页岩气集输管道典型部件冲蚀数值模拟研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:begoodboy
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在页岩气的集输过程中,管道内的固体颗粒,在高速流动的气体的携带下不断地撞击管壁和管件,造成冲蚀磨损,特别是在流速、流向急剧改变的弯头部位,冲蚀现象更为严重。因此,研究气固两相流管道内流体的流动特性以及冲蚀磨损规律,对保障页岩气集输管道的安全运行以及后续工程中页岩气集输管道设计有重要意义。本文针对西南某页岩气田的页岩气集输管网,运用ANSYS 19.0 Fluent软件开展气固两相管流的冲蚀磨损数值模拟研究。通过与实验数据的对比,验证了Realizable k-epsilon湍流模型、DPM模型以及Generic冲蚀模型可以较准确地计算气固两相管流管壁冲蚀速率。基于实验室工况及现场工况数据进行数值模拟计算,研究发现管壁最大冲蚀率与颗粒入射速度、颗粒质量流量呈正相关趋势,与管径、转弯半径呈负相关趋势,其中,颗粒入射速度和颗粒质量流量对管壁最大冲蚀速率的影响最大。数值模拟计算的结果表明,实际生产中应将流速控制在10m/s以下,以避免弯头发生剧烈冲蚀;80mm管径可作为一个综合考虑安全性与经济性的“临界管径”;在页岩气集输管道的拐弯处应避免使用小转弯半径的弯头;给出了生产后期小粒径工况下的安全工况图,为现场的工况调节提供建议。最后本文将数值模拟计算结果与工程领域应用较广的三种冲蚀预测模型的计算结果进行对比,其中Tulsa E/CRC模型对气固两相流管道冲蚀速率的预测值与实际工况较为吻合,可为现场工况调节及集输管道工艺设计提供参考和依据。
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