天然气携砂气固两相流在弯管处冲蚀磨损分析

为了研究固体颗粒参数及弯管结构参数变化条件下弯管的冲蚀规律及最大冲蚀位置,基于CFD软件Fluent对弯管进行了网格无关性分析和入口段长度分析来确定最佳分析模型,选用Oka冲蚀模型和Forder壁面恢复模型计算弯管冲蚀,研究了颗粒直径和管径比对弯管最大冲蚀位置的影响。分析结果表明:颗粒速度对冲蚀速率的影响较大,二者呈指数关系,冲蚀速率随质量流量的增加比较均匀,当颗粒直径达到一定大小后,冲蚀速率增加较慢;管道直径和管径增大均会减小弯管的冲蚀速率,管径比对冲蚀速率的影响较大,二者呈现指数关系;颗粒直径基本不影响最大冲蚀位置,而最大冲蚀角度随着管径比的增大而减小。所得结果对管道设计及工程实际安全运营具有一定的指导作用。     

90°弯管气固两相流磨损研究

天然气在管道输送过程中,夹带的微小固体颗粒会对管道产生冲蚀磨损,进而引发管道失效。利用计算流体力学(CFD)软件能够模拟管内气固两相流流动预测壁面磨损量,但过往的(模拟)研究未能区分出磨损的不同阶段,仅采用单一的冲蚀磨损量预测模型。为此利用气固两相流流场结果,通过分界角β将磨损过程分为两个阶段:颗粒对壁面的冲击与颗粒对壁面的滑动或滚动。并将上述两个阶段采用不同的磨损量预测模型(Tulsa模型与疲劳磨损模型)作为用户自定义函数(UDF)加入计算软件中。计算结果表明:磨损量随着颗粒直径、颗粒密度、气体流速、弯径比的增加而增加。磨损量随不同影响因素的变化趋势,与分界角的变化趋势相似,证明了分界角是一个能综合评价弯管冲蚀磨损特征的参数。利用拉格朗日法分析了颗粒的碰撞特征,结果表明:二次碰撞位置更加靠近弯管出口,极易位于弯管焊缝的热影响区内,磨损情况将会加剧,甚至加速焊缝热影响区内的微裂纹扩展。     

平椭圆弯管冲蚀磨损数值模拟

为了研究天然气运输过程中含砂气体对弯管的冲蚀磨损特性并提高弯管的耐磨性,在充分分析圆管流体冲蚀特性的基础上提出了平椭圆管道。利用气固两相流冲蚀方程对平椭圆管道弯头进行冲蚀磨损分析,研究了不同长宽比的平椭圆管道的冲蚀速率和冲蚀区域形状,从中优选出合适的长宽比,并分析了不同质量流量、不同粒子直径及不同气体流速等工况下粒子对管道冲蚀的影响。分析结果表明:相比于普通圆管,平椭圆管能明显降低最大冲蚀速率,随着平椭圆管长宽比的增大,最大冲蚀速率逐渐下降;当长宽比达到1.4后,最大冲蚀速率下降的速度明显降低,因此认为平椭圆管最适宜的长宽比为1.4,此时最大冲蚀速率下降了21.9%;当粒子直径增大时,平椭圆管弯头处的最大冲蚀速率先升高、后降低、再升高,冲蚀区域基本保持不变。所得结论可为平椭圆弯管抗冲蚀措施的制定提供参考。     

含砂页岩气弯管冲蚀模拟研究

在页岩气生产与集输过程中,常常含有页岩砂粒,这些砂粒在弯管处会对管道造成严重的冲刷侵蚀,引起弯管位置发生冲蚀穿孔,带来严重的安全隐患.本文运用数值模拟软件模拟计算了90℃管道弯头的冲蚀磨损率,模拟分析了不同直径的页岩砂粒、不同含砂量对弯管段的冲蚀影响.结果表明砂粒直径越大,冲刷侵蚀速率越大,冲刷侵蚀区域越向下偏移;随着...     

90°方弯管内气相流场的数值模拟与分析

采用Fluent软件提供的大涡模拟(LES)方法对90°方弯管内气相流场进行了数值模拟,重点考察不同空间倾角对弯管内二次流形态的影响规律。模拟结果表明,90°方弯管下倾后,其内部的气相流场与水平弯管存在较大差异,二次流现象延缓发生,回流区减少,有利于改善弯管内的流动状态;随着空间倾角的增大,弯管出口截面的切向速度不断增加,有利于流场内气固两相的分离,但系统压降也随之增大,导致系统能量损耗,因此工程应用中应优化确定合适的空间倾角。     

天然气管道压缩机叶轮冲蚀磨损数值计算及优化

为了研究天然气管道压缩机叶轮磨损问题,揭示压缩机允许安全运行的颗粒物类型及其粒径,识别影响磨损严重程度的条件,基于ANSYS CFX软件中的Tabakoff和Grant的侵蚀模型,对压缩机内部流场进行了气固两相流数值模拟,着重开展了不同固体颗粒粒径对叶轮叶片冲蚀的数值模拟计算。模拟计算结果表明,粒径越大,对叶轮叶片冲蚀磨损越严重;当颗粒粒径保持不变时,颗粒密度越高,对叶轮叶片的摩擦力也就越强。根据模拟计算结果对叶片厚度进行了优化,兼顾了叶轮气动性能和耐冲刷的能力。研究成果对天然气管道压缩机乃至管道系统的安全稳定运行具有现实指导意义。     

