考虑微动磨损的法兰垫片泄漏路径研究

• 作者: 何仁洋 张政 王德国 郭岩宝
• 来源期刊: 石油科学通报
• 关键词: 微动磨损 金属缠绕垫片 泄漏路径 FLUENT 数值模拟
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 页码范围: 420-428
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2096-1693.2020.03.036

摘要

目前,在能源工程领域,特别是石油和天然气工业,站场和管道是最重要的运输方式.在天然气集输系统中,站场占有比例较大,其可靠性在很大程度上影响着整个管道系统的安全.由于设备和仪表的多样性,螺栓—垫片—法兰连接是站场中主要的连接方式.此外,密封垫片是整个系统的核心密封元件,对管道系统的安全性能至关重要.在天然气输送的过程中,内部输送介质引起的压力脉动将不可避免地导致管道及连接部位发生小幅度的振动,造成垫片与法兰密封面的微动磨损,从而降低螺栓—垫片—法兰连接的紧密性和密封性能.通过对常用金属缠绕垫片的微动磨损试验,观察分析了垫片与法兰密封件界面微动磨损对连接系统微泄漏的影响,并根据密封面的磨痕尺寸,建立了"米"字形垫片微泄漏路径单元模型.利用FLUENT软件对微动磨损产生的微泄漏路径单元内部的流体特性进行了数值模拟,探究了不同管道压力和泄漏模式下泄漏过程的变化规律,并通过柔性石墨壁面的剪力云图分析单元内部通道壁面易受高压介质冲蚀的区域.结果 表明,泄漏模式(泄漏口数量)对泄漏路径单元内流场及流速的分布有较大影响,一级泄漏模式入口流速较高,但扩散能力相对较弱,三级泄漏模式的出口流速最大;此外,温度变化不会直接影响内部流场变化;微泄漏路径单元的通道入/出口界面的体积流率均随入口压力的增大而增大;泄漏介质对柔性石墨壁面剪切力的冲蚀区域随泄漏模式产生相应变化,与其它两种泄漏模式相比,一级泄漏模式的壁面剪应力较大,三级泄漏模式的最大剪应力出现在中间区域,对石墨壁面的冲蚀作用影响更大.总的来说,考虑微动磨损的法兰垫片泄漏路径模型一定程度上能够为法兰垫片泄漏模型和评价体系的建立与优化提供参考.