 碳钢大小头冲蚀失效流固拙合机理
对于流固祸合理论国内外学者做了大量的研究。碳钢大小头在理论分析方面，将数学上的最新研究成果应用于流固藕合系统的研究中，从机理与本质上探讨流固祸合问题；在仿真计算方面，运用流体力学分析与固体结构分析的各种方法和手段，将两者结合。同时，随着问题的复杂化、大型化，结合相关并行算法进行大规模的并行计算；在试验研究方面，建立了各种模拟试验装置进行模拟试验研究，为模型建立提供事实基础；在实际应用方面，不断地将已有的成果实用化，深入工程中各个领域，研究和解决工程中提出的各种具体的流固藕合问题。从总体上来看，流固祸合问题按其祸合机理可分为两类，第1类：流体域和固体域部分或全部重叠在一起，难以明显地分开，需要针对具体的物理现象来建立描述物理现象的方程，特别是本构方程。第2类：祸合作用仅仅发生在两相交界面上。石化管道中流动与腐蚀祸合作用属于第2类，但运用流固祸合理论来解释其失效破坏机理的很少。
多相流管道广泛应用于石油、天然气、城市液化气以及流程工业领域中各种流体物料的输送，常承受流体劣质化、工况苛刻化、长周期甚至超负荷运行的考验，尤其是石化工业管道，冲蚀泄漏、穿孔等事故日趋频繁，给企业生产、周边环境和公众安全带来严重的负面影响旧州大量失效案例分析表明：由多相流腐蚀与流动交互作用引发的冲蚀失效是石化管道局部失效的主要原因；弯管、三通、大小头等典型管件最易发生冲蚀失效。目前对冲蚀的研究多停留在单纯的腐蚀或流动的作用上。相对于弯管和三通而言，有关大小头的流体腐蚀与流动的研究报道较少而同时考虑多相流腐蚀与流动祸合作用的无缝大小头冲蚀失效的研究更少。
近年来，本课题组对管道系统冲蚀失效行为进行了系统地研究，通过机理研究、数值仿真、模拟实验及工程应用等手段，重点探索流体腐蚀与流动藕合作用引发的冲蚀失效。本文以加氢空冷系统出口管道的大小头(碳钢)冲蚀失效为例，对其进行冲蚀失效流固祸合数值模拟，并分析了流体的流向、管件结构和规格对冲蚀失效的影响，为大小头的现场监测、在线检测和腐蚀防护等工程应用提供依据。
加氢空冷系统出口管道介质为多相流体，含NH4HS,HzS,NH3等组分，具有较强的腐蚀性。在流体输送过程中，腐蚀性介质与碳钢无缝大小头内壁发生电化学(化学)反应，生成致密的腐蚀产物保护膜，能有效阻止介质对管件的继续腐蚀。而流体又具有一定的勃附性，根据牛顿内摩擦定律，在流动过程中对壁面产生一定的剪切应力，当局部壁面所受应力足够大时，腐蚀产物保护膜将会发生变形，甚至破损流失，使碳钢母材又一次裸露在腐蚀性介质中，再次发生电化学腐蚀，形成新的腐蚀产物保护膜。这一过程同时影响管壁边界层流场的分布，使对应的壁面应力也随之增大，加剧了腐蚀产物保护膜的破损和流失，使新生成的保护膜又一次发生破损流失，形成一种自催化加速腐蚀过程。
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