彎頭
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近年來，隨著國內天然氣氣田的不斷開發(fā)，高壓高 酸性氣田不斷增多。由于高壓高酸性天然氣介質對管 材、管件壁厚及腐蝕余量的特殊要求，標準管件…已經 不能滿足其開發(fā)要求。同時，采用進口管件[21將大大增 加開發(fā)成本。因此，部分設計單位提出選用適當材料的 鍛件制作非標管件的設計思路，并將此種非標管件成功 地應用于國內各酸性氣田中，為氣田開發(fā)帶來良好的經 濟效益。 鍛制彎頭作為最基本的鍛制管件，與標準彎頭相 比，不管外形還是內部流道都有較大差異。鍛制彎頭的 設計除需著重滿足承壓外，還要求加工方便，制造成本 低。但鍛制彎頭加工出來的流道對介質流動產生的影響 鮮有報道。
一、鍛制彎頭的設計 鍛制彎頭采用鍛件，經刨、車、銑三道主要工序制造 而成，故基體呈現立方體結構，見圖1-a)。流道轉彎處的 封頭端是整個鍛制彎頭承壓相對薄弱的位置。因此鍛制彎頭設計的要點在于保證流道封頭端的承壓能力。通過 此種方法設計出的鍛制彎頭流道內側端厚度較大，具有 足夠的承壓能力。
封頭計算直徑n應為鍛制彎頭對應管材內徑皿與 2倍腐蝕余量C之和，即應考慮腐蝕后封頭的承壓安全。 計算所得的封頭厚度蠡，加上腐蝕余量C，再經過取 整，即可得到鍛制彎頭封頭的名義厚度8(ram)。最后結 合銑刀的錐孑L高度和接管大小，得出鍛制彎頭立方體的 邊長L(mm)，最終設計出符合要求的鍛制彎頭。 以新疆某氣田地面建設工程中的鍛制彎頭設計為 例。鍛制彎頭的接管材質為L245NCS，規(guī)格咖60．3x6．3， 設計壓力10 MPa，設計溫度￡100℃，設計腐蝕余量為3 mm。
由于鍛制彎頭設計、制造的特殊性，使得內部流道 與標準彎頭有較大差異。下面通過CFD商業(yè)軟件對鍛制 彎頭內部流體流場分布情況，以及流體流動對鍛制彎頭 產生的影響進行分析。
二、格劃分及邊界條件 首先從鍛制彎頭模型中提取流體流道模型，見圖2一 a)。再利用CFD的前處理軟件對模型進行網格劃分。 由于此模型兩端圓柱體結構規(guī)則，交匯處的模型結 構較為復雜，因此模型的網格劃分可分為兩部分處理。 兩端的圓柱體部分采用計算特性較好的六面體結構，而 交匯部分，為了適應模型結構的變化，則采用四面體結 構。為了適應流態(tài)變化，在流體轉彎處采用較細的網格， 而流態(tài)變化小的圓柱體區(qū)采用較粗的網格，見圖2-b)。 此模型劃分后的網格數量為17萬個。
三、結論 從以上模擬結果可得：
a)鍛制彎頭內有流動旋渦產生，導致壓力能損失。 流通方式I的壓力能損失大于流通方式Ⅱ。
b)鍛制彎頭內流場在轉彎后的內側形成壓力波動 與流動旋渦。在有腐蝕性介質存在的條件下，壓力波動 與流動旋渦都將對鍛制彎頭的腐蝕產生一定的影響。
c)鍛制彎頭內流場在轉彎后的外側形成沖刷區(qū)。流 通方式Ⅱ的沖刷對材料腐蝕的影響大于流通方式I。 綜上，鍛制彎頭焊接時對流通方式的選擇應根據工 況條件決定。對于強腐蝕工況，推薦采用流通方式I，通 過錐形端靜止介質的緩沖，減小下游壁面的沖刷腐蝕， 從而增加鍛制彎頭的安全性和使用壽命。
