气液两相流管道防振的方法与措施

指出气液两相流动管道振动与流体流型有密切关系,塞状或弹状流型易引起管道振动,振动强度与流体流速、流量和压力有关,更与激发频率有关,当激发频率与管道自振频率重合或接近时,即便流体激振强度不高,也会引起管道强烈振动。讨论气液两相流管道防振设计思路,阐明气液两相流管道振动响应分析难以进行,模态分析避免共振仍是目前管道防振分析的主要方法。提出多项具体防振措施,强调流型计算要使塞状流型或弹状流型既不在水平管道中出现,也不在垂直管道中出现。     

基于ANSYS Workbench的采油树管道响应谱分析

针对采油树管道计算其固有频率和模态振型,在此基础上分析其在波浪谱曲线激励下的振动情况。结果表明:在输油管道和转换通道末端是振动幅度最大的部位,主振方向为x方向;横向波浪谱对结构振动的影响远大于纵向波浪谱;生产主阀处的应力最大,输油管道上端弯头处的应变最大。通过增大管道直径和壁厚、减小弯头数量、增加管道支吊架等措施提高管道刚度,以达到减小管道振动的目的。     

水合物浆液在U形弯管中的流动特性

采用有限体积法,欧拉液固双流体模型,湍流模型采用RNG k-ε湍流方程,对U形管建立ANSYS/Fluent数值模型进行求解,对U形管内浆液流动特性进行研究。模拟结果表明,弯管对浆液流速分布影响最大,在直管横截面处流速呈抛物线分布,流速在管道中间区域最大,靠近管壁流速逐渐减小;在弯管横截面处流速呈M形分布,且浆液流经弯管处时,会产生二次流动现象,由于离心力的影响,在管道X轴线处外凸侧的压力大于内凹侧的压力;在管截面Z轴处压力呈倒U形分布。     

流体激励下弯管流固耦合振动特性分析

流体流经弯管时,由于管道结构改变,流体冲击弯曲管壁形成激励,使弯管发生振动。振动的弯管反过来又会影响流体流态,形成流固耦合振动。利用ANSYS Workbench软件,建立弯管和流体有限元模型,进行流体激励下弯管流固耦合振动特性分析,考察流体波动频率对弯管流固耦合振动幅值的影响。分析结果表明:考虑流固耦合作用,弯管的固有频率降低;与考虑双向流固耦合作用相比,单向流固耦合作用时弯管振动变形与应力较小;当流体流经弯管时,最大等效应力出现在管道入口端和出口端,最大变形出现在弯管弯曲段;流动流体激励下弯管流固耦合振动的主要形式为横向振动。     

压裂作业中高压管汇谐响应分析

为研究压裂泵出口高压管汇整体的振动特性,对3000型压裂泵的排出管汇进行了流固耦合模态分析与谐响应分析,得到高压管汇固有振动模态、流固耦合模态以及高压管汇在泵头体位移激振作用下的振动响应特性。分析结果表明:考虑流固耦合时,压裂液的作用与管汇振动相互叠加使压裂管汇的各阶固有频率有所升高,对应振幅增加11%～28%,各阶振型基本相似;当激振频率为40、52、72、96、168及176 Hz时,管汇位移响应出现极值,极值点频率基本与空管前6阶模态频率相对应,其中3阶固有频率(72 Hz)激振下,位移响应最大;对危险点施加固定约束后,直管与弯管的位移响应得到明显改善,不仅管汇系统刚度得到有效提升,而且能有效避免管汇由低频外界激励作用导致的共振。研究结果可为现场高压管汇减振提供理论依据。     

基于气-固双向耦合的输气管道最大冲蚀角度预测

弯管作为气田集输管道输送系统中的常用组件,极易受到固体颗粒对管壁的冲蚀破坏。为了研究输气管道的冲蚀规律、 预测弯管最大冲蚀位置,采用Eulerian-Lagrangian 方法计算了管内气、固两相的流动情况,在Eulerian 坐标系下求解气体连续相 流场,在Lagrangian 坐标系下求解颗粒离散相运动轨迹,利用Erosion/Corrosion Research Center（E/CRC）冲蚀模型以及Grant 和 Tabakoff 颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。数值计算过程中考虑了气、固两相之间的双向耦合作用,利用多种模型研究了在 不同弯径比及颗粒直径影响下的弯管冲蚀规律、颗粒运动轨迹及弯管最大冲蚀角度,并提出最大冲蚀位置预测方程。研究结果表明： ①固体颗粒对弯管的冲蚀存在着临界直径,在颗粒临界直径前后的冲蚀规律明显不同;②固体颗粒直接碰撞和滑动碰撞共同作用导 致弯管出现不同的冲蚀形貌,并影响最大冲蚀速率的出现位置;③根据临界颗粒直径以及管道中颗粒运动轨迹提出的冲蚀最严重位 置预测方程能很好地预测弯头处最大冲蚀角度,可以为输气管道冲蚀预测提供参考。     

