閘閥啟閉過程磨損機理
?美國米勒閘閥是油氣田井口裝置的主要控制部件之一,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到井口裝置的可靠性及鉆采施工的安全性。井口閘閥在高溫高壓工況下,啟閉過程存在振動、噪聲和內(nèi)外泄漏,閥板、閥座和閥體內(nèi)壁出現(xiàn)不同程度的磨損和腐蝕,以及閥扳孔擴(kuò)大、閥座磨損和應(yīng)力裂紋,個別閘閥出現(xiàn)閥體刺穿現(xiàn)象。
本文依據(jù)Hutchings摩擦學(xué)的磨損理論,結(jié)合閘閥實際工況,分析了攜帶懸浮固體顆粒流體對金屬表面的沖蝕機理及金屬在H2S、CO2環(huán)境中的腐蝕機理,得出了以沖蝕磨損為主的多種磨損與腐蝕磨損的綜合作用是導(dǎo)致閘閥快速磨損主要原因的結(jié)論。
建立了連續(xù)、不可壓縮、常粘管內(nèi)流體動力學(xué)的質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程,以及閘閥流道的幾何模型。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用流體動力學(xué)數(shù)值模擬計算軟件FLUENT,采用基于雷諾平均法的標(biāo)準(zhǔn)κ-ε兩方程渦粘模型,對模型施加了符合實際工況的邊界條件進(jìn)行數(shù)值模擬計算。得到了閘閥內(nèi)部的速度場和壓力場,并與理論計算進(jìn)行了比較,驗證了數(shù)值模擬計算的結(jié)論。
最后對閘閥內(nèi)部流場特性與閘閥快速磨損機理進(jìn)行分析,得出了小開度下的局部高速低壓是閘閥快速磨損的根本原因。在此基礎(chǔ)上,提出了閘閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,并對改進(jìn)后的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬計算,計算結(jié)果證明結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以一定程度上減小過流截面的速度以及流體對閘閥的直接沖擊。
