Kesan Saiz Paip Keluli terhadap Hakisan Zarah Pepejal Siku Keluli Karbon dalam Aliran Cecair-Pepejal: Analisis Eksperimen dan CFD

pengenalan

Dalam banyak industri, seperti minyak dan gas, pemprosesan kimia, dan perlombongan, aliran cecair-pepejal adalah biasa dalam sistem paip. Aliran ini selalunya membawa zarah pepejal yang boleh menyebabkan hakisan pada komponen kritikal seperti siku keluli karbon. Hakisan adalah kebimbangan yang ketara kerana ia boleh mengakibatkan kehilangan material, mengurangkan integriti struktur, dan akhirnya kegagalan sistem paip. Saiz paip keluli memainkan peranan penting dalam menentukan kadar hakisan, kerana ia mempengaruhi dinamik aliran, lintasan zarah, dan sudut hentaman.

Artikel ini meneroka kesan saiz paip keluli ke atas hakisan zarah pepejal siku keluli karbon dalam aliran cecair-pepejal, menggabungkan kajian eksperimen dan dinamik bendalir pengiraan (CFD) analisis. Ia memberikan pandangan tentang cara diameter paip mempengaruhi corak hakisan, kadar, dan strategi mitigasi, menawarkan panduan berharga untuk mereka bentuk sistem paip yang lebih tahan lama.

Kepentingan Mengkaji Hakisan Zarah Pepejal dalam Siku Keluli Karbon

1. Peranan Kritikal Siku dalam Sistem Paip

Siku keluli karbon adalah penting untuk menukar arah aliran bendalir. Namun begitu, geometri melengkung mereka menjadikan mereka sangat terdedah kepada hakisan, terutamanya dalam aliran cecair-pepejal di mana zarah memberi kesan pada dinding siku.

2. Kesan Saiz Paip

Saiz paip secara langsung mempengaruhi:

• Halaju Aliran: Paip yang lebih besar biasanya mempunyai halaju yang lebih rendah untuk kadar aliran yang sama, mengurangkan hakisan.
• Trajektori Zarah: Paip yang lebih kecil mengehadkan zarah, meningkatkan kemungkinan perlanggaran berimpak tinggi dengan dinding siku.
• Corak Hakisan: Saiz paip mempengaruhi taburan hakisan dalam siku.

3. Keselamatan dan Penyelenggaraan

Memahami hubungan antara saiz paip dan hakisan adalah penting untuk:

• Mencegah kegagalan dalam infrastruktur kritikal.
• Mengurangkan kos penyelenggaraan dan masa henti.
• Memanjangkan hayat perkhidmatan sistem perpaipan.

Analisis Eksperimen Hakisan Zarah Pepejal

1. Persediaan Eksperimen

Kajian eksperimen melibatkan ujian siku keluli karbon dengan saiz paip yang berbeza di bawah keadaan aliran cecair-pepejal terkawal. Komponen utama persediaan termasuk:

• Spesimen Ujian:
  • Siku keluli karbon dengan diameter yang berbeza-beza (cth., 2 inci, 4 inci, dan 6 inci).
  • Sifat bahan dan kemasan permukaan dikekalkan konsisten merentas spesimen.
• Gelung Aliran:
  • Sistem gelung tertutup mengedarkan campuran cecair-pepejal melalui spesimen ujian.
  • Fasa cecair biasanya air, manakala fasa pepejal terdiri daripada zarah kasar seperti pasir atau silika.
• Instrumentasi:
  • Pengukuran Hakisan: Pengurangan berat badan atau pengurangan ketebalan diukur menggunakan skala ketepatan atau tolok ketebalan ultrasonik.
  • Pemantauan Aliran: Kadar aliran, halaju, dan kepekatan zarah dipantau menggunakan meter alir dan pembilang zarah.

2. Parameter Ujian

• Saiz Paip: Diameter paip berbilang diuji untuk menilai kesan saiz ke atas kadar hakisan.
• Keadaan Aliran:
  • Halaju cecair: 2–5 m/s.
  • Kepekatan zarah: 1–5% mengikut volum.
  • Saiz zarah: 100–500 mikron.
• Tempoh: Ujian dijalankan selama beberapa jam untuk mensimulasikan hakisan jangka panjang.

3. Pemerhatian Utama

• Kadar Hakisan:
  • Saiz paip yang lebih kecil menunjukkan kadar hakisan yang lebih tinggi disebabkan oleh perlanggaran dinding zarah yang meningkat.
  • Paip yang lebih besar menunjukkan hakisan yang berkurangan, kerana zarah mempunyai lebih banyak ruang untuk tersebar dan kehilangan tenaga sebelum menjejaskan dinding.
• Corak Hakisan:
  • Dalam paip yang lebih kecil, hakisan tertumpu pada kelengkungan luar siku.
  • Dalam paip yang lebih besar, hakisan lebih merata tetapi kurang teruk.
• Sudut Kesan Zarah:
  • Paip yang lebih kecil membawa kepada sudut hentaman yang lebih tajam, meningkatkan penyingkiran bahan.
  • Paip yang lebih besar menghasilkan sudut hentaman yang lebih cetek, mengurangkan keterukan hakisan.

