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弯管在工程安全生产中的特殊作用

2019-01-06 13:58:57

目前气管道工业发展迅速,但由于净化设备性能的限制,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,造成隐患与经济损失,故引起人们关注。冲蚀磨损是指固体表面与具有速度的含有固相微粒的气体相互作用下所产生的一种磨损现象。相比电化学腐蚀作用对金属管道内壁的破坏,冲蚀磨损对管道的破坏不但在机理上更加复杂,而且将加重腐蚀程度。根据气田现场经验和数据,弯头部位冲蚀磨损率比直管部位高50倍,它们对弯头管壁处的影响往往大于直管道。

冲刷腐蚀一般是指流体或固体颗粒以的速度和角度对物体表面进行冲击,发生材料损耗的一种现象。管道冲蚀是一个十分复杂的过程,它与管道流量、管道几何构造、管壁材料、流体性质、输沙率、砂粒形状、砂粒粒径等诸多因素均有关系。生产过程中油气流动方向的突然改变或者由于流动受限而导致的颗粒碰撞都是造成组件侵蚀破坏的重要原因。油气田开发过程中的液/固两相流工况给多相流输送带来严重困难。

目前,随着油田开采时间的延长,原油中的水和砂的含量逐渐增加,原油含量相对减少,输油管线腐蚀速率逐渐加剧。在开采过程中,存在众多的与含砂流体接触的弯管,砂粒经过长时间碰撞管道内壁、弯头等管道部件,对管道系统造成侵蚀破坏,其寿命会显著缩短,存在隐患,进而造成危险事故与巨大的经济损失。

由于较大冲蚀速率在工程生产中的特殊作用,分析颗粒参数变化与较大冲蚀速率之间的关系具有重要意义。在颗粒粒径为200μm,颗粒流量为0.2kg/s的条件下,颗粒流速与较大冲蚀速率关系。

较大冲蚀速率随着颗粒流速的增加而增大,呈指数关系,说明速度因素对于较大冲蚀速率的影响较大。弯管中各截面处颗粒的较大冲蚀速率。可知,在相同截面处,随着颗粒速度的增加,较大冲蚀速率也增加,且随着速度增加冲蚀速率增加的程度越快;在不同截面,相同速度下,随着弯管截面顺着来流方向的移动,冲蚀速率逐渐增加,且在高流速下,冲蚀速率增加较大。由此可知在流速范围内,弯管中流速越大、顺着来流方向越往后的弯头处冲蚀速率越大且增加越快。

在颗粒粒径为200μm,颗粒流速为20m/s条件下,不同颗粒流量与较大冲蚀速率的关系。颗粒流量与较大冲蚀速率呈正比关系,随着颗粒流量的增加,较大冲蚀速率逐渐增加,说明颗粒流量的增加加剧了弯管的磨损。在相同截面处,随着颗粒流量的增加冲蚀速率增大,但冲蚀速率增加比较均匀。而在相同流量下,顺着来流方向,截面的冲蚀速率逐渐增加,但增加速率较小,因此,颗粒流量对于冲蚀速率的影响不显著。当颗粒流量增加到数量时,冲蚀速率不再增加。

不同弯管截面的较大冲蚀速率。粒径在100~250μm范围内,由于惯性力作用占主导,颗粒与正对来流方向进行碰撞,因此在角度较大截面处冲蚀速率较大。而粒径为50μm时,由于粒径较小,在弯头处受二次流影响显著,因此在弯头处的内侧面冲蚀速率较大,在90°截面处反而没前面截面大。

我们在进行弯管加工的过程中,不仅要采用的技术工艺进行处理,同时还需要采取适当的措施加以控制。比如在产品加工的过程中,如果温度超过范围的话,那么产品的表面会出现程度的变形,这样产品的表面会出现很多的细裂纹。因而在加工过程中需要合理控制其的温度情况。

当然,之所以会出现这样的问题,一方面是由于温度不合理,另一方面的原因是所用材质质量不过关。因而在弯管加工期间可能会出现因高速变形会导致加工的设备出现损坏的情况。那么,这些裂纹是如何形成的呢?事实上,这些裂纹的出现需要的条件。

结合实际的加工情况来分析,其实在弯管加工过程中,其中裂纹的长度可以达到纵轴垂直于晶界,也是说垂直于拉伸管夹,在进行热处理以后,产品需要进行弯曲,产品表面的微裂纹会变成晶拽,一般研究弯管加工设备的力学和微裂纹的情况,产品的抗拉强度在室内的温度下是不会受到影响的。

除此之外,关于弯管的弯曲度控制也是非常重要的因素。事实上,对于弯管加工产品而言,不同的半径以及角度的不同产品的弯曲方向也会出现改变,这样的产品也成为工程管道中不可缺少的一部分,要是产品的壁厚出现了变化以及弯曲的力学性能出现变化到会影响到产品的质量,产品在进行加工的时候其技术是非常重要的。 

结论

(1)在范围内,弯管较大冲蚀速率随着颗粒流速与颗粒流量的增加而增大,但并不完全随着颗粒粒径的增加而增大。当颗粒粒径很小时,弯管较大冲蚀速率有可能大于粒径较大时的冲蚀速率。

(2)易发生冲蚀破坏的区域为弯管与下游直管连接处的外侧区域以及靠近弯头出口的直管段侧壁区域,这两个区域的腐蚀严重程度是随着Stokes数的改变而变化的。随着Stokes数的增加,二次流对颗粒的携带作用不充分,导致出口直管与弯头连接处侧壁区域冲蚀程度逐渐减小,直至无严重的冲蚀现象;而出口直管段与弯头连接处外侧区域随着Stokes数的增加,由于惯性力作用以及碰撞次数的增加,冲蚀程度逐渐增强。


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