煤液化多相流输送弯管冲蚀磨损数值研究.pdf

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1、2013年第41卷第8期流体机械45文章编号：1005—0329(2013)08—0045—03煤液化多相流输送弯管冲蚀磨损数值研究孙海疆，偶国富，肖定浩，李伟正(1．北京燕华工程建设有限公司，北京102502；2．浙江理工大学多相流沉积一冲蚀实验室，浙江杭州310018)摘要：针对煤液化中液一固两相流输送过程造成管道系统的冲蚀磨损失效问题，以90。圆形截面弯管结构为研究对象，采用标准k-e湍流模型、颗粒轨道模型和冲蚀磨损模型，对弯管内的流动特性和壁面磨损率进行数值计算。研究表明，靠近弯管背部的流场速度高于腹部，粒子向背部聚集，导致背部的冲蚀磨损较

2、其它部位更为严重。因此，实际管道系统中的弯管背部应为定点测厚重点监测区域。关键词：煤液化；弯管；多相流；冲蚀磨损；数值研究中图类分号：THI17．1；0359文献标识码：Adoi：1005—0329／j．issn．1005—0329．2013．08．010NumericalInvestigationofErosionforMultiphaseFlowElbowinCoalLiquefactionSUNHai-jiang，OUGuo．fu，XIAODing．hao，LIWei—zheng(1．BeijingYanhuaconstructionEngi

3、neering，Co．Ltd．，Beijing102502，China；2．TheLabofMulti—PhaseDepositionandErosion，Zh~iangSci—TechUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：TheelbowinCoalliquefactionaresuferedbyseveresolidparticleerosionwhenusedtoconveyliquid-solidtwo-phasemedium．Takethetypicalstructureof90。circula

4、rcrosssectionbendastheresearchobject，usingstandardk-eturbulencemodel，particletrackmodelanderosionwearmodelforbendingtubeflowcharacteristicsandwallweal"ratefornumericalealcula-tion．Researchshows，closetobendbackflowfasterthanabdomen，particletobacktogether，leadingtothebackofthese

5、riousero-sionwearinotherplace，therefore，theactualpipelinesystemofbendbackshouldbekeymonitoringarea．Keywords：coalchemicalindustry；elbow；muhiphaseflow；erosionwear；numericalsimulation1引言安全运行。这样不但增加了成本，而且还不能有效保证设备长周期的稳定运行。因此，采用数值随着我国经济的高速发展，对能源的需求也计算的方法来研究煤液化中多相流传输管道系统日益增加，石油及相关产品

6、的供需矛盾日益尖锐，的冲蚀磨损规律，为管道的优化设计制造及其实已成为影响我国经济发展的瓶颈⋯。针对我国际监测提供理论依据，具有重要的意义。以煤为主的能源结构现状，发展煤基石油燃料清本文对煤液化中典型工艺中的90。圆形弯管洁产品的煤液化，是实现能源结构调整和保证我进行几何建模，并依据实际工况数值计算，获得管国经济可持续发展对能源需求的重要途径。内流动速度分布和发生最大冲蚀磨损的位置，通过分析流动的运动规律探讨了管壁的冲蚀磨损破煤液管道系统运行工况多变，输送介质成分复杂，且含固体颗粒量高，按照现有标准规范设计坏机理，为管道系统的实际工程监测提供了一定的

7、理论基础。的压力管道，因多相流冲蚀磨损引发的失效、非计划停工事故相对较多，是制约装置长周期运行的2计算模型重要问题。一直以来，煤液化管道设计根据其高温、高压、腐蚀性及含固体颗粒等工况特点，主要2．1几何模型和边界奈件采用优质材料和增加管壁厚的方法来确保生产的收稿日期：2013—03—0lFLUIDMACHINERYVo1．41，No．8，2013煤液化管道系统多采用ASMEB36．IOM无其中C1=I．44，c2：I．92，Gr=I．0，c=缝及焊接钢管标准。本文选取DN为300mm，管0．09，=1．3，=p／6。壁厚代号为Schl00。弯管的几

8、何尺寸如图1所2．3颗粒轨道模型示，其中Z是直管段长度，d是管道内径，R是弯管通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微分方段中心