本文针对石油化工节流过程中普遍存在的气固冲蚀磨损问题,研究流场内气固相间作用和颗粒运动过程,揭示复杂流场条件的气固两相流的冲蚀磨损机制。针对性的设计搭建高温冲蚀磨损实验,开展高温冲蚀磨损实验研究,揭示三种涂层材料在变工况条件下的冲蚀磨损规律,形成冲蚀磨损的预测表征方法,并对气-固两相流的冲蚀磨损模型进行修正。模型经实验验证后,最终用来预测脱硫反应器带泡罩分配盘的气-固两相流动冲蚀-磨损的高风险区域,通过对泡罩的几何参数和流道结构的优化,提高脱硫塔分配盘的抗冲蚀磨损性能。主要工作如下:(1)本文分别开展了三种材料PTA-STL12、PTA+PVD-Ni60+(*1)(*1表示涉密材料编号)、PTA-YDCL-01(*1)在温度、磨料量、冲击角度三种不同影响因素下的冲蚀磨损实验,分析讨论了它们的宏观、微观冲蚀破坏形貌,探究了材料在不同工况下的冲蚀磨损机理。材料1(PTA-STL12),涂层与基材之间产生的是冶金式地粘结。在颗粒冲蚀破坏下,材料被挤压、铲削,最终呈片状剥落。材料3(PTA-YDCL-01(*1)),由于涂层表面存在大量增强相颗粒TiN,经Ni60和TiN粉末熔覆后的材料,涂层的硬度提高,耐磨性能提高。在颗粒冲蚀破坏下,材料被挤压、铲削,最终呈屑状脱落。材料2(PTA+PVD-Ni60+(*1))是由Ni60A粉末经等离子喷焊工艺,堆焊到316L不锈钢上所制成的。在颗粒冲蚀破坏下,材料被挤压、铲削,最终呈屑状脱落。(2)本文研究发现:磨料量、温度和冲击角度对三种材料PTA-STL12、PTA+PVD-Ni60+(*1)、PTA-YDCL-01(*1)的冲蚀磨损均有显著影响。磨料量和温度与材料1(PTA-STL12)、材料3(PTA-YDCL-01(*1))磨损量大致呈正相关关系,但随着涂层厚度的减薄及凹坑形状的变化,材料冲蚀坑会向四周扩张。在低冲角下试件表面塑性变形明显,冲蚀坑半径及凹坑中心深度陡增,材料呈块状脱落,整体磨损量相对较大。对于材料2(PTA+PVD-Ni60+(*1))来说,材料整体磨损量与磨料量正相关关系。材料2(PTA+PVD-Ni60+(*1))的磨损量随温度近似以抛物线趋势变化,先增后减;90°冲角下,材料磨损量最小,60°时凹坑中心深度陡增,表面变形明显,整体磨损量较大。(3)本文针对节流过程的气-固两相流动冲蚀磨损,分别构建了连续相流动模型、离散相运动模型及颗粒磨损模型。以剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型计算连续相流场,采用离散相模型(DPM)仿真实验中颗粒对靶材的冲蚀磨损过程,同时考虑湍流对颗粒运动的影响以及颗粒的冲击-反弹过程。根据高温冲蚀磨损实验数据库,提出用相对磨损率表征材料耐颗粒冲蚀磨损性能;并依据高温磨损实验数据,修正本文所采用的半经验磨损公式中的相关参数,继而开展数值模拟。通过计算得到试件表面磨损率分布图与实验材料磨损形貌进行对比,验证数值计算方法的准确性。(4)针对脱硫反应器带泡罩分配盘的内部流动展开工艺仿真、数值模拟,并将计算结果与脱硫反应器分配盘实际冲蚀失效情况对照分析,验证了冲蚀磨损数值预测方法的可靠性,并采用该模型分析了带泡罩分配盘结构的优化改良方案,具体包括:将流道变为扩张结构,泡罩固定方式有侧面肋板固定变为顶部螺栓固定,流道出口采用圆弧过渡;适当增加开孔数N和升降管内径,既可以可很好的扰动流场,促进吸附剂与物料的良好接触混合,进行同时保持磨损程度减低,磨损范围不扩散,有利于分配盘整体使用寿命的提升。