אתגר האינטגרליות של פייפל ב Fluid Transport

התחבורה של פחמימנים, מזחלות ונוזלים אחרים באמצעות צינורות היא פעולה בסיסית בתעשיית הנפט והגז.עם זאת, תוחלת החיים התפעולית של צינורות אלה מאוימת כל הזמן על ידי שתי מנגנונים עיקריים: שחיקה וקורוזון. בעוד שניהם מובילים לאובדן חומרי וכישלון ספציפי, מקורותיהם השונים של אנרגיה חלופית או ירידה משמעותית, הם תהליך מכנית המונעת על ידי השפעה של חלקיקים מסורתיים או גבוהה, כולל ירידה של מים נוזליים, כולל לחץ דם נוזלי, לעתים קרובות, או לחץ דם נוזלי, כולל לחץ דם לטווח ארוך יותר, או לחץ דם נוזלי, או ירידה פיזית, כולל, כולל לחץ על פני המים.

מדוע Fluid Dynamics (CFD) הוא חיוני

בדיקה גופנית של צינורות בתנאים זרימה אמיתיים היא יקרה, זמן-consuming, ולעתים קרובות לא מעשי עבור מגוון רחב של תרחישים נתקלו בתחום. Computational Fluid Dynamics (CFD) מספק חלופה יעילה על ידי פתרון משוואות הזריקה מבוקרות של זרימת נתונים נוזלי (Navier-Stokes), העברת אנרגיה ומין תחבורה בתוך סביבה וירטואלית.

הפיזיקה של האירוניה בקווי פייפר

השפעות חלקיקים וסוגיות

(ה) ,התרסון מתרחש כאשר חלקיקים מוצקים (כגון חול, proppant, או שברים בקנה מידה) מאומנים בנוזל ההשפעה של הקיר של הצינור.הקצב להסרת החומרי תלוי ב-FLT:0particle SpeedtureFLT:1, (FLT:2impact זווית של נוזל) ו-FLT:4particle וגודלו של LT5, ו-FLTirdirdexirdexic Model for aricated Model)

המונחים: Multiphase Flow Considerations

רוב זרימת הצינור הם לא חד-פעמי. Gas-liquid-solid שלושה-phase, זרימת סלוג, זרימה חד-פעמית, וזרימה מלוכדת כל לייצר דפוסים שונים של שחיקה, מודל רב-phase או נפח של פלורקורד (VOF) מודל להפחתה מדויקת של סימולציה נכונה של חלקיקים יכול ללכוד את האינטראקציה בין שלבים קינטיים לבין חלקיקים מפוזרים.

הפיזיקה של קורוזיה בקווים

תגובות אלקטרו-כימיות ו-Mass Transport

קורוזיה היא תהליך אלקטרו-כימי הכולל פירוק חד-משמעי של תגובות המתכת והקטודיות (כגון הפחתה של חמצן או אבולוציה מימן) שיעור ההורודיון נשלט על ידי התחבורה של מינים תגובתיים לקיר, ה- pH המקומי, הטמפרטורה, ונוכחות של אזורי הגנה (למשל, פחמן) ב- Ansys Fluent, קורוזיה יכולה להיות מודל מתקדם באמצעות משוואות של שפעת:2Crephic Respecic Resurreation) עם רמות ריכוז מבוזרות (למשל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לאחר מכן, כלומר, ירידה של פחמן).

השפעת משטר זרימה על קורוזיה

דפוסי זרימה משפיעים מאוד על יציבותם של סרטים מגינים.בזרמים סוערים, מתח קיר גבוה יכול להסיר מכניקה של שכבות של מוצרי קורוזיה, חשיפת מתכת טרית לסביבה הקורוזית.זה בעייתי במיוחד ב bends, שסתום, ו במורד הזרם של הפרעות זרימה. פלורנט יכול לחזות את ההתפלגות הקיר בכל הגאומטריה לזהות אזורים שבהם היא עולה על סף קריטי, בנוסף לזרימת מים.

קביעת סימולציה של Ansys Fluent Simulation עבור Erosion ו Corrosion

דרישות גיאומטריה ומאש

סימולציה טיפוסית מתחילה עם גאומטריה 3D של החלק של הצנרת של עניין - לעתים קרובות כנד, טאי, מקטין או שסתום.היש חייב להיות מעודן באזורים ליד קיר כדי לפתור את תת-קרקעית ה- מולקול, עם דגש על משטחים מעוקלים שבהם קיר החלקיק הוא רגיש באופן משמעותי.

