压裂过程中节流器冲刷腐蚀数值计算

水力压裂技术的发展具有很大的潜力,但是由于受到冲刷腐蚀的影响,压裂技术受到了限制。运用计算流体力学的方法,根据流体流动的规律,建立了节流器的流固两相冲刷腐蚀的数学模型,采用SIMPLE算法来解上述方程。结果表明,节流器的冲刷腐蚀主要发生在入口段和出口段,且入口段受到的冲刷腐蚀较严重。冲刷腐蚀对节流器的影响随入口压力和压裂液粘度的增大而变严重,随含砂量的变大而减轻。研究结果可为节流器的优化设计提供指导。     

柴油机喷油嘴内流体冲刷腐蚀的数值模拟分析

根据流体流动的基本规律,建立了冲刷腐蚀和空化流相变的数学模型,利用Fluent软件对喷油嘴内部流体进行数值模拟分析。结果表明:冲刷腐蚀引起材料损坏的严重位置为喷孔入口拐角处。然而当出现"超空穴"现象时,流体最大剪切应力位置会移至喷孔出口处附近;当腐蚀介质一定时,冲刷腐蚀程度随着燃油粘度、流体流速、进口压力、入口圆角的增大而增大,随着背压增大而减小;在进口压力和流速一定的情况下,降低燃油粘度和背压,减小入口圆角既能减缓流体冲刷腐蚀作用又有利于燃油雾化。     

含砂流动海水中Q235钢冲刷腐蚀行为研究

目的 研究Q235钢在不同流速和不同含砂量环境下的冲刷腐蚀行为。方法 采用旋转冲刷腐蚀试验装置,利用电化学测试手段、表面显微分析以及失重测量等方法分析流速以及含砂量对冲刷腐蚀行为的影响。结果 试样表面主要以腐蚀坑和划痕为主,随流速的增加,试样表面腐蚀坑数目增多,砂粒摩擦造成试样表面有明显划痕。含砂量较小时,试样表面腐蚀坑较大,且比较分散;随着含砂量增加,试样表面腐蚀坑增多,但是腐蚀坑直径减小。随流速的增加,试样表面腐蚀产物膜变得更加致密。随含砂量的增加,试样表面的腐蚀产物膜变厚,出现更加稳定的Fe2O3。海水流速和含砂量均较小时,Q235冲刷腐蚀电化学表征为单层结构腐蚀产物层。随流速和含砂量的增加,电化学表征转变为双层结构的腐蚀产物层,砂粒无法直接作用于基体表面。冲刷流速从1 m/s增加到5 m/s时,冲刷腐蚀速率由0.0113 mm/a增加到0.0309 mm/a,Q235钢最大腐蚀坑深度由34.47 μm增大到281.94 μm。含砂量从0.15%增加到1%时,冲刷腐蚀速率从0.0113 mm/a变为0.0107 mm/a,最大腐蚀坑深度由34.47 μm变化为16.41 μm。结论 Q235钢的腐蚀速率及腐蚀坑深对冲刷流速较为敏感,而对含砂量变化敏感性较小。     

突扩管条件下材料的冲刷腐蚀机理研究Ⅰ碳钢

利用新近研制的双相流冲刷腐蚀激光多普勒实验装置,通过失重测试、表面形貌观察、局部流速流态测试和曲型部位的电化学测试,研究了突扩管条件下碳钢ＡＩＳＩ１０２０在单相及含砂人工海水介质中的冲刷腐蚀机理。结果表明：冲刷腐蚀峰值发生在距突扩位置约２．５Ｄ的部位（Ｄ为粗管直径）,与重附着点的位置相同,不同部位的冲刷腐蚀形貌有着明显差异,并与局部流速流态是相互对应的。冲刷对腐蚀的影响主要表现在流动对氧传质过程的     

数值模拟油气管线弯管处固液两相流场特性及冲刷腐蚀预测

为了定量描述输油管线弯管处由于流体方向改变引起的流场特性变化和管道内部冲蚀损伤过程,在Workbench平台下利用Fluent建立了90°弯管冲蚀物理模型,获得了弯管管壁压力、剪切应力以及流体流速的分布规律。结果表明:弯管处流场变化复杂,是此处管道严重冲刷腐蚀的原因;弯管外侧冲刷腐蚀最为严重,出口直管段的冲刷腐蚀次之,入口直管段及弯管内侧几乎无冲刷腐蚀;较大直径的砂粒会携带更大的动能和冲击力,从而在管壁上形成更加严重的冲刷腐蚀。     

火力发电厂凝汽器铜管冲刷腐蚀原因

国内某滨海火力发电厂凝汽器BFe-30-1-1铜管管口发生了大面积的冲刷腐蚀,造成凝汽器长期频繁出现泄漏事故。本工作采用自行设计的动态模拟电化学腐蚀测试试验台,对该厂所使用的铜管在电厂提供的循环水样中进行了冲刷腐蚀试验,同时做了失重试验,对采用阴极保护后铜管的腐蚀速度进行了测量。结果表明,循环水中含砂是造成管口出现大面积冲刷腐蚀的主要原因,发生冲刷腐蚀的部位主要集中在距管口0~150 mm范围内,采用阴极保护能有效降低水中带砂引起的冲刷腐蚀速度。     

