大口径输流管道冲蚀失效影响因素研究

发布时间：2020-07-28 16:25

【摘要】：随着石油工业的发展,海底管道由于其可连续输送性强,运输效率高,运输能力强等优点,逐渐成为油气生产系统的主动脉。随着运行年限的增加,管道逐年老化并常伴有频繁的管道失效泄漏事件。海底管道作为密闭的海洋工程结构物,由于其作业环境复杂,设备应用不便,检测难度大,很难掌握实际的管道冲蚀情况。严重的冲蚀破坏将成为管道系统可靠性和安全性的主要威胁。针对这一问题,基于Comsol Multiphysics多物理场耦合模拟软件,选用数值模拟方式对大口径输流管道的冲蚀特性进行模拟研究,明确管道冲蚀破坏的危险区域及失效趋势,给出海底管道抗冲蚀优化设计思路,对于海底管道长期运行,防范事故的发生有着重要的经济意义。模拟主要分为流体流动特性研究、固体颗粒轨迹追踪及冲蚀失效计算三个步骤,主要研究内容如下:1.针对大口径输流管段进行三维模拟研究。分析管段内流场分布特性,管壁应力应变,获取颗粒冲蚀轨迹,辨识管道风险冲蚀因素。管壁冲蚀主要源于颗粒的碰撞冲蚀及切削冲蚀作用;模型整体受冲蚀严重区域主要分布于流向突变的过渡区;颗粒冲蚀受流动条件及管道参数影响;2.针对不同流动条件及管道参数对模型冲蚀进行流-固耦合分析研究。揭示冲蚀主要影响规律,判定管道冲蚀破坏的高危区域和失效趋势。冲蚀高危区域会随着管道参数变化发生转移;适当降低流速、减少颗粒含量、增大管径和弯管曲率等均可有效缓解冲蚀破坏;3.考虑到海底管道受风浪,潮流等带来的环境影响处于低频率的工作环境,结合动网格技术定义管壁振动工况,对不同振动频率及振幅工况下两种管路敷设方式进行冲蚀影响研究,提出海管优化布置及措施。发现振幅对冲蚀分布影响较大,频率对冲蚀速率影响较大;在同一工况下,立管敷设方式的管段冲蚀程度受振动工况的影响更大。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE973.92

【参考文献】

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本文编号：2773138