管道腐蝕引起原油管道形變的分析

1、    管道腐蝕引起原油管道形變的分析    鄒杰 張玉紅 高桂【摘要】本文使用ansys軟件建立管道腐蝕，并針對(duì)管道受腐蝕狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，cfd）仿真計(jì)算及單向流固耦合仿真。仿真出了原油管道在不同腐蝕程度管道的形變。結(jié)果表明：管道每腐蝕2mm，管道的形變量最大將增大至5.2x10-9m?！娟P(guān)鍵詞】cfd模擬管道泄漏管道監(jiān)測(cè)1引言目前，國(guó)內(nèi)外的原油、天然氣等流體介質(zhì)大多數(shù)是通過管道來進(jìn)行運(yùn)輸。能源的消耗伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展逐年增長(zhǎng)。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及石油需求量的日益增長(zhǎng)，我國(guó)成品油管

2、道建設(shè)正處于一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。中國(guó)石化系統(tǒng)已建成的管道有西南成品油管道、珠江三角洲管道、魯皖管道等多條成品油管道。我國(guó)現(xiàn)有原油管道多數(shù)為20世紀(jì)70年代至90年代建成，運(yùn)行期限基本超過20年，其中，東北原油管網(wǎng)已連續(xù)運(yùn)行40年，進(jìn)入易發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)期，管道螺旋焊縫缺陷和腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)因素較多，安全生產(chǎn)形勢(shì)比較嚴(yán)峻1。因此，了解油氣管道的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，及時(shí)找到管道運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)于保障管道安全正常運(yùn)營(yíng)，保護(hù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及生命財(cái)產(chǎn)安全起至關(guān)重要的作用。2建立模型2.1物理模型以某陸地露天架空原油管道為例使用ansys軟件的design modeler工具建立管道模型如圖（1）所示，管道長(zhǎng)2m、外徑2

3、20cm、管壁厚7.5mm；并分別建立管道泄漏及受腐蝕狀態(tài)時(shí)的管道模型。泄漏管道模型為：泄漏位置置于管道中間，泄漏孔形狀均不相同。腐蝕管道模型為：設(shè)管道腐蝕為均勻腐蝕，管道腐蝕厚度分別為0. 5mm、1.0mm、1.5mm。2.2仿真條件管道材質(zhì)選取輸油常用管道的20#鋼，彈性模量210gpa，泊松比0.3，密度為7800kg/m3，屈服強(qiáng)度245mpa。內(nèi)流介質(zhì)為液態(tài)成品油，密度為1200kg/m3，動(dòng)力粘性為1.3x10-3pa。在穩(wěn)態(tài)仿真計(jì)算時(shí)采用k-？模型，迭代中壓力速度耦合采用simplec，以提高收斂速度，為提高計(jì)算機(jī)計(jì)算速度采用二維非定常流動(dòng)模型。在單向流固耦合仿真計(jì)算時(shí)對(duì)管道進(jìn)

4、、出口采用零位移約束。邊界條件：管道入口流速為1m/s；管道出口處壓力等于1000pa；管道泄漏孔處的壓力等于0pa9；2.3失效準(zhǔn)則根據(jù)第三強(qiáng)度準(zhǔn)則，當(dāng)腐蝕缺陷區(qū)的等效應(yīng)力超過屈服極限強(qiáng)度認(rèn)為失效。采用基于這種彈性失效的準(zhǔn)則，von mises表達(dá)式：式中：s為屈服應(yīng)力，mpa；1、2、3分別為3個(gè)方向上的主應(yīng)力，mpa。3仿真結(jié)果分析圖（2）為不同腐蝕程度與無腐蝕的原油管道變形分布云圖，變形量及受壓狀況如表（1）所示?？梢钥闯觯汗艿涝跓o泄漏運(yùn)行狀態(tài)下，其各部位變形量呈較均勻分布。在相同管道內(nèi)部壓力下，當(dāng)管壁變薄或者被腐蝕時(shí)管道的總變形量會(huì)發(fā)生改變，且隨著管道腐蝕程度的加深管道的變形量變大。

5、但均未達(dá)到失效極限。（a）無腐蝕；（b）內(nèi)壁腐蝕1mm；（c）內(nèi)壁腐蝕2mm；（d）內(nèi)壁腐蝕3mm；5結(jié)論本文通過ansys fluent軟件建立輸油管道耦合場(chǎng)模型，仿真出管道了在不同工作狀態(tài)下的形變當(dāng)管道被腐蝕時(shí)，管道的變形量會(huì)隨著腐蝕程度的增大而增大。因此，可以選擇光纖光柵傳感器檢測(cè)管道的形變量，從而監(jiān)測(cè)出管道的腐蝕狀況資助：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸油氣管道滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，2018s1094參考文獻(xiàn)：1朱紅鈞.ansys+14.5熱流固耦合實(shí)戰(zhàn)指南m.北京：人民郵電出版，2014.42韓泓池，何青，李景翠，崔志斌.泄漏孔形狀對(duì)泄漏特性的影響分析j.電力科學(xué)與工程，2018，34（1）：73-78.3付建民，趙洪祥，陳國(guó)明，鄭曉云，朱淵，任婷.裂口幾何形態(tài)對(duì)輸氣管道小孔泄漏的影響j.天然氣工業(yè)，2014，34（11）： 128-133.4sousa cad， romero oj. influence of oil lea