含砂海水中环氧树脂/Q235钢体系的冲刷腐蚀行为研究

目的 研究环氧树脂/Q235钢体系在含砂流动海水中的耐冲刷腐蚀性能.方法 采用旋转冲刷腐蚀试验装置进行不同流速、不同含砂量下环氧树脂/Q235钢体系的冲刷腐蚀试验,利用表面观测、电化学测试以及扫描开尔文探针(SKP)技术研究冲刷腐蚀后体系的腐蚀规律.采用计算流体动力学(CFD)方法模拟计算冲刷流场和砂粒分布.结果 高流速下的砂粒不断冲击涂层表面,导致涂层破损,使基体与海水直接接触,造成基体腐蚀,基体腐蚀又导致涂层的进一步破损.当冲刷流速在5～6 m/s之间时,涂层发生破坏,涂层底部腐蚀连接成片,生成片状腐蚀产物,腐蚀产物表面有较长裂缝.当含砂量达到1.5％(质量分数)时,涂层也发生破坏,但是其以孤立的腐蚀坑为主.Q235钢基体发生点蚀后,点蚀周围的腐蚀敏感性增加.随着腐蚀时间的增加,阳极区逐渐变宽,阴极区逐渐向外移动.腐蚀区域逐渐扩大,形成腐蚀通道.最终,腐蚀通道相互连接,从而在涂层下引起更大范围的腐蚀.结论 与含砂量相比,环氧树脂涂层的冲刷腐蚀对流速敏感性更高.     

0Cr13Al不锈钢管束冲蚀原因分析及对策

阿尔及利亚某炼化工程一台凝析油/重柴油换热器抽芯检查过程中发现换热管束有明显冲刷腐蚀.发生腐蚀的部位正对重柴油入口,该处管束顶部有密集分布的冲蚀坑及麻点,底部蚀坑表面有油污及腐蚀产物附着.通过金相和扫描电镜观察、能谱分析及双环电化学动电位再活化等多种方法分析了冲刷腐蚀的成因和热处理对TP405管束材料耐晶间腐蚀性能的影响,对换热器壳程入口冲刷腐蚀预防措施和整改方案提出建议.     

黄铜HSn70-1A、HA177-2A的抗冲刷能力比较研究

利用自制的冲刷腐蚀装置,对HSn70-1A、HA177-2A黄铜管进行冲刷试验,对实验数据进行曲线拟合.结果表明：HSn70-1A、HA177-2A的冲刷腐蚀率与Cl-浓度及含砂量均成抛物线关系.HSn70-1A黄铜较HA177-2A黄铜对Cl-更敏感, 更耐砂冲刷腐蚀;而HA177-2A黄铜较HSn70-1A黄铜更耐Cl-冲刷腐蚀.在低砂含量时,HA177-2A的抗冲刷腐蚀能力较HSn70-1A高;在高砂含量时,HA177-2A的抗冲刷腐蚀能力较HSn70-1A低.     

多相流动淡水体系中碳钢的中刷腐蚀行为

利用圆桶式冲刷腐蚀实验机,在含砂淡水体系中进行了几种碳钢的冲刷腐蚀失重实验和线性极化电阻测试,讨论了冲刷腐蚀作用的机理.结果表明水流速度加快,含砂粒径增大,冲刷腐蚀失重增加;但当水流速度、砂粒粒径超过一定范围后,冲蚀失重的增加变得不明显.碳钢在水体流动条件下的极化电阻比静态下要小得多,在两相含砂水流中的极化电阻比单相水流中小.实验条件下,碳钢的冲刷腐蚀是机械磨损和电化学腐蚀共同作用的结果,但随着水流速度的增加,机械冲刷的贡献逐渐占主导.     

Erosion-Corrosion of Carbon Steel Pipes in Oil Sands Slurry Studied by Weight-Loss Testing and CFD Simulation

Weight-loss testing and computational fluid dynamic simulation were combined to investigate the essential roles of fluid mechanics and the sand impact in erosion-corrosion (E-C) of an X65 pipe steel in oil sands slurry. Results demonstrated that the steel E-C is resulted from the synergistic effect of the hydrodynamic shear stress and mechanical impact stress exerted on the steel surface. At low impact angles, such as 30°, the effect of shear stress is dominant. The particle impact stress becomes dominant when the impact angle increases to a high value, such as 90°. It is demonstrated that the maximum of E-C of the steel occurs at approximately 45° of the slurry impingement.     

