石油管道保温和防冲刷腐蚀技术研究(雷渡民).pdf

石油管道保温与防冲刷腐蚀技术研究 雷渡民 郦智斌 杨青松 （91872部队 北京 102442） 摘要：本文针对石油管道保温隔热差异引起管内石油温度的变化，不同温度的石油对管道部位冲刷程度的 影响。结果表明：与管道直管段相比，沿流速方向靠近弯头的后段部位受冲刷腐蚀较为严重；石油管道保温 效果越好，管壁受冲刷腐蚀的程度越小。 关键词：石油管道 温度 冲刷 1 前沿 石油管道尤其是弯头、三通阀等部位经常发生泄漏事故，主要原因是改部位经常因受到流 动油的强烈冲刷腐蚀[1]，导致穿孔。冲刷腐蚀主要受到流速、压力、剪切应力、功角等流体力 学因素的影响[2-5]，其中剪切应力的大小反映了冲刷腐蚀的程度，剪切应力越大、冲刷腐蚀越 严重。而定流速下，流体剪切力的大小受其粘度的影响较大，剪切力随粘度的增大而增大。石 油在开采出来后，通常是稠浆，粘度大、流动困难，为便于石油通过管道进行传输，通常采用 加热降粘技术输送稠油，主要的加热方法有传统加热法、微波加热法、电伴热法等[6]。稠油的 粘度受温度的影响比常规石油更敏感，加热降粘技术主要是根据稠油粘度对温度的依赖性很 强，随着油温从高到低变化，稠油会从牛顿型流体转变为非牛顿型流体，随着温度升高，稠油 粘度呈下降趋势[7-8]。本文主要针对石油管道保温隔热差异引起管内石油温度的变化，研究随 着管内石油温度的变化，不同温度的石油对管道部位冲刷程度的影响。 2 石油管道弯头石油流动模型 2.1 主要参数 假设：石油管道直径 D＝200mm，为保证石油在管道内充分流动，入口和出口直管长度确 定为 1000mm，弯管直径为 2D,管内流速 v＝2m/s，油浆密度 970kg/m3，不同温度下的石油粘度 见表一。 表1 不同温度下的石油粘度 温度℃ 24 30 35 40 粘度mPa.s 155．672 73．824 37．063 14．608 2.2 几何模型 根据模型主要参数建立二维几何模型如图 1 所示，单位：mm。 - 162 - 图1 石油管道弯头几何模型 3 数值模拟及结果分析 3.1 几何模型网格划分 利用 GABIT软件进行网格划分，对壁面处采用网格加密的措施划分近壁面网格，网格模型 如图所示： 图2 石油管道整体网格划分 图3 管道弯头局部放大网格划分 3.2FLUENT 流体计算 借助 FLUENT流体力学软件，对石油管道弯头石油流动状态进行计算。根据石油管道石油 流动相关参数，模型边界条件设定为：入口处为速度入口边界条件，壁面为无滑移壁面，出口 为 OUTFLOW。湍流粘性模型采用 K-E模型，近壁面处理非平衡壁面函数。 3.3 计算结果 （1）不同石油温度下，管道弯头的速度分布见图 4～7，管内最大随温度的变化见图 8； 分析：从图 4～7 分析知，温度的变化对管道内速度分布情况几乎无影响，管道内最大速 度分布集中在弯头内侧，而直管部位受冲刷比较轻。从管道速度分布知弯管部位受冲刷腐蚀比 较严重，油浆内部存在其他杂质的情况下，该部位存在冲蚀穿孔的隐患，故弯头内侧应是重点 检测的部位；从图 8 分析知，随着温度的变化，管道最大流速变化不大，可见管道石油流速不 - 163 - 变的情况下，温度的变化对弯头部位的最大流速影响较小。