石油管道保温与防冲刷腐蚀技术研究(雷渡民).pdf

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1、 - 162 -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

2、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

3、石油流动模型 2.1 主要参数 假设：石油管道直径 D200mm，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 v2m/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 155672 73824 37063 14608 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。 - 163 -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

4、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 47，管内最大随温度的变化见图 8； 分析：从图 47 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

5、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- 164 -变的情况下，温度的变化对弯头部位的最大流速影响较小。 图 4 石油温度 24管道速度分布图 图 5 石油温度 30管道速度分布图 图 6 石油温度 35管道速度分布图 图 7 石油温度 40管道速度分布图 2.762.772.782.792.82.812.822.8324303540温度（）管内最大流速（m/s）图 8 管道内最大流速随石油温度的变化 （2）因为仅分析二

6、维图型一维壁面的剪切应力，因此本文沿壁面 Y 方向分析不同石油温度下管道壁面的剪切应力。管道壁面的剪切应力分布见图 912，管内最大及最小剪切力位置随温度的变化见图 13，16； 分析： 从图 912 分析知， 管道壁面最大剪切应力的部位主要集中在沿流速方向靠近弯头的后部分区域， 而直管部位的壁面剪切应力较小， 分析原因主要是流体经过弯道时在弯道后段产生强烈湍流区，随后因壁面剪切力的作用在直管段又恢复到层流状态。由此得出，沿流速方向靠近弯头的后段部位受冲刷腐蚀较为严重，而直管区域受冲刷腐蚀较小。从图 1314 分析知， 管壁内侧和外侧的受到的最大剪切应力随石油温度的升高而降低， 石油温度仅升高

7、 66.7%，- 165 -内侧和外侧壁面的最大剪切应力降低了约 300%。由此得出石油管道保温效果越好，管壁受冲刷腐蚀的程度越小，温度的较小的变化，对管壁受冲刷腐蚀的影响的很大。从图 1516 分析知， 随石油温度的升高， 管壁内侧和外侧的受到的最大剪切应力的部位沿油流速向弯管后段移动，分析原因，主要随油温升高壁面剪切应力减小，湍流区域后移，因此管壁受冲刷的部位也随之后移，说明管壁受冲刷腐蚀的部位随石油温度的升高而向弯头后段移动。 图 9 石油温度 24管道壁面剪切应力分布图 图 10 石油温度 30管道壁面剪切应力分布图 图 11 石油温度 35管道壁面剪切应力分布图 图 12 石油温度

8、40管道壁面剪切应力分布图 05010015020025030035024303540温度（）内侧最大剪切应力（pascal）图 13 内侧壁面最大剪切应力随温度的变化 05010015020025030035024303540温度（）外侧最大剪切应力（pascal）图 14 外侧壁面最大剪切应力随温度的变化 - 166 -00.10.20.30.40.50.624303540温度（）内侧最大剪切应力位置（m）图 15 内侧壁面最大剪切应力位置随温度的变化 0.50.510.520.530.540.550.560.570.580.5924303540温度（）外侧最大剪切应力位置（m）图 16

9、外侧壁面最大剪切应力位置随温度的变化 4 结论 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， 不同温度的石油对管道部位冲刷程度的影响。结果表明： （1）与管道直管段相比，弯头部位内侧最易发生冲蚀穿孔； （2）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； （3）石油管道保温效果越好，管壁受冲刷腐蚀的程度越小。 参考文献 1刘勇峰，吴明，赵玲，吕露，姜永明凝析气田集输管道弯管冲刷腐蚀数值计算.腐蚀与防护，2012，33（2） ：132-135. 2蒋东辉， 温艳军， 赵建彬， 等 牙哈凝析气田腐蚀状况及对策J.天然气工业， 2008,28 （10） ： 101-1

10、04. 3杨红春，杨小平，杨明忠，等牙哈凝析气田腐蚀机理及防腐措施研究J.钻采工艺，2007,30（2） ：117-119. 4李循迹，张权，杜洪莲牙哈凝析气田地面设备腐蚀检查及措施J.石油矿场机械，2003，32（6）64-65. 5甘振维凝析气田集输管道内腐蚀分析j油气储运 2010，29（1） ：41-45. 6柳荣伟， 陈侠玲， 周宁.稠油降粘技术及降粘机理研究进展J.精细油化工进展， 2008， 9 （4） ： 20-25. 7邢晓凯,陈永昌,马重芳.输油管道及保温层的同步设计J.煤气与热力,2004,24（12） ：692-695. 8韩超，吴晓男，杜洋.新疆风城稠油高粘实质与降粘方法探析J.重庆科技学院学报，2010，12（3） ：36-40.