【摘要】：隨著石油工業的發展,海底管道由于其可連續輸送性強,運輸效率高,運輸能力強等優點,逐漸成為油氣生產系統的主動脈。隨著運行年限的增加,管道逐年老化并常伴有頻繁的管道失效泄漏事件。海底管道作為密閉的海洋工程結構物,由于其作業環境復雜,設備應用不便,檢測難度大,很難掌握實際的管道沖蝕情況。嚴重的沖蝕破壞將成為管道系統可靠性和安全性的主要威脅。針對這一問題,基于Comsol Multiphysics多物理場耦合模擬軟件,選用數值模擬方式對大口徑輸流管道的沖蝕特性進行模擬研究,明確管道沖蝕破壞的危險區域及失效趨勢,給出海底管道抗沖蝕優化設計思路,對于海底管道長期運行,防范事故的發生有著重要的經濟意義。模擬主要分為流體流動特性研究、固體顆粒軌跡追蹤及沖蝕失效計算三個步驟,主要研究內容如下:1.針對大口徑輸流管段進行三維模擬研究。分析管段內流場分布特性,管壁應力應變,獲取顆粒沖蝕軌跡,辨識管道風險沖蝕因素。管壁沖蝕主要源于顆粒的碰撞沖蝕及切削沖蝕作用;模型整體受沖蝕嚴重區域主要分布于流向突變的過渡區;顆粒沖蝕受流動條件及管道參數影響;2.針對不同流動條件及管道參數對模型沖蝕進行流-固耦合分析研究。揭示沖蝕主要影響規律,判定管道沖蝕破壞的高危區域和失效趨勢。沖蝕高危區域會隨著管道參數變化發生轉移;適當降低流速、減少顆粒含量、增大管徑和彎管曲率等均可有效緩解沖蝕破壞;3.考慮到海底管道受風浪,潮流等帶來的環境影響處于低頻率的工作環境,結合動網格技術定義管壁振動工況,對不同振動頻率及振幅工況下兩種管路敷設方式進行沖蝕影響研究,提出海管優化布置及措施。發現振幅對沖蝕分布影響較大,頻率對沖蝕速率影響較大;在同一工況下,立管敷設方式的管段沖蝕程度受振動工況的影響更大。
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE973.92

【參考文獻】

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本文編號：2773138