含砂介质对异径管的冲蚀磨损分析

为探究含砂介质对异径管的冲蚀磨损规律,建立了异径管物理模型,使用Fluent软件进行数值模拟,分别以介质进口速度、介质含砂质量流量、管口径比(小口管径与大口管径之比)和过渡段倾角为变量进行仿真分析。分析结果表明:异径管的冲蚀速率随进口速度的增大而增大,并且其增长速率也随着进口速度的增大而增大;异径管冲蚀速率与流体介质含砂质量流量呈正相关关系;随着管口径比的增大,介质对异径管的冲蚀速率逐渐减小;冲蚀部位在管口径比发生变化时也会发生改变,当管口径比较小时,冲蚀部位分布在过渡段靠近小口端一侧,管口径比增大,冲蚀部位发生偏移,并在管口径比达到0.7时,变成了靠近大口端一侧;过渡段倾角增大,含砂介质对异径管的冲蚀速率逐渐增大,其增长速率也随着过渡段倾角的增大而增大。研究结果可为异径管的设计和使用提供指导。     

已系列化的90°弯管流量计

析和介绍了已系列化的９０°弯管流量计的结构、原理、特点、主要技术参数及安装条件。     

测试地面流程弯管冲蚀磨损的影响研究

为研究海上地面流程作业过程中,油嘴调整及弯管结构参数对地面流程弯管冲蚀磨损的影响规律,基于液-固两相流理论、冲蚀磨损模型,结合流场、颗粒运动轨迹对地面流程弯管流速、固相颗粒体积分数、流速与弯管弯曲角度等冲蚀磨损影响因素进行了耦合分析.分析结果表明:不同产量对应的流速由14 m/s增大至23 m/s时,固体颗粒体积分数对...     

颗粒特性对油气管道双90°弯头的冲蚀磨损影响研究

本文采用模拟方法研究颗粒特性对油气管道双90°弯头的冲蚀磨损影响,发现管道弯头外侧是冲蚀磨损最严重的区域,且远离入口的弯头所受到的磨损较为严重。随着颗粒直径增加,弯头平均冲蚀磨损速率也随之增加,靠近入口的弯头所受到的最大冲蚀磨损速率也随之变大,远离入口的弯头最大冲蚀磨损速率则减小;随着颗粒质量流量增加,弯头壁面最大冲蚀磨损速率和平均冲蚀磨损速率均有所增加,而颗粒形状越接近于球形,则弯头所受到的冲蚀磨损就越小。     

气井携砂数值分析方法

在天然气开采过程中,气井出砂是危害天然气生产的重要因素之一。为了解携砂的整个过程,基于气固两相流理论,研究了砂粒在垂直井筒中的受力情况,建立了砂粒举升过程中的力学模型。运用数学分析方法,讨论了气井携砂的临界产量和已知产量下砂粒在井筒上升任一深度的运动状态,并结合某区块实际天然气气井生产数据,探究了油管直径、砂粒直径和密度等对临界产量的影响规律,得出了砂粒在携带过程中的运动图版。该研究结果为天然气生产管理措施的制定提供了理论依据。     

弯管含砂流流场与磨损模拟

含砂流在石油工业中较为常见,是引起设备失效和材料破坏的重要原因之一。引起的这些故障可能导致不可预测的停工和风险,严重影响油井的正常生产。利用FLUENT软件对较易产生磨损的90曘弯管含砂油流流动情形进行了模拟,得到了不同流速下含砂油流在管内的压力场、速度场分布规律,以及管壁处磨损量的分布规律,得出不同速度与冲蚀角对磨损量的影响,此结果可为油品安全输运、流动参数控制及管线磨损防护提供一定的参考依据。     

90°弯管内高黏原油水环流动特性的数值研究

环状流输送稠油技术正受到越来越多的关注。在水环输送高黏原油的过程中,不可避免地会经过弯管等部件,在弯管中离心力的作用下核心油流靠近壁面,容易失稳。运用FLUENT软件,采用VOF模型针对90°弯管进行油水环状流的数值模拟研究,通过不同界面张力的对比研究其维稳特性。结果表明,界面张力对90°弯管中水环的稳定性有显著影响,在模拟条件下油水界面张力增大至0. 25 N/m时对水环通过90°弯管的维稳效果最好。     

加氢反应器封头管口90°弯管的制造

加氢反应器是炼油厂加氢装置中的关键设备,其结构正由冷壁向热壁发展,我厂已成功地制造了两台热壁反应器。在该反应器的上下封头上各有一个管口,即油汽入口和出口。其由90°弯管和接管法兰组成,其中90°弯管的制造难度较大,也是该设备制造的关键之一。现将有关制造情况介绍如下。     

