高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置的研发
发布时间：2021-06-18 20:25
石油石化行业的输送管道中往往存在着单相流或多相流腐蚀。本研究针对这种情况,设计研发了符合实际工况的高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置。本装置可模拟的试验温度最高为140℃,最高压力为10 MPa,并具备单相流及多相流的试验能力,拥有完整的对管道内腐蚀参数的监测能力及流场的观测计算能力,装置的能耗水平较低。
【文章来源】：工程与试验. 2020,60(01)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
凹槽型锁紧装置预紧力与支反力关系
纾┒嘞嗔鞲?吹氖匝樽爸谩?1试验装置的主要功能为满足对高温高压条件下大尺寸管道多相流腐蚀的实际工况模拟[9-11]，试验装置需具备如下功能：（1）4英寸大尺寸管道，介质在环路中封闭运行。（2）试验温度为：室温至140℃之间，压力最高为10MPa。（3）气（包含CO2、H2S等酸性气体）、水及油的多相流工况，液体流速最高为4m/s，气体流速最高为20m/s。2装置设计方案为达到上述的试验装置功能，将装置整体分成多个子系统，分别为环路运行子系统、介质供应子系统、控制子系统及监检测子系统。装置的设计如图1所示。2.1环路运行子系统环路运行子系统是装置的主体部分，其主要包括哈氏合金材质的4英寸试验管道环路（包括由法兰连接的可拆换试验段）、介质分离器（外套加热控制器）、离心液体循环泵、高压气体压缩机及管道冷却控温系统等。其中试验段包括1段透明可视段，采用蓝宝石玻璃材质。图1高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置设计图该子系统的工艺流程为气体供应压力储罐输出液态气体，通过柱塞泵加压，然后通过加热器汽化成高压气体，最终经高压管道进入管道环路，为整套试验系统提供压力。液体介质在介质配制罐中配好后泵入介质分离器，开启离心液体循环泵，单相液体介质在管道与介质分离器形成的环路中封闭运行，在外套加热控制器的作用下达到室温至140℃之间的试验温度。同时开启高压气体压缩机将气体泵入正在封闭循环运行的液体流中，从而形成气液两相流，流经试验段后进入介质分离器进行气液分离，再进入下一个封闭循环。使用泵的变频调节器对液体和气体流量进行控制，为达到液体流速最高为4m/s，气体流速最高为20m/s的要求，设计的离心液体循环泵和高压气体压缩机的技术指标如表1、表2所示。表1离心液
No.12020徐龙，等：圆柱包容锁紧装置的失效分析与设计·141·考虑到空间、材料刚度、成本等，不能选择过大的n，应考虑在40~60mm之间选择；（4）使用大圆角过渡，以减少S3位置的应力集中；（5）装配间隙应尽可能校图7预紧力、装配间隙与支反力响应曲面图（凹槽型）图8凹槽型锁紧装置预紧力与支反力关系2.4三种锁紧装置的对比分析比较这三种锁紧装置，在相同的基本尺寸下，全封型的最大支反力为85076N，缝隙型为72978N，凹槽型为122340N。因此，凹槽型锁紧装置具有最大的承载能力，全封型锁紧装置则比缝隙型锁紧装置稍好。因此，在需要大承载能力的场合，应考虑使用凹槽型锁紧装置。从预紧力、装配间隙和支反力三者的响应曲面图可以看出，凹槽型锁紧装置的承载能力对装配间隙具有最大的敏感性。因此，在设计凹槽型锁紧装置时，应更加严格控制装配间隙。3结论本文提出了一种圆柱包容锁紧装置的结构优化方法。在分析失效模式的基础上，给出了一些设计建议。具体结果如下：（1）提出了一种结构优化方法，采用正交试验法和有限元法对圆柱包容锁紧装置进行结构优化，获得了每个参数对承载能力的影响规律。（2）通过仿真得到了预紧力与承载能力之间的定量关系，指导圆柱包容锁紧装置的设计及使用。（3）立柱和圆柱孔之间的装配间隙对锁紧装置的承载能力有很大影响。装配间隙越小，承载能力越强。参考文献[1]ChenF.，ChenG.，ShaoD.Designoftheclampingmechanismonweldingequipmentinhotchamber[J].AppliedMechanicsandMaterials，2015，（741）：3-4.[2]YangD.，YangB.，MengG.，FengZ.Giantmagnetostrictiveclampingmechanismforheavy-loadandprecisepositioninglinearinchwormmotors[J].Mechatronics，2011
【参考文献】：
期刊论文
[1]输油管线能耗优化分析与应用研究[J]. 张东. 当代化工. 2019(12)
[2]多年冻土区埋地输油管道应力分析[J]. 徐文彪. 油气田地面工程. 2019(11)
[3]油气输送管道直铺管技术与应用[J]. 杨建中,李春锋,王春波,李浩,邹明. 管道技术与设备. 2019(04)
[4]多相流管道内腐蚀的直接评价方法[J]. 杨磊. 化学与黏合. 2019(03)
[5]油气输送管道建设期合规风险管控指标研究[J]. 魏然然,张华兵,杨玉锋,张强,张希祥. 中国石油和化工标准与质量. 2019(05)
[6]浅谈油气储运气液两相流常温输送工艺[J]. 王青,李帆. 云南化工. 2018(12)
[7]管流式冲刷腐蚀实验装置的研究进展[J]. 王坤,胡杰珍,王贵,邓俊豪. 广东海洋大学学报. 2018(03)
[8]多相混输管道内侧的腐蚀试验[J]. 张昆. 腐蚀与防护. 2009(04)
硕士论文
[1]X80钢在气液两相流中的腐蚀行为研究[D]. 张今朝.中国石油大学(华东) 2016
[2]液固两相流条件下90度水平弯管冲刷腐蚀行为研究[D]. 胡宗武.中国石油大学(华东) 2016