筒体接管的力学分析

在压水堆核电设备的强度计算校核中,经常需要对圆筒型容器上的接管进行评估。本研究分别采用有限元壳体单元和实体单元模型以及公式法预估对筒体的接管进行单变量作用下的应力分析。结果表明运用有限元壳体模型得到的结果是保守的,典型载荷下内压对接管最大应力强度的影响是最为显著的。公式法预估最大应力强度应在使用厚壁壳体公式基础上乘以一定的应力集中系数。这些结果将为以后涉及设备接管应力强度的估计及评定提供参考。     

高压低耗散新型喷嘴的设计及数值仿真研究

针对热镀锌车间内吹环喷嘴吹扫钢管内部多余锌粒时耗气量大、出口速度低、冲击力小等问题,设计一款高压低耗散的新型喷嘴,喷嘴内轮廓线采用四次B样条曲线,出口采用椭圆形设计。基于流体力学的基本方程和S-A湍流模型,建立了吹扫射流的数学模型。分析不同入口压力条件下,入射角为30°、45°、60°、90°时,射流对管壁的打击力,并研究喷嘴出口与管口距离的变化对打击力的影响。结果表明:B样条喷嘴冲击到壁面的压力、喷嘴速度和气帘宽度均大于传统的锥直形喷嘴,吹扫效果明显提高。     

特殊螺纹接头油管腐蚀原因分析

对某井特殊螺纹接头油管腐蚀穿孔事故进行了调查研究,对腐蚀穿孔的油管接头样品的化学成分、力学性能、金相组织进行了试验分析,对油管腐蚀形貌进行了微观分析和宏观分析,对油管腐蚀产物进行了能谱分析,依据试验结果对袖管腐蚀的原因进行了分析讨论．认为油管属于局部冲刷腐蚀,冲刷腐蚀原因是接头部位存在结构变化引起的紊流。     

凝析气田集输管道弯管冲刷腐蚀数值计算

凝析气田集输管道中介质的流态和成分比较复杂,容易引起管道弯管发生冲刷腐蚀,导致管道事故。针对这一现象,将计算流体的方法引入到弯管的冲刷腐蚀的研究中,根据流体流动的规律,建立了弯管冲刷腐蚀的数学模型。根据气田集输管道中的实际运行参数,模拟三种工况下管道弯管中流体的运动。结果显示,管道中确实存在最大剪切应力和最大含液率的区域,并且气相介质流速越大,冲刷腐蚀越严重;弯管结构的改变,引起管道内介质流速和湍流强度等参数发生改变。研究成果可为研究流体力学因素对管道冲刷腐蚀的影响提供指导依据,还可以用以指导实际管道的腐蚀检测和结构的优化,减少气田事故的发生。     

在役油罐内壁除锈喷嘴外流场数值模拟

针对在役单层油罐改造成双层罐的除锈问题,选用磨料水射流喷嘴为研究对象,使用计算流体力学方法,进行了混合磨料水射流对油罐内壁除锈效果的数值模拟。以射流打击靶面的最大剪切力和冲蚀磨损率作为评价指标,研究结果表明:前混合磨料水射流达到相同的除锈效果相较于后混合磨料水射流所需的射流压力更低,射流入射压力为20 MPa时,除锈效果较理想且具有较好的经济性;剪切力在靶面上存在一个核心作用区,最大剪切力位置不在靶面中心处;冲蚀磨损率随磨料的体积浓度、磨料粒径、磨料密度的增大而增大,而最大壁面剪切力不随其增大而变化。     

API油管腐蚀失效原因分析

    对API（美国石油学会）油管腐蚀失效事故进行了系统调查,结果表明,API油管接头腐蚀严重区域集中在油管接头现场上扣端外螺纹接头内壁位置,油管腐蚀既与流体冲刷有关.也与CO₂腐蚀有关.经过试验研究,认为API油管接头中部的凹槽位置产生了紊流和剪切应力,腐蚀最严重的区域紊流和剪切应力最严重.为解决结构突变导致的腐蚀集中问题,建议油田使用接头内壁平齐的特殊螺纹接头油管.     

Wall shear stress mapping in the rotating cage geometry and evaluation of drag reduction efficiency using an electrochemical method

The local wall shear stress (WSS) mapping in the rotating cage (RC) has been obtained from measuring the diffusion current due to the electrochemical reduction of methyl viologen used as tracer system for both Newtonian and non-Newtonian solutions. The latter were achieved with oleyltrimethyl ammonium, a cationic surfactant, and sodium salicylate as counter-ion, forming thread-like micelles which induce drag reduction conditions.The maximum WSS values were detected in the middle of the coupon in agreement with observation of corroded coupons in erosion-corrosion tests. Maximum values of 65% for drag reduction were measured at the same locations.     

铝合金锥体喷管剪切旋压参数模拟与工艺试验

建立了锥体旋压有限元力学模型,确定了剪切旋压的边界条件。模拟结果揭示了剪切旋压的变形机理,得出三向压应力状态Pr>Pz>Pt。通过分析剪切旋压过程中等效应力、应变和壁厚的分布情况,确定了相对合理的工艺参数。并进行了实际旋压工艺过程试验,试验结果与有限元模拟结果接近。