תנאים חמורים ונכסים פגומים

תנאי אינלט מציינים מהירות זרימה, שברים שלב, עוצמת זעזוע, וטמפרטורה. עבור הזרקת חלקיקים, מודל שלב הדיסקרטי דורש הפצה של חלקיקים, צפיפות, צורה, וקצב זרימה המונית. מזהמים חלקיקים בקיר לקבוע כיצד אנרגיה מועברת או מגבילה את רמת הסימולציות של המשתמש - עבור קורוזיון, ריכוזי מינים (למשל, CO2, O2, H2, HS) ו-recerecedows) חייב להיות מוגדרות טמפרטורה, תכונות חום (coity) ו-cosidedance) ו-cosidedial) ו-reception) של חום.

מודל טיבולנס

רוב זרימת הצינור הם טורחים (Re > 4000) Ansys Fluent מציעה מגוון של מודלים סוערים: המודל הסטנדרטי k-ε משמש בדרך כלל ליציבותו וכלכלה, בעוד מודל SST k- ⁇ מספק יותר קרוב לפתרון כמעט-קיר והוא מומלץ לזרמים עם הפרדה חזקה או ⁇ לחץ שלילי. עבור חיזוי שחיקה, מודל הזעזוע משפיע ישירות על החלקיק באמצעות פיזור ניסיוניים קריטיים (Ricoltures) הוא לעתים קרובות לשחיקה פשוטה).

פרשנות ופרשנות תוצאות

Erosion Rate Contours ו-Extrasiveduction

לאחר ההתכנסות, Fluent יכול לייצר צינורות בקצב שחיקה על פני השטח הקיר (ב ק"ג / m2s או mm / שנים) מהנדסים בדרך כלל לזהות מיקומים שבהם שיעור החיסוני הצפוי עולה על הסף המקובל של חיי העיצוב (למשל, 0.1 מ"מ / שנה) הכלי יכול גם למקם את אובדן המסה המצטבר על פני תקופת הפעלה מוגדרת.

התפלגות קצב קורוזיה ו- pH Mapping

עבור סימולציות קורוזיות, התוצאות כוללות את שיעור קורוזיה המקומי (mm/Year), מתח קיר, pH וריכוזים מינים. מהנדסים לחפש אזורים של שיעור קורוזיה גבוהה התואמים עם לחץ גבוה או הצטברות מים.הסימולציה יכולה להשוות אסטרטגיות הזרקת מעכבות שונות על ידי שינוי קינטיקה הקיר.

אימות ועיסוקים טובים

סימולציות חיזוי הן רק טובות כמו המודלים והאימות שמאחוריהם.נתוני שחיקה היסטוריים מבדיקות לולאה זרימה (למשל, מאוניברסיטת טולסה או DNV) ונתוני קורוזיה מאלקטרודה סטרלינג (RCE) או בדיקות סילוקציה סטנדרטיות (Colitation-Furation) יש להשתמש בהם כדי לזרז מודלים קבועים.

מחקר מקרה: rosion in a Pipeline Elbow

(ב) מרפק גז בגובה 90 מעלות הנושא תערובת גז-ים.מהירות שטח הגז היא 20 מ' /s, גודל חלקיקים 300 מיקרומטר, וריכוז חול 1% על ידי משקל. סימולציה פלורנטית (באמצעות מודל SST k- ⁇ , DPM עם 10,000 זרמי הזריקה, ואת מודל החיסוני Oka) צופה שיעור שחיקה של 2.5 / מ"מ על הקיר החיצוני של הסימולציה, גם מראה כי הוא 1.5D (R) מאפשר ירידה של מחזור הדם) כדי להפחית את רמת נפח מחזור הדם הגבוהה של 2D) כדי להפחית את רמת ה-D) יותר מגובה של 2D) של 2D) יותר מגובה של 2DR) יותר מגובה של 2D) יותר מגובה של 2D) יותר מגובה של מחזור הדם (R) מאשר ירידה של 2D) ירידה של מחזור הדם בחזרה של 2D) ירידה של 2D) לעומת 3DR.