Dinamik Bendalir Pengiraan (CFD) Analisis

1. Pemodelan CFD Aliran Cecair-Pepejal

Analisis CFD digunakan untuk mensimulasikan dinamik aliran dan tingkah laku zarah dalam siku keluli karbon dengan saiz paip yang berbeza. Simulasi memberikan pandangan terperinci tentang mekanisme hakisan yang sukar untuk diperhatikan secara eksperimen.

Langkah Utama dalam Pemodelan CFD:

• Penciptaan Geometri:
  • Siku paip dengan diameter berbeza dimodelkan menggunakan perisian CAD.
  • Kelengkungan siku dan panjang paip dikekalkan malar merentas model.
• Penjanaan Mesh:
  • Jaring halus dicipta berhampiran dinding siku untuk menangkap aliran terperinci dan interaksi zarah.
  • Jerat yang lebih kasar digunakan di kawasan yang jauh dari dinding untuk mengurangkan kos pengiraan.
• Syarat Sempadan:
  • Masuk: Halaju aliran dan kepekatan zarah yang ditentukan.
  • Outlet: Keadaan salur keluar tekanan.
  • dinding: Keadaan tidak licin untuk fasa cecair dan keadaan lantunan untuk zarah.
• Pemodelan Aliran Berbilang Fasa:
  • Pendekatan Eulerian-Lagrangian digunakan untuk memodelkan aliran cecair-pepejal.
  • Fasa cecair dianggap sebagai medium berterusan, manakala zarah dikesan secara individu.
• Ramalan Hakisan:
  • Kadar hakisan dikira menggunakan model empirikal, seperti model Finnie atau model Oka, yang mengaitkan halaju hentaman zarah, sudut, dan sifat bahan kepada hakisan.

2. Keputusan CFD

Dinamik Aliran:

• Paip yang lebih kecil mempamerkan keamatan turbulensi yang lebih tinggi, membawa kepada trajektori zarah yang lebih huru-hara.
• Paip yang lebih besar mempunyai corak aliran yang lebih lancar, dengan zarah mengikut laluan diperkemas.

Tingkah Laku Zarah:

• Dalam paip yang lebih kecil, zarah lebih cenderung untuk berlanggar dengan dinding siku pada halaju tinggi.
• Dalam paip yang lebih besar, zarah kehilangan tenaga akibat perlanggaran dengan fasa cecair dan zarah lain sebelum sampai ke dinding.

Taburan Hakisan:

• Paip yang lebih kecil menunjukkan hakisan setempat pada kelengkungan luar siku.
• Paip yang lebih besar mempamerkan hakisan yang lebih seragam tetapi kurang teruk.

Kesan Saiz Paip terhadap Kadar Hakisan:

• 2-paip inci: Kadar hakisan tertinggi disebabkan oleh aliran terkurung dan halaju hentaman zarah yang tinggi.
• 4-paip inci: Kadar hakisan sederhana dengan corak hakisan yang lebih tersebar.
• 6-paip inci: Kadar hakisan terendah disebabkan interaksi dinding zarah yang berkurangan.

Perbandingan Keputusan Eksperimen dan CFD

Implikasi untuk Reka Bentuk dan Penyelenggaraan

1. Pemilihan Saiz Paip

• Saiz paip yang lebih besar adalah lebih baik untuk mengurangkan hakisan dalam aliran cecair-pepejal.
• Untuk aplikasi yang memerlukan paip yang lebih kecil, strategi pengurangan hakisan tambahan perlu dilaksanakan.

2. Strategi Tebatan Hakisan

• Pemilihan Bahan:
  • Gunakan bahan tahan hakisan, seperti keluli tahan karat atau salutan seperti tungsten karbida.
• Pengubahsuai Aliran:
  • Pasang pelurus aliran atau peresap untuk mengurangkan pergolakan dan halaju hentaman zarah.
• Lapisan Pelindung:
  • Sapukan lapisan atau pelapis korban pada dinding siku.
• Pelarasan Operasi:
  • Kurangkan halaju aliran atau kepekatan zarah jika boleh.

3. Pemantauan Keadaan

• Gunakan tolok ketebalan ultrasonik atau probe hakisan untuk memantau kehilangan bahan dari semasa ke semasa.
• Laksanakan penyelenggaraan ramalan berdasarkan data kadar hakisan.

Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan

• Model CFD Lanjutan:
  • Menggabungkan pemecahan zarah dan model pergolakan fasa cecair untuk ramalan yang lebih tepat.
• Pemantauan Masa Nyata:
  • • Membangunkan penderia yang mampu mengesan hakisan dalam masa nyata.
• Bahan Hibrid:
  • Terokai bahan komposit dengan rintangan hakisan yang dipertingkatkan.
• Kajian Berskala:
  • Menyiasat tingkah laku hakisan dalam sistem paip industri skala penuh.

