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對(duì)于燃?xì)夤艿滥p研討論文
為滿足長(zhǎng)距離天然氣管道（陜京二線、西氣東輸管道等）輸氣工藝的需要，在管道內(nèi)壁涂敷減阻涂層，以減小管道內(nèi)表面的粗糙度，降低天然氣管道摩阻，實(shí)現(xiàn)天然氣管道的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。涂敷內(nèi)壁減阻涂層的天然氣管道的輸量能提高5%~15%，同時(shí)可減少壓縮機(jī)數(shù)量、降低壓縮機(jī)能耗，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為提高涂層的使用壽命和使用效率，需要開展內(nèi)壁減阻涂層的失效機(jī)理研究，分析破壞內(nèi)壁減阻涂層內(nèi)聚力和附著力的原因，并采取有效措施減輕對(duì)涂層的損傷。綜合實(shí)際工況可知，內(nèi)壁減阻涂層的失效模式并非由單一因素導(dǎo)致，其重要誘因包括天然氣粉塵沖刷、熱風(fēng)通過和清管作業(yè)。
1天然氣粉塵的影響
管輸天然氣中含有微量粉塵顆粒（基本為氧化鐵），在高速流動(dòng)的天然氣氣流攜帶下，粉塵會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生一定的沖刷作用。為進(jìn)一步考察這種沖刷作用，進(jìn)行了30d的高濃度（3g/m3）粉塵磨損實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前后分別在管道內(nèi)壁環(huán)向均勻取10個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中將混配后的粉塵裝入粉末硫化裝置，由文丘里管噴到實(shí)驗(yàn)管進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行均勻釋放，釋放的粉塵被強(qiáng)氣流帶入管道，利用三維白光干涉表面形貌儀測(cè)試實(shí)驗(yàn)前后管道內(nèi)涂層的厚度和粗糙度[1—2]。結(jié)果表明：①原內(nèi)壁減阻涂層表面光亮平整，粉塵實(shí)驗(yàn)后，表面光亮程度明顯下降，表面粗糙度增大，儀器測(cè)得的表面粗糙度從3。12m增至3。46m（圖1），增幅達(dá)10%；②實(shí)驗(yàn)后管壁內(nèi)涂層厚度減薄1。4m，減薄比例為1。8%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盡管粉塵粒徑很�。�800目），但在高流速的天然氣管道內(nèi)，粉塵相當(dāng)于磨料，且沖刷過程一直持續(xù)，因此改善天然氣氣源的凈化效果，降低粉塵含量，能有效減輕粉塵對(duì)內(nèi)涂層的沖刷磨損，是一種延長(zhǎng)涂層壽命的好方法。
2溫度的影響
實(shí)際工況中，壓縮機(jī)輸送的天然氣溫度和土壤溫度隨時(shí)變化。管道與內(nèi)涂層的熱膨脹系數(shù)不同，內(nèi)壁減阻涂層可能受到熱應(yīng)力的影響，為此，通過熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證由溫度形成的應(yīng)力對(duì)內(nèi)壁減阻涂層的影響程度，采用柴油機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)達(dá)到循環(huán)加熱的目的。實(shí)驗(yàn)后，測(cè)得內(nèi)涂層的附著力為2級(jí)（即合格或無變化），這是由于內(nèi)涂層厚度較薄，熱傳導(dǎo)速度快。可見，在實(shí)際工況的溫度范圍內(nèi)，溫度變化對(duì)內(nèi)涂層的影響極小。
3清管器的影響
