孔板管道流动加速腐蚀受温度影响的数值模拟

发布时间：2020-08-10 22:59

【摘要】：在电厂汽水管道的运行中,流动加速腐蚀普遍存在且威胁着管道系统。它是一种在物理因素和化学因素共同作用下造成碳钢溶解、减薄的机制。流动加速腐蚀过程很复杂,它会使电厂的管道系统等失效,造成安全威胁和财产损失,所以对流动加速腐蚀的研究很是必要。研究流动加速腐蚀的实验不仅需要性能优良的设备,还需要严格的环境条件,相比于实验研究的复杂及费时费力,采用计算流体力学方法将模拟结果与实验数据相结合已成为研究流动加速腐蚀的有效方法。在国内外学者对于流动加速腐蚀机理、影响因素、数值模拟及预测模型方面的研究成果的基础上,发现了前人在数值模拟方面对于温度这一影响因素的研究存在欠缺,忽视了工质物性参数随温度变化这一重要现象。为很好的预测电厂管道发生流动加速腐蚀的部位及速率,本文基于电厂管道实际工况,采用流体动力学软件根据温度变化相应地调整工质的物性参数,在其他条件一定的情况下模拟了孔板管道下的流场,观察速度及湍流动能在孔口下游整体及竖直方向上的分布情况,模拟计算得到不同温度下溶解度、速度、湍流动能、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合流动加速腐蚀预测模型更精确地分析了温度对流动加速腐蚀的影响。结果表明:采用工质物性参数随温度变化的方法模拟孔板管道中心轴线速度及静压分布结果与前人实验结果相符合;随距离孔口越远竖直方向上的速度、湍流动能的转折点越靠近轴心,中心轴线上的速度、湍流动能、壁面剪切力、传质系数、流动加速腐蚀的最值整体随温度的升高而向孔口靠近;模拟得到的速度、湍流动能及壁面剪切力与计算得到的传质系数、流动加速腐蚀速率整体随温度的升高呈现上升趋势;壁面剪切力、传质系数及流动加速腐蚀速率随温度变化出现第一、二峰值及最小值的位置相同,流动加速腐蚀速率在孔板下游0.7-1.0D(D为管道内径)之间达到峰值,在3.8-4.3D之间出现第二峰,这两处为孔板管道高危腐蚀区域;传质系数与溶解度均受温度影响,在150℃以下,温度对流动加速腐蚀速率的影响效果显著且主要是通过传质系数实现的。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621
【图文】：

汽水系统,加速腐蚀,敏感系统

加速腐蚀研究的重要性来，火电装机容量增长迅猛，然而伴随着这种井喷式的增长过战也逐渐显露。例如在汽机的高压缸中出现了沉积、结垢速率破裂等，如图 1.1 所示；在管道紊流部位比如弯管段、三通和，管壁减薄的现象很为明显。然而产生这些现象的根本原因就动加速腐蚀现象。流动加速腐蚀(Flow Accelerated Corrosion，长腐蚀(Flow Assised Corrosion)，是由于管道本体及表面氧化溶解而造成的管道内表面减薄的一种现象[1]，会造成敏感系统面剥蚀。其中它还包括了浸蚀(Erosion corrosion)以及流速差腐是一种会造成敏感系统里面的碳钢材料管道壁面材料剥蚀的机反应以及腐蚀产物发生的溶解、扩散和沉积等许多的物理过程

管道,加速腐蚀,汽水管道,电厂

给电厂带来了巨大的经济损失，因此，抑制汽水管道内表面流动加速腐蚀现象的发生对电力行业的发展至关重要。图1.2 美滨核电站事故后破裂的管道1.2 国内外研究现状流加速腐蚀（FAC）引起的管道系统材料磨损是核电厂、石油和天然气工业、海水淡化厂以及其他行业的主要问题之一。流动加速腐蚀现象最先在核电方面引起重视。超（超）临界组汽水系统设备部件与核电二回路类似，均存在着流动加速腐蚀现象。随着我国能源转型、火电超（超）临界技术的发展，机组参数不断提高，流动加速腐蚀(FAC) 在电厂汽水管道运行中普遍存在且严重威胁电厂的安全运行，故受到了更多的重视。目前，流动加速腐蚀已成为电厂高压漏水、管道断裂等事故发生的主

动向主流介质区扩散,而可溶性含铁组分会随着主流区的工质进行迁徙，这是一个循环过程；从静态的角度来讲是基体不断的与穿过孔隙的 H2O 发生水合反应生成可溶性含铁组分，其向主流区扩散、迁徙的过程。除此之外，邓宏伟、刘飞华等人[21,22]对核电二回路汽水系统的流动加速腐蚀机理进行了研究分析，将流动加速腐蚀分为三个区域，两个过程。流动加速腐蚀过程简单来说就是基体表面的氧化保护膜在主流介质下不断溶解变薄，造成保护作用不断减小，腐蚀变强，电化学反应过程是形成电厂管道 FAC 的主要过程，该过程存在着一系列微观的电化学反应与化学反应，包括金属基体 Fe 的电离、金属基体表面氧化膜的形成与氧化膜的化学溶解。如图 1.3 所示：管壁减薄是由于从基体的固态铁电离产生了 Fe2+，部分 Fe2+再与游离在 Fe3O4保护层缝隙中水中分解的 OH-反应生成 Fe(OH)2等化合物，其中大部分在游离状态经缝隙扩散到主流介质中，同时Fe(OH)2由于化学不稳定性分解生成的 Fe3O4以及其他离子态，因 Fe3O4保护层是一种具有渗透性和微溶性的物质，伴随着介质的流动，保护层和基体会不断变薄，整个不稳定化学反应随着物理过程的推动加速进行，这造成了流动加速腐蚀的恶化。

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