冲蚀磨损规律,基于液固两相流理论,利用FLUENT软件研究压裂液流速、颗粒质量流量、颗粒直径、安装角度、公称直径、连接长度、曲率半径对活动弯头冲蚀速率的影响。结果表明:活动弯头易冲蚀区域主要集中在弯头外侧,其最大冲蚀速率和平均冲蚀速率随流速、颗粒质量流量、颗粒直径的增大而增大,随安装角度、公称直径的增大整体上逐渐减小,安装角度位于90°~180°时,最大冲蚀速率和平均冲蚀速率较小且变化平缓;随曲率半径的增大,最大冲蚀速率整体上先减小后增大,平均冲蚀速率逐渐减小;连接长度对最大冲蚀速率和平均冲蚀速率的影响较小。研究表明,压裂液流速是导致冲蚀速率增加的主要因素,通过合理调整压裂液流速可以大大降低活动弯头的冲蚀磨损。该研究结果可为活动弯头的现场使用、冲蚀防护、结构改进及优化提供参考。

小管径弯头畸变漏磁缺陷图像智能识别方法

为了解决小管径弯头不饱和磁化造成的缺陷漏磁信号图像畸变问题,实现弯头畸变漏磁缺陷图像智能化、高精度识别,提出一种小管径弯头畸变漏磁缺陷图像智能识别方法。采用MSRCR-HF图像增强算法处理弯头缺陷畸变图像,并在YOLOv5网络中集成CBAM和SPD-Conv模块进行网络优化,通过仿真建立弯头缺陷数据集输入网络中进行训练和测试。结果表明,提出的MSRCR-HF算法能有效解决弯头漏磁缺陷图像畸变问题,改进的YOLOv5模型在建立的数据集上具有较高的识别精度,矩形槽缺陷识别精度为95.5%,半球形缺陷识别精度为93.0%。该方法对于小管径弯头畸变漏磁缺陷智能识别具有较高的可行性,可提高管道安全检测效率。

超超临界机组再热热段疏水管弯头断裂失效分析

为了研究再热热段疏水管弯头断裂的原因,以某火力发电厂1000 MW超超临界机组B侧再热热段疏水管为研究对象,对弯头断裂处及附近位置进行了宏观形貌、金相组织、硬度以及力学性能进行了试验分析,疏水管材质为P92,规格为38.1mm×5mm,工作温度603℃,工作压力4.79 MPa。结果表明:一方面,疏水管温度存在反复变化情况,管壁的膨胀与收缩受到一定程度的约束从而产生热应力循环,疏水管弯头产生疲劳损伤,出现热疲劳裂纹;另一方面,弯头外壁存在凹坑,凹坑处易产生裂纹,同时,弯头位置硬度值超过标准上限,使得弯头抗形变能力降低,在排出凝结水过程中,机组负荷变化和排出凝结水的间歇性致使介质流速发生变化,弯头处振动明显,致使弯头处裂纹进一步发展直至出现断裂。

基于CFD-DEM耦合模拟的侧喷吹管道减磨弯头流动特性分析

为实现煤粉颗粒在管道和喷枪内的稳定可靠输送和精确喷吹,以气固两相物料在弯头内的流动特性为对象,采用计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)方法对普通弯头、T型弯头、堵塞型弯头、球型弯头内颗粒运动情况进行分析,研究发现:颗粒流经三种减磨弯头时速度会出现显著的下降,同时还会引起显著气流速度和压强的波动,上述现象以T型弯头最为显著;减磨弯头通过颗粒床中颗粒-颗粒碰撞减小颗粒对管壁的冲击,三种减磨弯头中颗粒-颗粒碰撞次数与碰撞法向力均较高,可能引发喷吹物料流动的紊乱。

侧喷吹减磨弯头磨损特性的CFD-DEM仿真分析

为实现煤粉颗粒在管道和喷枪内的稳定可靠输送和精确喷吹,明确不同类型弯头的磨损特性,基于Archard磨损模型采用计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)方法,对普通弯头、T型弯头、堵塞型弯头、球型弯头处的颗粒切向速度分布和磨损特性进行分析。研究发现:T型弯头磨损区域主要集中在颗粒床靠近弯头出口的下方,堵塞型弯头磨损区域主要集中在弯头凸棱处且磨损区域面积较小,球型弯头磨损主要集中在颗粒首次冲击区域;堵塞型弯头均布碰撞强度最大,但磨损区域较小弯头凸棱处的磨损点较为集中;堵塞型弯头最大磨损量增速最高,球型弯头最大磨损量增最小。

