多物理场耦合作用下易结晶多相流沉积特性研究

多相流管道系统是运输流体的特种设备，广泛应用于生产装置、系统工程和基础设施。其中沉积与冲蚀是腐蚀性多相流管道系统常见的失效现象,特别是腐蚀性易结晶多相流结晶沉积后极易形成严重的垢下腐蚀并加剧局部冲蚀，通常是多相流管道系统突发性事故的根源。本研究以典型石化管道系统易结晶组分的沉积失效为研究对象，开展易结晶组分的多相流沉积机理研究，建立温度场、浓度场与流动场耦合作用下易结晶组分流动沉积的数理模型，并实现定量计算，结合多相流沉积实验，确定流动沉积临界特性，运用相似理论修正，实现石化管道系统易结晶组分的多相流动沉积预测，为复杂模式下石化管道失效控制体系的建立、优化设计和安稳运行奠定理论基础，为特种设备压力管道标准规范的修订与完善提供理论依据。

易结晶组分的流动沉积及垢下腐蚀是常见的流动腐蚀类型，腐蚀性多相流结晶沉积产生的堵管爆管、腐蚀穿孔和局部冲蚀加剧，一直是多相流管道系统频繁失效的根源。本项目以石化多相流管道系统的铵盐结晶沉积为研究对象，首先分析了流动、传热、相变、反应等协同作用下铵盐的流动沉积过程，确定了HCl、NH3在多相流中的多相平衡分布规律及NH4Cl结晶的主要影响因素，揭示了流动场、温度场与浓度场耦合作用下的多相流易结晶组分结晶沉积机理；然后，建立了多物理场耦合作用下的铵盐流动沉积数理模型，实现了铵盐流动沉积定量计算；最后，在炼油装置现场搭建了管道系统多相流铵盐流动沉积临界特性测试平台，测试获得了不同工况下铵盐的流动沉积临界特性，结合多场耦合机理和数值计算结果，建立了多相流管道易结晶组分的流动沉积预测方法。所获得的铵盐流动沉积临界特性和预测方法可为复杂环境下管道系统含易结晶组分多相流输送过程中的流动腐蚀失效分析、预测防控、优化设计奠定理论基础。