不同工况下异径管冲蚀磨损数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型,对不同入口颗粒浓度和入口速度情况下异径管的冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟分析得出异径管的流场分布情况以及冲蚀部位分布。结果表明:在变径区域由于流道变窄使流体加速流动,导致颗粒湍动能增大,进而对变径区域壁面造成严重冲蚀;在相同入口颗粒浓度情况下,异径管的冲蚀速率随着入口速度的增大而上升,冲蚀严重区域的位置与尺寸将发生移动和变化;在相同入口速度下,异径管的冲蚀速率随着颗粒浓度的增加而接近于线性上升,冲蚀严重区域的位置与尺寸几乎不变。     

水下应急封井装置内部冲蚀磨损数值模拟

水下应急封井装置是一种应急抢险设备,用于水下井控失败后的抢险救援。为了解水下应急封井装置在不同工作状态下的磨损情况,对不同工况下应急封井装置的内部流动进行了CFD数值模拟。通过分析5种工况下内部管道的磨损率分布,确定磨损较严重的位置,并对其结构进行了优化。分析结果表明:主垂直管开启(工况1和工况2)时,最大磨损率较小,磨损主要分布在主垂直管的分流孔附近;主垂直管关闭时,最大磨损率明显增大,磨损严重的位置位于直角管下游管道外侧壁面,以及直角管内侧拐角处;将直角管结构改为盲三通可以显著减小该处的磨损率。所得结果可为水下应急封井装置的结构设计和优化提供一定参考,有助于加快我国水下应急装备的研究进展。     

基于CFD的弯管冲刷磨损数值模拟研究

弯管在油气集输管道中应用广泛,但容易发生冲刷磨损而造成泄漏事故,因此有必要对其冲刷磨损因素进行深入研究。基于流体动力学原理,借助CFD软件,应用DPM模型对油气集输管网中弯曲管道进行流场分析。结果表明:弯曲管道的冲刷磨损受到流体流速、管径以及曲率半径等多种因素影响;流体对管道冲刷磨损影响最大区域集中在弯管外侧;受到的冲刷磨损速率与入口流速和管径成正比;增大曲率半径会减弱流体对弯管内壁冲刷磨损的影响。该研究结论可为管道冲刷磨损防护提供一定的理论依据。     

携砂液在裂缝中的流动阻力理论分析

从压裂液在裂缝中的层流流动机理出发,考虑缝宽与缝长方向的压力梯度,对裂缝中的压裂液流速进行了计算。以固液两相流的流动理论为基础,运用托马斯定律对含砂压裂液的表观粘度进行了简化计算。考虑了砂粒与裂缝壁面的相互作用,从理论上建立了求解裂缝中含砂液流动阻力的计算模型,进而对不同含砂浓度、含砂粒径对压裂液流动性能的影响进行了分析,为计算压裂液在裂缝中的流动阻力提供了理论依据。     

水源井防砂复合筛管的冲蚀磨损试验研究

筛管是井下防砂关键器材,对防砂质量、成本和油井产量等都有很大影响,一旦筛管失效将导致水源井出砂停产,使整个防砂作业失败。为了减轻筛管的冲蚀损害,研究了各个因素对金属网布筛管和星孔筛管冲蚀损害的影响规律。结合海上油田生产实际和各种影响因素,研制了冲蚀磨损试验装置。针对2种类型的筛管,模拟了含砂粒径、流速、含砂质量分数和地层水矿化度等因素对其冲蚀的影响程度,并利用灰色关联度的方法对各个影响因素进行了排序和分析。研究结果表明:随着流体流速、粒径和含砂质量分数增加,筛管冲蚀速率增加,地层水矿化度对筛管冲蚀的影响较小;金属网布筛管的冲蚀损害因素的关联度排序为受效面积砂粒粒径含砂质量分数流速;而星孔筛管的关联度排序为受效面积含砂质量分数砂粒粒径流速。2种筛管的主要冲蚀因素都是受效面积,筛管的局部堵塞是造成筛管冲蚀损害的关键因素;金属网布筛管不适用于地层砂粒较粗的井;星孔筛管更适合应用于水源井这样产量较高的井。研究结果对水源井筛管的结构设计和选型具有一定的指导作用。     

基于FLUENT的90°弯管内水环流动特性研究

稠油由于其黏度过高,直接管输的难度较大,因此水环输送高黏原油作为一项高效节能的输油技术越来越受到关注。在高黏原油实际输送的过程中,水环会经过弯管部件,而在此过程中水环容易污染壁面,降低输送效率。运用CFD软件针对水环在90°弯管内的流动进行分析,通过不同流动参数的对比研究其维稳特性。结果表明:在模拟条件下,当流速增加至0.9 m/s时水环在离心力的作用下偏心严重;当油水密度比较小时,水环在浮力的作用下偏心严重,甚至可能污染壁面;在一定范围内改变黏度比对弯管中的环状流影响较小。该研究结果可为水环在90°弯管内流动参数优化提供理论参考。