煤液化高溫調(diào)節(jié)閥流動(dòng)磨損預(yù)測(cè)及校核研究.pdf

1、煤液化工藝過程中輸運(yùn)的多相流介質(zhì)具有固相濃度高、速度快、溫度高的特點(diǎn)，管道系統(tǒng)、節(jié)流設(shè)備等頻繁發(fā)生壁面減薄穿孔、泄漏失效等事故，嚴(yán)重影響煤化工企業(yè)的安全正常生產(chǎn)。位于減壓塔之前的高溫調(diào)節(jié)閥是煤液化工藝過程中的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中，頻繁發(fā)生閥芯磨損、出口襯套被磨穿失效情況，引起整套裝置的非計(jì)劃停工。其失效機(jī)理復(fù)雜，涉及學(xué)科領(lǐng)域廣泛，現(xiàn)有的研究工作還未能提出有效的預(yù)測(cè)及校核方法。
　　本文以煤液化示范工程高溫調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象，

2、采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的研究方法，揭示高溫調(diào)節(jié)閥典型材料沖蝕磨損機(jī)理,建立空化影響下的高溫流動(dòng)磨損預(yù)測(cè)方法，提出將流場(chǎng)速度、壓力、相分率及磨損率作為表征參數(shù)。完成的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　從含固多相流流動(dòng)磨損機(jī)理出發(fā)，確定了空化條件下的流動(dòng)磨損計(jì)算數(shù)理模型。通過空化試驗(yàn)數(shù)據(jù)和含固多相流輸運(yùn)彎管失效案例的驗(yàn)證，確定了流動(dòng)磨損計(jì)算數(shù)理模型的正確性。搭建了脈沖式的高溫沖蝕磨損試驗(yàn)裝置，針對(duì)閥門基材1Cr9Mo和涂層YG8，在不同

3、沖擊角度、不同沖擊速度、顆粒硬度以及試驗(yàn)溫度的條件下進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲得了兩種材料的速度指數(shù)及角度函數(shù);并結(jié)合掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)對(duì)試件試驗(yàn)后的磨損形貌及表面成分進(jìn)行分析，提出兩種材料在高溫下的沖蝕磨損機(jī)理。針對(duì)建立的流動(dòng)磨損計(jì)算數(shù)理模型，結(jié)合沖蝕磨損試驗(yàn)獲得的速度指數(shù)和角度函數(shù)，借助FLUENT對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，獲得閥內(nèi)流場(chǎng)壓力、速度、氣相分率等參數(shù)的分布規(guī)律以及閥芯和出口襯套部位的磨損率分布情況。研究

4、發(fā)現(xiàn)閥芯頂部和距閥芯頂部20～50mm區(qū)域以及距離襯套出口450～650mm的位置為流動(dòng)磨損危險(xiǎn)區(qū)域;對(duì)現(xiàn)場(chǎng)失效案例跟蹤發(fā)現(xiàn)煤液化高溫調(diào)節(jié)閥的失效位置與數(shù)值模擬預(yù)測(cè)區(qū)域基本一致。在此基礎(chǔ)上，形成了流動(dòng)磨損數(shù)理模型構(gòu)建、高溫沖蝕磨損試驗(yàn)和失效驗(yàn)證相結(jié)合的空化條件下的高溫流動(dòng)磨損預(yù)測(cè)方法。
　　本論文創(chuàng)新性研究在于:搭建了脈沖式高溫沖蝕磨損試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了沖蝕角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和溫度(≤500℃)的精確控制，并運(yùn)用該試驗(yàn)裝置揭示了1Cr9