涂敷內(nèi)減阻涂層的原油或成品油管道，由于輸送介質(zhì)具有潤(rùn)滑作用，因此清管器運(yùn)行時(shí)，幾乎不存在密封皮碗與涂層的摩擦問題，皮碗的運(yùn)行長(zhǎng)度及使用壽命均可得到保證。但對(duì)于天然氣管道，常規(guī)機(jī)械清管器卻會(huì)損傷內(nèi)減阻涂層，原因是聚氨酯皮碗與環(huán)氧樹脂內(nèi)減阻涂層之間存在極高的摩擦因數(shù)（>0。25）及其較大的過盈量，皮碗通過管道時(shí)足以對(duì)內(nèi)涂層產(chǎn)生較大的剝離作用[3—5]。為此，在室內(nèi)采用清管實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行清管器拖拉實(shí)驗(yàn)。在管道內(nèi)壁選取均勻分布的10個(gè)點(diǎn)，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后內(nèi)涂層厚度數(shù)據(jù)的采集。實(shí)驗(yàn)分4個(gè)階段：第1階段，10次牽引；第2階段，20次牽引；第3階段，30次牽引；第4階段，40次牽引。每個(gè)階段采集3組數(shù)據(jù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析（表1）。
3。1清管器對(duì)內(nèi)涂層的破壞作用
�。�1）原內(nèi)壁減阻涂層表面平整，經(jīng)過清管器拖拉實(shí)驗(yàn)后，內(nèi)壁表面無劃痕，但通過超聲波測(cè)厚儀測(cè)試，內(nèi)減阻涂層的表面厚度有所減薄，所以，過多的清管作業(yè)對(duì)內(nèi)壁減阻涂層存在一定影響。
�。�2）由于清管器直徑大于管道直徑，一般存在3%~4。4%的過盈量，過盈量大小決定清管器在天然氣管道內(nèi)的啟動(dòng)壓差，過盈量使得清管器密封板在管道內(nèi)產(chǎn)生徑向壓力并直接作用于內(nèi)壁減阻涂層。如果管道內(nèi)存在較多的天然氣粉塵，即使管道內(nèi)天然氣的高速通過能夠攜帶走大部分粉塵，但管道內(nèi)壁仍然會(huì)有粉塵附著，實(shí)施清管作業(yè)時(shí)，粉塵對(duì)內(nèi)涂層的磨損、研磨作用會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。
（3）天然氣管道運(yùn)行初期，清管作業(yè)對(duì)內(nèi)壁減阻涂層影響較小，管道運(yùn)行若干年后，因天然氣管道內(nèi)殘留的粉塵無法徹底清除，清管器對(duì)內(nèi)壁減阻涂層的破壞作用將越來越明顯。
3。2降低清管器對(duì)內(nèi)壁減阻涂層破壞的方法與對(duì)策①減小清管器密封皮碗與內(nèi)壁減阻涂層的摩擦因數(shù)，改善摩擦邊界條件，減小清管器與內(nèi)涂層之間的摩擦力，可降低清管作業(yè)對(duì)內(nèi)涂層的破壞程度。②大的過盈量是造成內(nèi)涂層磨損的重要因素之一，在清管器密封材料耐磨性能一定的情況下，減小清管器過盈量，可有效減輕內(nèi)涂層的磨損程度。③采用輕型清管器骨架和環(huán)形支撐輪架，使清管器在管道內(nèi)涂層上受力均勻，可減輕清管器運(yùn)行對(duì)管道內(nèi)涂層的磨損。
4結(jié)論
粉塵磨損、熱風(fēng)循環(huán)和清管器拖拉實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：天然氣粉塵和清管器運(yùn)行對(duì)管道內(nèi)壁減阻涂層的磨損影響較大。其中，粉塵通過改變涂層的粗糙度，降低天然氣的輸送效率；清管作業(yè)會(huì)減薄涂層厚度，影響涂層壽命；溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)涂層影響相對(duì)較小。通過降低天然氣中的粉塵含量，可以有效減少粉塵對(duì)內(nèi)涂層的沖刷磨損；減小清管器皮碗與內(nèi)涂層之間的摩擦因數(shù)、減少清管器過盈量、使用輕型清管器，均可以減輕清管作業(yè)對(duì)內(nèi)涂層的磨損程度，從而延長(zhǎng)內(nèi)涂層的使用壽命。
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