高压活动弯头拆卸装置设计

高压活动弯头在石油、化工等行业应用广泛,而弯头内部滚珠易受流体颗粒影响而磨损。为保证高压活动弯头正常工作,需定期将其拆卸并更换内部滚珠。文章针对传统人工拆卸弯头效率低、浪费人力等问题,设计出一款可以实现对不同型号弯头进行拆卸的高压活动弯头拆卸装置,重点对拆卸装置的结构和工作原理进行了介绍,并通过三维模型动画演示和理论分析验证了设计的可行性。该装置使用便捷、高效,符合当前市场的需求。

航天发动机大直径不锈钢整体弯头内高压成形缺陷控制研究

大直径弯头是航天发动机燃料传输系统的关键构件,传统工艺采用冲压半管再拼焊成形方法难以满足高空间利用率和高可靠传输的需求。本文提出一种整体弯头内高压成形方法,利用轴向进料调整管料轴向应变状态,降低内外侧壁轴向应变,避免破裂缺陷的同时提高整体弯头尺寸极限与成形性,理论计算内外侧壁理想进料量分别为21 mm和24 mm。实验中通过改善润滑条件促进了轴向进料,避免因管料与模具间摩擦力过大时无法有效进料导致的破裂缺陷。预弯管件预成形时存在变形强化,通过退火热处理降低硬度,消除残余应力,提升塑性变形能力。成形的1Cr18Ni9Ti不锈钢整体弯头相对弯曲半径0.75、径厚比67,直径200 mm,最大减薄率约为31%。

基于PLC的弯头管件气密性检测自动化系统研究

弯头管件广泛应用于各种管路系统中,管件的密封性对管路系统的安全运行至关重要。基于此,本课题组研制了一种弯头管件气密性检测自动化流水线系统。系统将PLC作为核心控制器,集自动上下料和智能检测于一体,适用于批量化流水作业,大大提高了系统的工作效率;系统中气密性检测方法采用直压式测试法,检测效率高;采用触摸屏作为人机交互装置,可以实现参数设置并能对系统测试数据进行实时监控,界面友好,交互性强。经过试验研究,系统已投入实际生产,现场情况表明系统运行稳定,自动化水平高,大大克服了传统气密性检测装置集成度差、工作效率低的问题,并且系统具备操作简单,可维护性强,检测准确率高的优点。

小管径管道弯头缺陷漏磁信号量化方法

漏磁内检测器通过小管径弯头部位时提离值发生改变,检测的缺陷漏磁信号与直管有较大差异性,传统量化方法的适用性有待研究。通过建立弯头及直管的三维漏磁仿真模型,获取三轴缺陷漏磁信号,并提取其中的多模态特征参数以构建样本库,再将特征样本作为输入融合粒子群优化的动态神经网络,分别构建弯头和直管量化模型,以建立漏磁信号与缺陷尺寸的三维映射关系。研究结果表明:本量化方法对弯头缺陷长度、深度和宽度的量化准确率分别达到94.2%、94.4%和95.0%,结果优于BP神经网络,可为小管径弯头缺陷量化提供一定依据。

异丁烯换热器入口弯头泄漏失效原因分析

通过化学成分、金相分析、断口分析等手段对异丁烯换热器入口弯头泄漏原因进行了失效分析。结果表明,弯头发生了碱应力腐蚀开裂。开裂原因是由于弯头液位分界面处氢氧化钠积聚,并在其残余应力的共同作用下引发了碱应力腐蚀开裂,最终导致弯头泄漏。

