强制密封球阀流场模拟分析及优化

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1、第34卷第11期(2015．11)(技术纵横)强制密封球阀流场模拟分析及优化王朝富马浩南卢鉴’李强’1成都航利阀门成套设备有限公司2青海油田采油二厂摘要：强制密封球阀是天然气站场计量装置中的重要设备，为了提高经济效益和加快工程建设进度，阀门制造企业纷纷加入到强制密封球阀的试制中。在产品试制过程中，可利用Fluent软件对强制密封球阀进行流场分析及结构优化。采用SoBdworks三维软件对强制密封球阀内部流道进行建模，并运用Fluent软件对球阀全开时的流场进行模拟分析，分析结果表明，阀内流场分布较为均匀合理。模拟了标准试验条件下阀门流量系数的测定方法，得出阀门流量系数为37

2、89，接近直管段，可满足使用要求。针对开启时阀座与球芯的流道提出3种结构方案，经方案对比可知，阶梯形阀座结构可延长密封面的使用寿命。关键词：强制密封球阀；流场；模型；流量系数；优化结构doi：10．3969／j．issn．1006-6896．2015．11．035耗散式率随着中国石油天然气管道建设的快速发展，对k—s模型、改进的RNGk一模型、标准k一∞模型油气管线设备的需求也急剧增加。然而目前大多数等，其中标准k一模型通常用来描述常规管道内为关键设备依然以进口为主，不但增加了建设成本，部流体流动。同时也制约了管道建设的快速发展。其中强制密封标准k—F模型主要包含了湍流动能

3、k方程和流一球阀作为天然气站场计量装置中的重要设备，目前湍流耗散方程，需要求解两个变量，即湍流动皂、●●～-^＼能k和特征长度尺寸z，该模型是在实际工，程分0析90％的用量依赖进口。随着“十二五”的发展，强=中最常采用的模型。标准后一模C型是后半经验公制密封球阀用量增大，为了提高经济效益和加快工程建设进度，阀门制造企业纷纷加入到强制密封球式，其中假设湍流交换系数为阀的试制中。在产品试制过程中，可利用Fluent软(1)<-、件对强制密封球阀进行流场分析及结构优化，为强为湍流制密封球阀的结构设计提供指导和参考。1流场分析1．1流场模型强制密封球阀为切断类阀门，用于计量装置中p

4、且长时间处于全开启状态。该阀在实际使用过程中警=毒+鲁)差l+G+G一p一yc2无法检测阀内介质实际流动状态。可利用Fluent软件对阀内流场进行模拟分析，并依据分析结果对p=蠹+o-)]ax,Jl+G。k(Gk+C3~Gb)一cp阀内流道进行优化。本文采用Solidworks三维软件(3)对PN150、DN400强制密封球阀全开时阀内流道进因式(2)、式(3)中G为忽略重力作用的湍行建模。为了便于建模和分析，对不重要的结构进流生成项，其值为0，故式(2)、式(3)变化为行了适当合理的简化。1．2湍流模型P=毒+鲁)差I+Gk-Pe-c4，常用的CFD计算模型主要包含质量守

5、恒方p警=+ur"~agIG。G_c2p詈2(5)程、动量守恒方程组、能量守恒方程、湍流方程组等。对于不同形式的管道内流场数值模拟，其质量式中G()。守恒方程、动量守恒方程组、能量守恒方程基本上是一致的，主要区别体现在湍流方程组上，即不同1．3球阀全开B-,t流场分析流动形式描述其湍流模型有所不同，常见的有标准存F11】ent软件中．诜取标准一s湍流模型和油气田地面工程(http：／／www．yqt：dmgc．corn)一87一第34卷第111fJ](2015．11)(技术纵横>水珠与岩石表面之间的连续相这条通道排泄出去，2．3减少重烃组分，增加轻烃组分留下高含水率的乳状液

6、，以达到提高原油采收率的为了从整体上能够看到原油组分在加碱前后的目的。变化，利用原油气象色谱GC一17A进行原油组分对比。表5为井口原油的本底油样和原油+1．2％碱作2强碱可改善原油的性质用7天之后的气象色谱烃量变化对比。2．1降低含蜡、含胶量表5气象色谱烃量变化对比原油与碱反应能够形成稳定的乳状液，并且还生成了某些活性物质，降低了油水界面张力。同时，原油的组分也发生了一些变化，为此对与强碱作用后的原油进行了组分分析。分析结果表明，原由表5可见，本底原油在碳17之前的含碳量为油与两种浓度的碱溶液作用后，含蜡量和含胶量均32．93％，而碳17~碳39的含碳量为67．07％；原

7、油+大幅度降低(见表3)。随着时问的延长，含胶、1．2％碱作用7天之后碳17之前的含碳量为43．13，含蜡量先是迅速降低，然后有少量反弹。而碳17~碳39的含碳量为56．87％。表3原油+强碱测定含蜡、含胶量气象色谱的数据有效地证明了碱可以和原油反含蜡量，％__0

8、咕邋{％

9、

10、应，并且能够减少原油中的重烃组分，增加轻烃组d本底原油原油+本底油原油十0原油lo．6％。l2％碱原油O．6％碱警1．2％碱分，即提高原油的降黏作用，改善驱油效果。7l9．42062O．119．31526．322．821．825．822．12