Kesimpulan

Kesan saiz paip keluli pada hakisan zarah pepejal siku keluli karbon dalam aliran cecair-pepejal adalah pertimbangan kritikal untuk reka bentuk dan penyelenggaraan sistem paip. Kajian eksperimen dan analisis CFD menunjukkan bahawa paip yang lebih kecil mengalami kadar hakisan yang lebih tinggi disebabkan peningkatan perlanggaran dinding zarah dan sudut hentaman yang lebih tajam. Paip yang lebih besar, manakala kurang terdedah kepada hakisan, mungkin memerlukan pertimbangan reka bentuk tambahan untuk mengoptimumkan kecekapan aliran.

Jawatan yang berkaitan

Apakah perbezaan antara paip stee hitam dan paip keluli tergalvani?

Paip Keluli Hitam dan Paip Keluli Tergalvani adalah kedua-dua jenis paip keluli yang digunakan dalam pelbagai aplikasi, dan perbezaan utamanya terletak pada salutan dan ketahanannya terhadap karat dan kakisan.

Apakah kelebihan menggunakan sistem salutan FBE dua lapisan berbanding salutan satu lapisan?

A keras, salutan atas yang kuat secara mekanikal untuk semua salutan perlindungan kakisan saluran paip epoksi terikat gabungan. Ia digunakan pada salutan asas untuk membentuk lapisan luar yang keras yang tahan terhadap gouge, kesan, lelasan dan penembusan. keluli abter direka khusus untuk melindungi salutan kakisan utama daripada kerosakan semasa aplikasi penggerudian arah saluran paip, bosan, menyeberangi sungai dan pemasangan di kawasan bergelora.

jadual perbandingan standard paip keluli – DIA | ASTM | DARI | GB paip keluli

Jenama Cina GB Jepun JIS Amerika ASTM Jerman DIN jadual perbandingan standard paip keluli

Menyambung Paip Keluli Tahan Karat ke Kelengkapan Paip Keluli Karbon

Dalam aplikasi perindustrian dan kediaman, ia selalunya perlu untuk menggabungkan pelbagai jenis logam. Sambungan ini boleh antara keluli tahan karat dan keluli karbon, dua daripada bahan yang paling biasa digunakan dalam sistem perpaipan. Artikel ini akan membimbing anda melalui proses menyambung paip keluli tahan karat ke kelengkapan paip keluli karbon, cabaran yang terlibat, dan bagaimana untuk mengatasinya.

Dimensi & Berat Paip Keluli Dikimpal dan Lancar ASME B 36.10 / B 36.19

Berdasarkan maklumat yang diberikan, ASME B 36.10 dan B 36.19 piawaian menentukan dimensi dan berat paip keluli yang dikimpal dan lancar. Piawaian ini menyediakan garis panduan untuk pembuatan dan pemasangan paip keluli dalam pelbagai industri, termasuk minyak dan gas, petrokimia, dan penjanaan kuasa. ASME B 36.10 menentukan dimensi dan berat paip keluli tempa yang dikimpal dan lancar. Ia meliputi paip dari NPS 1/8 (DN 6) melalui NPS 80 (DN 2000) dan termasuk pelbagai ketebalan dinding dan jadual. Dimensi yang dilindungi termasuk diameter luar, ketebalan dinding, dan berat per unit panjang.

Perbezaan Antara Paip Keluli Karbon dan Paip Keluli Hitam

Paip keluli karbon dan paip keluli hitam sering digunakan secara bergantian, tetapi terdapat beberapa perbezaan utama antara keduanya. Komposisi: Paip Keluli Karbon terdiri daripada karbon sebagai unsur pengaloian utama, bersama unsur lain seperti mangan, silikon, dan kadangkala tembaga. Komposisi ini memberikan paip keluli karbon kekuatan dan ketahanannya. Sebaliknya, paip keluli hitam adalah sejenis paip keluli karbon yang tidak mengalami sebarang rawatan permukaan tambahan atau salutan. Kemasan Permukaan: Perbezaan yang paling ketara antara paip keluli karbon dan paip keluli hitam ialah kemasan permukaan. Paip keluli karbon mempunyai gelap, salutan oksida besi yang dipanggil skala kilang, yang terbentuk semasa proses pembuatan. Skala kilang ini memberikan paip keluli karbon rupa hitamnya. Berbeza, paip keluli hitam mempunyai dataran, permukaan tidak bersalut. Rintangan Kakisan: Paip keluli karbon terdedah kepada kakisan kerana kandungan besinya. Namun begitu, salutan skala kilang pada paip keluli karbon menyediakan beberapa tahap perlindungan terhadap kakisan, terutamanya dalam persekitaran dalaman atau kering. Sebaliknya, paip keluli hitam lebih terdedah kepada kakisan kerana ia tidak mempunyai sebarang salutan pelindung. Oleh itu, paip keluli hitam tidak disyorkan untuk digunakan di kawasan yang terdedah kepada kelembapan atau unsur menghakis.