腐蚀海洋立管的涡激振动响应分析

海水对深海服役输油立管的腐蚀作用会不断改变立管表面形态和动力特性,从而显著影响立管涡激振动响应。因此,基于X70管线钢模拟深海环境腐蚀试验结果,分析了不同腐蚀率的立管涡激振动响应。首先,对X70管线钢标准挂片进行模拟深海环境腐蚀试验,获得材料腐蚀速率和壁厚损伤程度时变模型;然后,根据相同腐蚀速率下单位面积腐蚀损失质量一定的等效原则,建立表征不同腐蚀率立管的有限元模型;最后,采用嵌套网格技术实现计算域内网格动态更新来考虑立管与流场的流固耦合,分析腐蚀立管的横流向和顺流向涡激振动响应幅值以及锁定区间。研究表明,当腐蚀率较小时,腐蚀对立管涡激振动呈现出较强抑制作用,最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的53.40%和16.70%,且提前进入并推后离开锁定区间。但是,随着腐蚀率增加,立管涡激振动响应急剧增加,在腐蚀率为4.07%~22.74%内,腐蚀立管涡激振动响应幅值都大于光滑立管,最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的1.16倍和1.17倍,进入锁定区间与光滑立管基本相同,但推后离开锁定区间。当腐蚀率为28.09%时,腐蚀立管涡激振动响应有所降低,但横流向振幅仍大于光滑立管,进入锁定区间与光滑立管基本相同,但较大幅度提前离开锁定区间。

腐蚀海洋立管的绕流特性分析

针对海水腐蚀会影响深海服役输油立管的绕流特性,采用CFD数值模拟技术分析了不同腐蚀时间立管的阻、升力系数。结果表明,腐蚀使立管在较低约化速度下就进入临界区,在约化速度为8时,腐蚀立管的阻、升力系数幅值最小,腐蚀率为2.50%和4.07%立管的平均阻力系数幅值分别是光滑立管的71.1%和75.5%,最大升力系数幅值分别是光滑立管的51.8%和57.0%。