液固两相流盲三通冲蚀特性数值分析

盲三通内特殊的"气垫"结构可以在节省空间的同时提升管道的抗冲蚀性能。为了分析液固两相流环境下弯管和盲三通内的流场分布,并对比其抗冲蚀性能,分析冲蚀机理,运用CFD-DPM方法对相同直径弯管和盲三通内的流场进行了数值计算。通过对几何模型进行网格无关性验证来确定最佳的网格数量,选用Realizable k-ε湍流模型、McLaury冲蚀预测模型和Forder壁面反弹恢复模型来计算冲蚀速率。分析结果显示:盲三通的最大冲蚀速率明显低于弯管;弯管的主要冲蚀部位位于中心区域的外侧壁面,盲三通的冲蚀区域主要位于相贯线附近和出料管底部;在盲三通内存在缓冲涡,可以阻止固体颗粒对壁面的直接撞击,从而减轻对管道的冲蚀;随着流体流速的增加,冲蚀逐渐加重,且流速较高时,冲蚀速率增加幅度越大;随着颗粒质量流量的增加,冲蚀速率呈线性增加,增长斜率随长径比的增大而减小。所得结果对于管道的设计选用及长周期安全运营有一定的参考价值。     

450T海洋井架模态分析与钻井工艺建议

井架的固有频率与外部设备振动频率及风载荷等频率接近或吻合时,井架将发生共振。在模态分析理论介绍的基础上,采用有限元软件对450T海洋井架进行了动态特性分析,研究了其振动特性。建模时依据井架杆件采用的材料结构定义了17种截面属性,网格划分选取2节点188梁单元。分析结果表明,与不考虑预应力相比,在考虑预应力效果时,井架的前10阶频率均有下降,但下降幅度不大,说明预应力效应对井架的振动特性影响较小;井架前4阶模态频率对应的转速在转盘和绞车的正常转速范围内,但第1、2阶模态频率对应的转盘和绞车转速在100 r/min以下,且2阶模态频率接近。     

缓蚀剂在输气管道中分布规律的数值模拟研究

基于流体动力学理论,建立U形管道气液两相流模型,采用数值模拟法分析了缓蚀剂在管道内的分布规律,探究了管径、入口速度、缓蚀剂体积分数、液滴直径、黏度对缓蚀剂分布规律的影响。实验结果表明,由于重力因素,缓蚀剂在水平管道顶部的含率逐渐下降,在水平管道底部的含率逐渐增加;在弯管处天然气会产生二次流动现象,在二次漩涡与重力共同作用下使缓蚀剂在下弯管顶部含率逐渐增大,在上弯管顶部含率逐渐减小;当管径、入口速度、黏度越大,缓蚀剂体积分数、液滴直径越小时,缓蚀剂沿着管道轴向方向含率变化相对较小,在径向位置处管道顶部与管道底部含率差值较小,有利于缓蚀剂在管道中均匀分布;在实际工程中,应通过控制缓蚀剂体积分数调整缓蚀剂在输气管道中的分布状况,这种做法操作简单,而且成本低、效果明显。     

海底管道内部流动引起的流致振动问题研究进展

随着深海油气开发进度的加快,管内压力和流速逐渐增加,由管道内部流动引起的流致振动问题越来越受到海洋工程界的重视。本文围绕海底管道内流激振力引发的流致振动问题,从海底管道内流流致振动的理论模型、数值模拟和实验研究等方面对两相流管道系统中的流致振动研究进展进行综述,总结了多相流流致振动的成因和适用不同管道对象的理论模型;并指出采用流固耦合模拟方法可以更好地考虑实际情况,但段塞流和管道本身非线性影响的叠加增加了模拟的复杂性,建议可采用海底管道系统与管道局部仿真相结合的方法来提高模拟的准确性;同时指出目前的实验研究尽管可以给出短时间内的振动响应特性,但管道疲劳破坏演化过程及规律还有待进一步研究。