[3]管线钢油/水/砂多相流冲刷局部腐蚀研究[D]. 李强.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3237325
【文章来源】：工程与试验. 2020,60(01)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
凹槽型锁紧装置预紧力与支反力关系
纾┒嘞嗔鞲?吹氖匝樽爸谩?1试验装置的主要功能为满足对高温高压条件下大尺寸管道多相流腐蚀的实际工况模拟[9-11]，试验装置需具备如下功能：（1）4英寸大尺寸管道，介质在环路中封闭运行。（2）试验温度为：室温至140℃之间，压力最高为10MPa。（3）气（包含CO2、H2S等酸性气体）、水及油的多相流工况，液体流速最高为4m/s，气体流速最高为20m/s。2装置设计方案为达到上述的试验装置功能，将装置整体分成多个子系统，分别为环路运行子系统、介质供应子系统、控制子系统及监检测子系统。装置的设计如图1所示。2.1环路运行子系统环路运行子系统是装置的主体部分，其主要包括哈氏合金材质的4英寸试验管道环路（包括由法兰连接的可拆换试验段）、介质分离器（外套加热控制器）、离心液体循环泵、高压气体压缩机及管道冷却控温系统等。其中试验段包括1段透明可视段，采用蓝宝石玻璃材质。图1高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置设计图该子系统的工艺流程为气体供应压力储罐输出液态气体，通过柱塞泵加压，然后通过加热器汽化成高压气体，最终经高压管道进入管道环路，为整套试验系统提供压力。液体介质在介质配制罐中配好后泵入介质分离器，开启离心液体循环泵，单相液体介质在管道与介质分离器形成的环路中封闭运行，在外套加热控制器的作用下达到室温至140℃之间的试验温度。同时开启高压气体压缩机将气体泵入正在封闭循环运行的液体流中，从而形成气液两相流，流经试验段后进入介质分离器进行气液分离，再进入下一个封闭循环。使用泵的变频调节器对液体和气体流量进行控制，为达到液体流速最高为4m/s，气体流速最高为20m/s的要求，设计的离心液体循环泵和高压气体压缩机的技术指标如表1、表2所示。表1离心液
No.12020徐龙，等：圆柱包容锁紧装置的失效分析与设计·141·考虑到空间、材料刚度、成本等，不能选择过大的n，应考虑在40~60mm之间选择；（4）使用大圆角过渡，以减少S3位置的应力集中；（5）装配间隙应尽可能校图7预紧力、装配间隙与支反力响应曲面图（凹槽型）图8凹槽型锁紧装置预紧力与支反力关系2.4三种锁紧装置的对比分析比较这三种锁紧装置，在相同的基本尺寸下，全封型的最大支反力为85076N，缝隙型为72978N，凹槽型为122340N。因此，凹槽型锁紧装置具有最大的承载能力，全封型锁紧装置则比缝隙型锁紧装置稍好。因此，在需要大承载能力的场合，应考虑使用凹槽型锁紧装置。从预紧力、装配间隙和支反力三者的响应曲面图可以看出，凹槽型锁紧装置的承载能力对装配间隙具有最大的敏感性。因此，在设计凹槽型锁紧装置时，应更加严格控制装配间隙。3结论本文提出了一种圆柱包容锁紧装置的结构优化方法。在分析失效模式的基础上，给出了一些设计建议。具体结果如下：（1）提出了一种结构优化方法，采用正交试验法和有限元法对圆柱包容锁紧装置进行结构优化，获得了每个参数对承载能力的影响规律。（2）通过仿真得到了预紧力与承载能力之间的定量关系，指导圆柱包容锁紧装置的设计及使用。（3）立柱和圆柱孔之间的装配间隙对锁紧装置的承载能力有很大影响。装配间隙越小，承载能力越强。参考文献[1]ChenF.，ChenG.，ShaoD.Designoftheclampingmechanismonweldingequipmentinhotchamber[J].AppliedMechanicsandMaterials，2015，（741）：3-4.[2]YangD.，YangB.，MengG.，FengZ.Giantmagnetostrictiveclampingmechanismforheavy-loadandprecisepositioninglinearinchwormmotors[J].Mechatronics，2011
【参考文献】：
期刊论文
[1]输油管线能耗优化分析与应用研究[J]. 张东. 当代化工. 2019(12)
[2]多年冻土区埋地输油管道应力分析[J]. 徐文彪. 油气田地面工程. 2019(11)
[3]油气输送管道直铺管技术与应用[J]. 杨建中,李春锋,王春波,李浩,邹明. 管道技术与设备. 2019(04)
[4]多相流管道内腐蚀的直接评价方法[J]. 杨磊. 化学与黏合. 2019(03)
[5]油气输送管道建设期合规风险管控指标研究[J]. 魏然然,张华兵,杨玉锋,张强,张希祥. 中国石油和化工标准与质量. 2019(05)
[6]浅谈油气储运气液两相流常温输送工艺[J]. 王青,李帆. 云南化工. 2018(12)
[7]管流式冲刷腐蚀实验装置的研究进展[J]. 王坤,胡杰珍,王贵,邓俊豪. 广东海洋大学学报. 2018(03)
[8]多相混输管道内侧的腐蚀试验[J]. 张昆. 腐蚀与防护. 2009(04)
硕士论文
[1]X80钢在气液两相流中的腐蚀行为研究[D]. 张今朝.中国石油大学(华东) 2016
[2]液固两相流条件下90度水平弯管冲刷腐蚀行为研究[D]. 胡宗武.中国石油大学(华东) 2016
[3]管线钢油/水/砂多相流冲刷局部腐蚀研究[D]. 李强.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3237325
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