發(fā)布時間：2020-07-28 16:25

【摘要】：隨著石油工業(yè)的發(fā)展,海底管道由于其可連續(xù)輸送性強,運輸效率高,運輸能力強等優(yōu)點,逐漸成為油氣生產(chǎn)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)物,由于其作業(yè)環(huán)境復(fù)雜,設(shè)備應(yīng)用不便,檢測難度大,很難掌握實際的管道沖蝕情況。嚴(yán)重的沖蝕破壞將成為管道系統(tǒng)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(shù)值模擬方式對大口徑輸流管道的沖蝕特性進(jìn)行模擬研究,明確管道沖蝕破壞的危險區(qū)域及失效趨勢,給出海底管道抗沖蝕優(yōu)化設(shè)計思路,對于海底管道長期運行,防范事故的發(fā)生有著重要的經(jīng)濟(jì)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(nèi)容如下:1.針對大口徑輸流管段進(jìn)行三維模擬研究。分析管段內(nèi)流場分布特性,管壁應(yīng)力應(yīng)變,獲取顆粒沖蝕軌跡,辨識管道風(fēng)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(yán)重區(qū)域主要分布于流向突變的過渡區(qū);顆粒沖蝕受流動條件及管道參數(shù)影響;2.針對不同流動條件及管道參數(shù)對模型沖蝕進(jìn)行流-固耦合分析研究。揭示沖蝕主要影響規(guī)律,判定管道沖蝕破壞的高危區(qū)域和失效趨勢。沖蝕高危區(qū)域會隨著管道參數(shù)變化發(fā)生轉(zhuǎn)移;適當(dāng)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(fēng)浪,潮流等帶來的環(huán)境影響處于低頻率的工作環(huán)境,結(jié)合動網(wǎng)格技術(shù)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(shè)方式進(jìn)行沖蝕影響研究,提出海管優(yōu)化布置及措施。發(fā)現(xiàn)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(shè)方式的管段沖蝕程度受振動工況的影響更大。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE973.92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2773138