煤液化管道材料沖蝕磨損試驗(yàn)與數(shù)值研究.pdf

1、煤液化工藝多相流介質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程中引發(fā)管道系統(tǒng)沖蝕磨損失效的問(wèn)題極為頻繁，是制約長(zhǎng)周期運(yùn)行的核心問(wèn)題。因管道系統(tǒng)占據(jù)煤液化工程的絕大部分并關(guān)聯(lián)到其它設(shè)備，輸送介質(zhì)含固相濃度高，成分復(fù)雜，運(yùn)行工況多變，難以預(yù)測(cè)磨損減薄位置，一旦失效穿孔，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重事故。因此，從多相流沖蝕磨損的影響因素和機(jī)理出發(fā)，采用試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的手段，建立一種科學(xué)的煤液化管道系統(tǒng)沖蝕磨損失效預(yù)測(cè)方法，是解決該類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵所在，具有重大學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用價(jià)值。
　

2、　 本文自行研制了一種激波驅(qū)動(dòng)的固粒沖蝕試驗(yàn)系統(tǒng)，主要開(kāi)展氣-固兩相流對(duì)煤液化管材的沖蝕磨損試驗(yàn)研究，明確材料的沖蝕磨損機(jī)理和壁面邊界函數(shù)值。在此基礎(chǔ)上，選取煤液化常壓塔三通閥至減壓塔進(jìn)料角閥的管道為失效案例，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征和介質(zhì)物性，運(yùn)用試驗(yàn)結(jié)果，數(shù)值預(yù)測(cè)管道內(nèi)流場(chǎng)和壁面磨損率的分布規(guī)律，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括:
　　 第一、針對(duì)現(xiàn)有固粒沖蝕磨損試驗(yàn)裝置的問(wèn)題，運(yùn)用激波原理設(shè)計(jì)搭建了一種固粒沖蝕磨損試驗(yàn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)最大激波馬

3、赫數(shù)達(dá)2.3，顆粒速度可到200m/s以上，沖角范圍為15～90°;通過(guò)對(duì)通用鋼材試驗(yàn)研究證實(shí)，本試驗(yàn)系統(tǒng)可用于其它材料沖蝕磨損規(guī)律的研究。
　　 第二、運(yùn)用自行研制的沖蝕磨損試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)典型煤液化管材(ASTM-A335-P9)開(kāi)展不同影響因素的試驗(yàn)研究，其破壞機(jī)理主要是低沖角的切削和高沖角的沖蝕脫層作用，分析試驗(yàn)結(jié)果獲得用于數(shù)值計(jì)算此材料磨損率的壁面邊界條件。
　　 第三、對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外研究者建立的磨損模型，選取E

4、M5為本文磨損率計(jì)算的模型。
　　 第四、運(yùn)用CFD技術(shù)，根據(jù)所選的沖蝕磨損模型，以及試驗(yàn)所得材料壁面邊界條件，數(shù)值預(yù)測(cè)得到磨損嚴(yán)重區(qū)主要發(fā)生在彎管背部，綜合分析混合相速度場(chǎng)和粒子沖擊壁面的角度，建立了一種煤液化管道多相流沖蝕磨損預(yù)測(cè)方法。
　　 本論文的創(chuàng)新在于:1）設(shè)計(jì)搭建了基于激波管原理的固體粒子沖蝕磨損試驗(yàn)系統(tǒng);2）試驗(yàn)確定了一種典型煤液化管材(ASTM-A335-P9)的沖蝕磨損破壞規(guī)律;3）建立了一種適用于煤