海水管道冲刷腐蚀预测及管道形状参数对腐蚀的影响规律分析

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随着海洋战略的兴起,海上资源的深度开发,海水管道应用逐渐增多,海水管道常用于舰船、海上钻井平台、海水淡化系统等。海水是一种复杂液体,含有大量钠、氯、硫酸根、镁离子等,由于海水管道中水流流速较大,在这种环境下,会对金属管道产生较强的腐蚀性,使其面临着较大的腐蚀破坏风险。准确有效的预测管道冲刷腐蚀重点区域的腐蚀深度,可为设备的养护提供依据,可防止冲蚀破坏对管道寿命的削弱,从而保证海水管道安全高效运行。因此,研究管道内最大腐蚀深度具有重要意义。
  已有研究表明,流速是影响管道腐蚀的主要因素,本文通过运用Fluent流体仿真软件,对90°弯管建模分析,结合神经网络模型,计算出弯管壁面腐蚀深度和易腐蚀部位,通过比较弯管的实海冲刷腐蚀试验结果与数值模拟计算结果,验证了通过流速进行管路冲刷腐蚀预测的可靠性。研究表明,流速与平均腐蚀深度具有正相关性。
  本文研究认为,管道壁面的最大流速是管道腐蚀破坏的主要参数,该参数的影响因素有管径、曲率直径比、进口流速等。本文通过使用FLUENT和MATLAB软件,分别研究了不同管径、进口流速、曲率直径比对90°弯管和180°弯管内壁的最大流速的影响。进一步分析了曲率直径比、管径与进口流速对管路的最大冲刷腐蚀破坏深度的影响。研究表明了不同形状参数(曲率直径比、管径)和进口流速条件下的90°弯管和180°弯管对其相应管道壁面最大流速分布的影响规律基本相同。规律分别为:管径对最大平均冲蚀深度值和系数A(进口流速与管壁最大流速拟合线性关系中的一次系数,该系数反映了进口流速对管道最大流速的影响程度)均不产生影响;曲率直径比与最大平均腐蚀深度值为负相关,与系数A也为负相关,但曲率直径比对系数A的影响以1.5为界,小于1.5时,影响较大,大于1.5时,影响较小;进口流速与管道内最大平均腐蚀深度值基本为正线性相关,与△V(曲率直径比由0.9变为2.4时,管壁最大流速的变化量)也基本为正相关。
  本文通过Fluent数值模拟、结合冲刷腐蚀神经网络模型和Tecplot宏命令,并使用MATLAB进行的数据分析等,实现了以形状参数和进口流速对海水管道易腐蚀部位及腐蚀量值的可靠预测,能够有效弥补冲刷腐蚀试验周期长且试验数据有限的缺点,并且在海水管道冲蚀破坏区域防护措施和结构优化设计方面,有较好的参考价值。
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