【摘 要】
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从油气井中开采出的油气混合物,通常以复杂的气液多相流形式流经管汇中的各个组件。从中提取的原油和天然气通常带有一定量或瞬时大量的固体颗粒,这些颗粒倘若长期堆积或者短期内严重的冲蚀,会对阀门、阻气门、T型管和弯头等部件造成一定程度的冲蚀影响。本文通过相似性实验平台和数值模拟的方法,对弯管和T型管内气液两相流携固体颗粒的冲蚀现象进行研究。根据实际工程条件,进行了相似性实验平台的设计计算以及气液固多相流的
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从油气井中开采出的油气混合物,通常以复杂的气液多相流形式流经管汇中的各个组件。从中提取的原油和天然气通常带有一定量或瞬时大量的固体颗粒,这些颗粒倘若长期堆积或者短期内严重的冲蚀,会对阀门、阻气门、T型管和弯头等部件造成一定程度的冲蚀影响。本文通过相似性实验平台和数值模拟的方法,对弯管和T型管内气液两相流携固体颗粒的冲蚀现象进行研究。根据实际工程条件,进行了相似性实验平台的设计计算以及气液固多相流的冲蚀实验。通过搭建气液固多相流冲蚀实验环道,并运用可拆卸的测试弯管和T型管进行相似性实验。通过改变气液的入口流速和固体颗粒的质量流量,在气液固多相流条件下,对弯管和T型管内壁挂片的失重率进行对比分析,进而研究多相流中固体颗粒对管道内壁的冲蚀现象。结果表明,弯管的冲蚀主要集中在弯头外拱侧处,T型管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁。冲蚀速率随着入口流速和固体颗粒的质量流量的增大逐渐增大,两者呈现指数增长关系。通过建立弯管和T型管的仿真模型,对其冲蚀磨损的现象进行分析,得到多相流条件下固体颗粒在管道中的运动轨迹,从而反映出管道所受冲蚀损坏的位置。采用控制变量法,从速度分布、固体颗粒的轨迹、冲蚀速率以及冲蚀位置这几个方面确定气液入口流速、颗粒粒径、质量流量以及放置位置等因素研究对管道冲蚀的影响。可以得到冲蚀速率随着入口流速的增大而增大,当入口流速达到一定的值,其增长速率也随之增大;固体颗粒的粒径在较小的区间内,冲蚀速率随固体颗粒粒径大小的增大而减小,而随着固体颗粒粒径大小的增大,冲蚀速率增大,且增长速率逐渐增大;随着固体颗粒的质量流量的增大,冲蚀速率也逐渐增大。将仿真模型与实验结果进行对比,结果表明,仿真模拟的最大冲蚀部位与相似性实验的结果较为吻合,验证了仿真模拟的正确性。针对弯管和T型管内气液两相携固体颗粒的流动特性,提出了弯管和T型管的防护措施和优化设计。
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