石油管道保温与防冲刷腐蚀技术研究(雷渡民).pdf
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1、 - 162 -石油管道保温与防冲刷腐蚀技术研究 雷渡民 郦智斌 杨青松 (91872 部队 北京 102442) 摘要:本文针对石油管道保温隔热差异引起管内石油温度的变化,不同温度的石油对管道部位冲刷程度的影响。结果表明:与管道直管段相比,沿流速方向靠近弯头的后段部位受冲刷腐蚀较为严重;石油管道保温效果越好,管壁受冲刷腐蚀的程度越小。 关键词:石油管道 温度 冲刷 1 前沿 石油管道尤其是弯头、 三通阀等部位经常发生泄漏事故, 主要原因是改部位经常因受到流动油的强烈冲刷腐蚀1,导致穿孔。冲刷腐蚀主要受到流速、压力、剪切应力、功角等流体力学因素的影响2-5,其中剪切应力的大小反映了冲刷腐蚀的程
2、度,剪切应力越大、冲刷腐蚀越严重。而定流速下,流体剪切力的大小受其粘度的影响较大,剪切力随粘度的增大而增大。石油在开采出来后,通常是稠浆,粘度大、流动困难,为便于石油通过管道进行传输,通常采用加热降粘技术输送稠油,主要的加热方法有传统加热法、微波加热法、电伴热法等6。稠油的粘度受温度的影响比常规石油更敏感,加热降粘技术主要是根据稠油粘度对温度的依赖性很强,随着油温从高到低变化,稠油会从牛顿型流体转变为非牛顿型流体,随着温度升高,稠油粘度呈下降趋势7-8。本文主要针对石油管道保温隔热差异引起管内石油温度的变化,研究随着管内石油温度的变化,不同温度的石油对管道部位冲刷程度的影响。 2 石油管道弯头
3、石油流动模型 2.1 主要参数 假设:石油管道直径 D200mm,为保证石油在管道内充分流动,入口和出口直管长度确定为 1000mm,弯管直径为 2D,管内流速 v2m/s,油浆密度 970kg/m3,不同温度下的石油粘度见表一。 表 1 不同温度下的石油粘度 温度 24 30 35 40 粘度 mPa.s 155672 73824 37063 14608 2.2 几何模型 根据模型主要参数建立二维几何模型如图 1 所示,单位:mm。 - 163 -图 1 石油管道弯头几何模型 3 数值模拟及结果分析 3.1 几何模型网格划分 利用 GABIT 软件进行网格划分, 对壁面处采用网格加密的措施划
4、分近壁面网格, 网格模型如图所示: 图 2 石油管道整体网格划分 图 3 管道弯头局部放大网格划分 3.2FLUENT 流体计算 借助 FLUENT 流体力学软件,对石油管道弯头石油流动状态进行计算。根据石油管道石油流动相关参数,模型边界条件设定为:入口处为速度入口边界条件,壁面为无滑移壁面,出口为 OUTFLOW。湍流粘性模型采用 K-E 模型,近壁面处理非平衡壁面函数。 3.3 计算结果 (1)不同石油温度下,管道弯头的速度分布见图 47,管内最大随温度的变化见图 8; 分析:从图 47 分析知,温度的变化对管道内速度分布情况几乎无影响,管道内最大速度分布集中在弯头内侧, 而直管部位受冲刷
5、比较轻。 从管道速度分布知弯管部位受冲刷腐蚀比较严重,油浆内部存在其他杂质的情况下,该部位存在冲蚀穿孔的隐患,故弯头内侧应是重点检测的部位;从图 8 分析知,随着温度的变化,管道最大流速变化不大,可见管道石油流速不- 164 -变的情况下,温度的变化对弯头部位的最大流速影响较小。 图 4 石油温度 24管道速度分布图 图 5 石油温度 30管道速度分布图 图 6 石油温度 35管道速度分布图 图 7 石油温度 40管道速度分布图 2.762.772.782.792.82.812.822.8324303540温度()管内最大流速(m/s)图 8 管道内最大流速随石油温度的变化 (2)因为仅分析二
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