基于冲蚀特性的粉煤气化输送管道可靠性研究

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颗粒冲蚀是影响管道输送过程稳定、高效、设备安全运行的重要因素。管道输送工艺过程中,管道受颗粒冲蚀导致的失效占到了管线所有失效形式的40%以上。为保障管道的安全可靠运行,指导设备的维修防护以及预测管道的剩余寿命,本文通过FLUENT软件模拟管道冲蚀速率和管道结构可靠性评价相结合的方法,开展基于冲蚀特性的煤气化输送管道可靠性研究。首先,针对煤气化输送管道的流动特性,采用仿真建模的方法,通过FLUENT软件对煤气化管道进行建模。通过对煤粉颗粒的流动冲蚀过程的追踪,计算煤气化输送管道在粉煤冲蚀下的冲蚀速率。在此基础上,采用正交试验设计方法,分析煤粉输送过程中影响管道弯头处冲蚀磨损程度因素。基于均值主效应分析方法,探究各试验参数与冲蚀磨损结果间的显著性关系,并分析粉煤气化输送管道中90°弯头处冲蚀磨损问题。结果表明:在因素的显著性上,入口流速因素均值主效应排序均为第一,影响力最为显著;弯管的弯曲半径因素影响其次;颗粒粒径影响效果最不显著。在工程冲蚀效果防护中,应当优先考虑控制颗粒的流速和管道的形态,以提升管道弯头的抗冲蚀磨损性能。随后考虑了管道运行过程存在的参数不确定性,使用ASME B31G规范中含缺陷管道极限状态方程,并结合煤粉冲蚀速率仿真模拟结果,使用蒙特卡罗模拟法,对煤气化管道发生典型失效事件(小孔泄漏和爆裂)的概率进行计算。结果表明:管道内径(D)、冲蚀深度的冲蚀速率(Vd)和管道内部压力(P0)对管道的失效影响显著。在煤气化工艺流程中通过控制管道内压力的波动,可以降低煤粉对管道的冲蚀程度,从而有效避免煤气化管道因煤粉冲蚀导致的失效事件发生,从而提高整体系统的安全可靠运行。最后,针对当前受冲蚀磨损的管道可靠性评价方法的不足,提出了基于“首次穿越模型”的管道寿命预测方法。将该方法应用于煤气化输送管道,结果表明:冲蚀管道参数Vd=0.2mm/y或VL=8.0mm/y条件应作为管道的重点维修指标。较大的管径体现出较好的抗冲蚀性能。管道压力也是影响管道失效评定的重要因素,适当降低内部运行压力可有效防范风险。
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