不同结构弯管环烷酸腐蚀数值模拟研究

发布时间：2017-09-27 06:04

  本文关键词：不同结构弯管环烷酸腐蚀数值模拟研究

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【摘要】：随着高酸原油开采量的不断增加,石油加工输运设备的环烷酸腐蚀问题日益严重,因加工高酸原油所引起的设备泄漏、停车事故时有发生,严重地威胁着企业的安全生产。环烷酸腐蚀的影响因素众多,腐蚀机理复杂,且发生范围较广,很难对其腐蚀进行准确的预测。本文通过对某企业常减压装置中减二线的一段异径偏心弯管的流场进行数值模拟计算,同时结合环烷酸腐蚀影响因素与现场测厚情况,找出在特定条件下引起管道环烷酸腐蚀速率增大的原因,并以此为依据对各种不同结构管道的流场及易发生环烷酸腐蚀的部位进行分析预测。最后,结合环烷酸腐蚀机理,建立了流动条件下环烷酸腐蚀速率的数学模型,并应用此模型对异径偏心弯管内壁的腐蚀速率进行了计算。论文分析了流体速度、壁面剪切力、湍动能等流体力学参数在异径偏心弯管中的分布情况及其对环烷酸腐蚀速率所产生的影响。并将异径偏心弯管的数值模拟结果与实际测厚结果进行比对分析,最终确定对环烷酸腐蚀产生影响最大的流体力学因素为壁面剪切力,并可以以壁面剪切力为依据,预测处在环烷酸腐蚀环境下的管道易发生腐蚀的部位。对不同结构的普通弯管、异径偏心弯管及异径同心弯管内流场进行数值模拟。模拟结果表明,普通弯管弯头内侧剪切力大。异径偏心弯管弯头两侧及变径后直管段下半部剪切力较大,且弯头内侧剪切力与直管段长度成正比；弯头两侧剪切力与直管段长度成反比。当异径偏心弯管直管段长度为200mm时,弯头附近剪切力变化规律为：异径接头大小端直径比值处于1～1.7之间,弯头内侧剪切力与大小端直径比值成反比,比值大于1.7,弯头内侧剪切力保持稳定；弯头两侧剪切力与异径接头大小端比值成反比；弯头外侧剪切力在比值1～1.7间保持稳定,在大于1.7时,随异径接头大小端比值增大而增大。当异径接头大小端比值较小时,异径同心弯管最大剪切力出现在弯头内侧及出口直管段45。和135。附近。当异径接头大小端比值较大时,异径同心弯管壁面最大剪切力出现在变径后直管段上半部及出口直管段外侧。最后,结合流体流动、分子传质以及环烷酸与铁的化学反应三种不同物理化学过程,本文建立了环烷酸流动腐蚀速率模型。并利用此模型对异径偏心弯管的环烷酸腐蚀速率进行预测,验证了该模型具有一定的实用性。
【关键词】：环烷酸 流动腐蚀 异径偏心弯管 腐蚀速率模型 数值模拟
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE983
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14
• 1.2 国内外研究现状14-22
• 1.2.1 环烷酸介质条件下装备的腐蚀现状14-16
• 1.2.2 环烷酸腐蚀机理16-18
• 1.2.3 环烷酸腐蚀的影响因素18-20
• 1.2.4 环烷酸腐蚀的研究方法20-22
• 1.3 本文研究的主要内容22-24
• 第二章 低流速下异径偏心弯管环烷酸冲蚀现象研究24-42
• 2.1 流动腐蚀数值模拟方法简介24
• 2.2 数学物理模型24-28
• 2.2.1 物理模型及数学方程的建立24-27
• 2.2.2 网格划分及边界条件设置27-28
• 2.3 流体力学因素对异径偏心弯管环烷酸冲蚀速率影响分析28-34
• 2.3.1 速度场分布及其对环烷酸冲蚀速率的影响29-31
• 2.3.2 湍流强度分布及其对环烷酸冲蚀速率的影响31-33
• 2.3.3 壁面剪切力分布及其对环烷酸冲蚀速率的影响33-34
• 2.4 数值模拟准确性的实验验证34-39
• 2.4.1 环烷酸腐蚀环境的实验研究34-36
• 2.4.2 管道壁面的腐蚀量测量36-39
• 2.5 本章小结39-42
• 第三章 不同结构弯管流场分布规律及易受环烷酸冲蚀部位研究42-64
• 3.1 普通弯管弯头段流场分布及环烷酸易冲蚀部位分析42-48
• 3.2 不同结构的异径偏心弯管流场分布及环烷酸易冲蚀部位分析48-58
• 3.2.1 直管段长度对弯头段流场分布及环烷酸易冲蚀部位分布的影响49-52
• 3.2.2 大小端直径比值对流场分布及环烷酸易冲蚀部位分布的影响52-58
• 3.3 异径同心弯管流场分布规律及环烷酸易冲蚀部位分析58-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 流动条件下环烷酸化学腐蚀速率数值模拟研究64-80
• 4.1 数学模型的建立64-68
• 4.1.1 问题的描述64
• 4.1.2 流动控制方程64-65
• 4.1.3 传质控制方程65-66
• 4.1.4 表面反应控制方程66-68
• 4.1.5 模拟方法及边界条件68
• 4.2 321不锈钢在流动的环烷酸溶液中化学腐蚀分析68-76
• 4.2.1 模型验证68-71
• 4.2.2 环烷酸浓度对321不锈钢腐蚀速率的影响71-72
• 4.2.3 冲蚀角度及速度对321不锈钢环烷酸腐蚀速率的影响72-76
• 4.3 异径偏心弯管在流动条件下不同部位环烷酸腐蚀速率预测76-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第五章 结论与展望80-82
• 5.1 论文的主要工作与结论80-81
• 5.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 研究成果及发表的学术论文88-90
• 作者及导师简介90-91
• 附件91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：928014