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首页腐蚀性多相流管束冲蚀预测:CFD方法的应用
"基于流动分析的REAC管束冲蚀破坏预测方法 (2009年)" 这篇2009年的科研论文详细探讨了在腐蚀性多相流环境中,如何运用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法来预测反应流出物空冷器管束的冲蚀破坏。研究主要由浙江理工大学的偶国富教授及其团队进行,得到了国家自然科学基金和浙江省重大科技计划项目的支持。 文章首先介绍了冲蚀破坏在管道系统中的严重性,尤其是对于那些涉及腐蚀性多相流的管道,如原油、天然气和化工物料输送管道。由于冲蚀通常发生在局部区域,且难以预测,因此对这类问题的研究至关重要。 在研究基础上,作者们提出了一个基于流动分析的预测模型。这个模型利用CFD技术,结合多相流体动力学的物理模型、控制方程和求解格式,以及考虑壁面相态分布和边界层流动的综合分析方法。通过这些工具,他们能够获取管束表面的流体动力学参数分布,进而预测出可能发生冲蚀破坏的位置和程度。 论文中的数值算例与实际失效管束的解剖研究结果进行了比较,结果显示该预测方法能够准确模拟腐蚀性多相流介质对管束的冲蚀破坏行为。这表明该方法不仅有理论意义,而且在实际工业应用中具有很高的价值,可以为在役管道的冲蚀破坏预测提供数据支持,从而提高管道系统的运行安全性。 关键词涵盖了流动分析、多相流、REAC管束、冲蚀预测和CFD仿真,表明研究的核心在于理解和模拟复杂的流体动力学过程,并将其应用于管道设施的维护和安全评估。论文的分类号和文献标识码进一步确认了其在工程技术和腐蚀科学领域的专业性。 这篇研究工作为理解和预防腐蚀性多相流环境下的管束冲蚀提供了重要的理论和方法论基础,对于管道工程和安全管理具有重要的实践指导意义。
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浙江理工大学学报
,
第
26
卷
,
第
5
期
,
2009
年
9
月
JournalofZhe
j
ian
g
Sci-TechUniversit
y
Vol.26
,
No.5
,
Se
p
t.2009
文章编号
:
1673-3851
(
2009
)
05-0700-05
收稿日期
:
2009—01—07
基金项目
:
国家自然科学基金
(
20576125
);
浙江省重大科技计划项目
(
2006C13063
)
作者简介
:
偶国富
(
1965—
),
男
,
江苏太仓人
,
教授
,
主要从事流动腐蚀
、
失效预测及安全保障技术研究
。
基于流动分析的
REAC
管束冲蚀破坏预测方法
偶国富
,
金浩哲
,
王艳萍
,
裘
杰
,
曹
晶
(
浙江理工大学机械与自动控制学院
,
杭州
310018
)
摘
要
:
在腐蚀性多相流管束冲蚀机理研究基 础上
,
提出反应流出物空冷器管束冲蚀破坏预测的
CFD
数值模
拟方法
。
通过建立多相流体动力分析的物理模 型
、
控制方程及求解格式
,
结合壁面相态分布规律及边界层流动综合
分析方法
,
获得管束冲蚀破坏的流体动力学参数 分布
,
从而判断易发生冲蚀破坏的位置和发展趋势
。
数值算例与实
际失效管束解剖研究结果对比表明
,
该方法能有效地模拟腐蚀性多相流介质的冲蚀破坏行为
,
并可为在役工业管 道
的冲蚀破坏预测提供数据支撑
。
关键词
:
流动分析
;
多相流
;
REAC
管束
;
冲蚀预测
;
CFD
仿真
中图分类号
:
TB115
;
TE973
文献标识码
:
A
0
前
言
管道是在一定压力下传输流体的特种设备
,
广泛应用于原油
、
天然气
、
城市液化气以及流程工业领域的
各种物料输送
。
流体管道系统点多面广
,
常会承受流体劣质化
、
工况苛刻化
、
长周期甚至超负荷运行的考验
,
其运行的可靠性直接关系到经济发展和公共安全
[
1
]
。
冲蚀破坏是最常见而又很难预防的破坏形式
,
具有明
显的局部性
、
突发性和风险性
,
特别是在含水
、
腐蚀性
、
多相流作用下引起的冲蚀穿孔机理更为复杂
,
也是长
期
困扰流体管道运行安全的关键技术难题
[
2
]
。
对于压力管道的管理
,
国际上执行
API570
标准
,
我国执行
《
在用工业管道定期检验规程
》
等
,
通过强化检测保障运行安全
[
3
]
。
尽管在管理方式
、
检验仪器和评定方法等
方面取得了许多技术进步和突破
,
但现有的研究大多停留在单纯的腐蚀研究上
[
4-5
]
,
较少涉及到流动影响的
定量分析
,
缺少基于流动分析的预测方法
,
无法有效评定管道的潜在风险性
,
管道冲蚀失效事故率仍然较高
。
本文拟在多相流管道冲蚀机理研究的基础上
,
针对高硫原油加工频繁出现的加氢反应流出物空冷器
(
reactoreffluentaircoolers
,
REAC
)
管束失效问题
,
对管道进行多相流动分析
,
提出预测
REAC
管束易发
生冲蚀破坏位置及发展趋势的方法
,
实现
REAC
管束冲蚀预测和安全评定
。
1
理论分析
1.1
冲蚀机理
冲蚀是在腐蚀与力学交互作用下形成金属损伤的过程
,
典型机理为
:
金属在多相流介质的腐蚀作用下形
成保护膜
,
在流动形成的剪切应力的作用下部分保护膜被冲破
,
在破损的局部位置金属继续生成腐蚀保护
膜
,
继而再被冲破
,
形成一个自催化的加速腐蚀过程
[
6
]
,
直至穿孔爆裂
。
因此
,
保护膜的附着状态是冲蚀研究
的核心
。
前期研究表明
,
在多相流作用下
,
管内壁腐蚀保护膜附着性的好坏取决于内壁流体的组成及腐蚀性
介质的分布
[
7
]
。
在紊流作用下
,
流速梯度大
、
流体粘性作用强的局部位置
,
腐蚀保护膜极易被流体冲破
,
从而
形成局部深度腐蚀
,
即冲蚀
。
因此
,
采用
CFD
数值模拟来分析多相流作用下管内壁边界层的流体动力学参
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