מחקר: CO2 Corrosion in a Flow Loop

לולאה זרימה עם 100 מ"מ C צינורות נושאת שופע עם 2 בר CO2 לחץ חלקי ב 60 מעלות צלזיוס הוא סימולציה.שיעור ההורודיון חזה על ידי פלורנט (באמצעות תחבורה מינים ומודל דה Waard-Milliams) הוא 1.8 מ"מ / שנה בקיר כי מעכב את הנקודה של 10 לספירה לאחר הוספת מעכב (מבודד על ידי הפחתת המשוואה), קו הקירור ל-0.

גבולות וכיוונים עתידיים

דרישות ה-FCD Erosion/Corrosion Models

למרות ההתקדמות המשמעותית, סימולציות של קורוזיה יש מגבלות.מודלים של Erosion לעתים קרובות להניח חלקיקים קשיחים, spherical, הזנחה של חלקיקים או צורות לא סדירות אשר יכול לייצר דפוסים שונים של מכתש.מודלים קורוזיים בדרך כלל דורשים רצף מפוכחים של בדיקות הפיכה דקות רק עבור מגוון מוגבל של טמפרטורות ורמות pH - אלקטרוכימיה הבסיסית עשוי לא להיות LT כאשר מינים רבים של קורוזיביים (בנוסף, בנוסף, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ניתוח דרמטי) הוא צורך ניתוח דרמטי, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא צורך שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של מחזור חיים (relirelireliciated) הוא גם כן, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא תהליך של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של מחזור חיים (relimate) הוא פחות משקף, הוא תהליך של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי דרמטי של שינוי: 1.

מגמות מתפתחות: Machine Learning and Digital Twins

השילוב של למידת מכונה עם סימולציות CFD הוא מאיץ.רשתות נילי ניתן לאמן על נתונים גדולים של שחיקה ופרופילי קורוזיה שנוצרו על ידי פלורנט לייצר מודלים חלופיים לרוץ בתוך שניות, המאפשרים בדיקות תרחיש מהיר לתאומים דיגיטליים.מודלים תאומים אלה יכולים בסופו של דבר לזרז נתונים של סימולציה פתוחה בזמן אמת (קצבי זרימה, לחץ, טמפרטורה) ממערכות ניטור ועדכונים תחזיות באופן קבוע, כמו פיזור חומרים גמישים).

המלצות מעשיות למהנדסי צי

  1. (FLT:0)Start עם מרכיבים בסיכון גבוה:FreaLT:1) Focus CFD ניתוח על מרפקים, tees, מקטין, שסתום, ומים זורמים שבו שחיקה וקורוזיון הם חמורים ביותר.
  2. (FLT:0)Use אישרה מודלים של שחיקה: FLT:1 (Prefer the Oka Model for sandשחיקה in Gas Flows and the Finnie Model for low-angleid Flows).
  3. (FLT:0) למנוע השפעות מרובות-phase: FIRLT:1 תמיד מודל הפצה של שלב מציאותי; הזנחה של החזקת נוזלים או יישב חול תוביל לזלזל בהשפלה.
  4. (FLT:0) שחיקה וקורוזיון: אנדרל:1 בסביבות רבות, שני המנגנונים פועלים באופן סינרגי – מסירים שכבות הגנה של קורוזיה. השתמש בתחבורה של מינים במקביל למעקב חלקיקים בפלורנט (אפשרי באמצעות פונקציות מוחלות באופן סופי).
  5. (FLT:0) הנחה: FLT:1ure קובע בבירור את טווח תוקף קבועי מודל (זמן, מהירות זרימה, גודל חלקיקים) כדי למנוע שימוש לרעה בפיזור.

מסקנה

Ansys Fluent מספק מסגרת חזקה, מבוססת פיזיקה כדי לחזות שחיקה וקורוזיון בזרימת צינורות. על ידי הדמיה מורכבת בין דינמיקות נוזליות, השפעה חלקיקים, ותגובות אלקטרוכימיות, מהנדסים יכולים לזהות פרצות לפני שהנכסים בנויים או במהלך החיים התפעוליים.היכולת להפעיל תהליכי ניהול וירטואליים, אך ורק שיפור מתמיד של תוכניות ניהול אורגניות, עומסי חלקיקים, טיפולים כימיים, גיאומטריה וגאומטריה - פעולות מוכחות שימשיכו להרחיב את רמת התחזוקה של כוח המשיכה לפתח, תוך כדי להבטיח שיפור מתמיד של פעילות גופנית לטווח ארוך.