LDPE稀相输送系统中弯头的磨损与选型对产品质量的影响

低密度聚乙烯(LDPE)装置气力输送系统常采用稀相输送,物料在输送管路中以“悬浮式”前进,该输送方法具有易于维护、适用范围广、经济性高、流速快等特点。但正是因为输送速度快,物料在较长的输送管路上摩擦,容易导致物料损失和输送设备的磨损。一方面,输送时高速流动的粒子与管壁、弯头相互摩擦、碰撞,产生细粉和丝团料。另一方面高速运动的粒子持续撞击和摩擦输送管道,导致输送管道磨损和寿命变短。因此,本文通过工程实践采用对比分析的方法从聚乙烯颗粒稀相输送的磨损机理和输送弯头的选型两个方面展开探讨,总结和分析了输送弯头选型对LDPE颗粒产品质量的影响,为同类装置稀相输送系统弯头选型提供一定的理论支持。

基于响应面法的纯钛小弯曲半径弯头液压成形优化设计

针对小弯曲半径弯头在成形时极易产生起皱、过度减薄等缺陷,本文中采用液压成形来成形规格为Φ69.2 mm×1 mm、弯曲半径为60 mm的TA2纯钛弯头。为了得到小弯曲半径弯头管材在充液压弯成形过程中的最佳工艺参数,通过有限元模拟方法,对小弯曲半径弯头进行了有限元模拟分析。首先研究了在充液压弯成形过程中,成形前内压力和单边补料量对小弯曲半径弯头管材成形效果的影响,然后结合响应面法,采用Central Composite Design(CCD)方式进行方案设计,建立有效的响应面模型,研究在成形过程中,以成形前内压力、单边补料量和摩擦系数为设计变量,以小弯曲半径弯头成形后的减薄量和增厚量为响应量。结果表明,在一定的范围内,采用较高的内压力和较高的单边补料量能够有效的提高小弯曲半径弯头的成形性。响应面优化结果表明,在内压力为12.164 MPa、单边补料量为7 mm以及摩擦系数小于0.2,能够使零件的减薄量控制在15.7%,增厚量控制在5.792%。实验验证得到的最大减薄率为15%,最大增厚率为5.7%,实验结果与数值模拟对比良好,未出现明显缺陷,验证了响应面模型的准确性,并得到最佳的充液压弯成形工艺路径。

低硬度P91钢弯头的组织与性能分析

火力发电通过提高发电机组的蒸汽参数可以获得更高的发电效率,但更高的蒸汽参数给火电厂的安全运营带来新挑战。蒸汽管道弯头是火电机组系统中的事故多发区,其组织性能的研究对于指导管件生产与电厂设备运营管理具有重要意义。某电厂某1000 MW超超临界机组在进行金属监督检验时,发现材质为P91钢的管道弯头背弧面局部硬度偏低。通过硬度试验、拉伸试验、金相检测、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析,对其硬度偏低部位的显微组织与力学性能进行研究。经分析,P91弯头局部区域硬度偏低的主要原因是组织老化、析出相长大导致其各项强化作用减弱。

三效蒸发结晶系统管道设计和弯头防冲蚀研究

在湿法烟气脱硫工艺蒸发结晶单元,管道内介质流动以液固两相流体为主,设备布置及管道设计不合理易造成固体颗粒析出沉积,对管道、弯头等存在一定的冲蚀磨损。从工程实际出发,系统梳理了某装置蒸发结晶系统主设备的平立面布置、管道设计,并采用流体流动模型(CFD),对影响装置长周期运行的不同曲率半径的弯头冲蚀情况进行模拟分析验证,研究管道内的流体速度场分布、压强分布、粒子运动轨迹和冲蚀速率分布图,证明使用3D、6D等曲率半径弯头,能有效减少流体中固体粒子对管道的冲蚀磨损,保证装置的长周期运行。

合成氨企业管道弯头环向断裂原因

某合成氨企业高压管路中的一段弯头发生瞬时环向断裂现象,采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜和能谱分析、力学性能测试、低倍检验、金相检验等方法对弯头断裂原因进行分析。结果表明:弯头氮元素含量偏高,且冷弯后未进行正确的热处理,使其产生应变时效脆化和加工硬化现象;同时材料中环形疏松、带状组织及魏氏组织的存在进一步降低了弯头的力学性能,在一定冲击力的作用下,弯头发生脆性断裂现象。