煤气化气力输送管道冲蚀磨损特性及寿命预测

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在煤粉输送过程中,流体速度、煤粉质量流量、煤粉直径、流体性质、流态、固体颗粒特性,粒子形状,材料和设备几何模型等均为弯管冲蚀的影响因素,这些参数改变均会导致输送管道磨损速率变化。传统的可靠性分析只考虑结构固有的确定性尺寸,而管道基本尺寸、材料性能、管道缺陷尺寸及载荷等参数均在一定程度上存在着不确定性,属于随机变量。因此本文针对这一工程问题,对煤气化输送管道建模,分析输送管道冲蚀磨损特性,提出一种计算更加简便的预测方法,在随机变量影响下定量分析管道的可靠性,预测服役管道剩余使用寿命。首先,基于气-固两相流理论和Oka冲蚀磨损模型结合实际工况建立弯管几何模型,通过正交试验得到四个因素对弯管冲蚀磨损影响的主次顺序:气流速度>质量流量>曲率半径>颗粒直径。为了进一步地了解单因素变量对管道具体冲蚀磨损的影响,通过控制变量法获得单个因素对管道冲蚀磨损影响规律。研究不同流体速度、煤粉质量流量和煤粉直径和弯头曲率半径下弯头冲蚀速率和最大磨损位置变化规律。结果表明:弯头冲蚀速率随气流速度、煤粉质量流量、煤粉直径增大而增大;随着弯头曲率半径(R/D)增大冲蚀速率逐渐减小,最后趋于稳定。增大流体速度、颗粒直径和曲率半径都会改变输送颗粒在管道内流动轨迹,从而改变弯头最大磨损位置;改变煤粉质量流量弯头最大磨损位置保持不变。此外,针对传统可靠性评估方法只考虑确定性因素进行可靠性分析;蒙特卡洛简单抽样考虑参数随机分布进行可靠性分析,计算成本较大等问题。本文基于可靠性分析的基本理论,提出Latin超立方-蒙特卡罗方法(LHS-MCS),通过建立冲蚀管道失效的极限状态函数,使用Matlab预测腐蚀尺寸和管道特性等不确定性因素影响下油气管道的剩余寿命。结果表明:LHS-MCS方法能在较低计算量下获得较好的精度;缺陷腐蚀深度和管道径向腐蚀速率是影响管道使用寿命的两个关键因素。图40幅,表7个,参考文献66篇。
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