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    复合软管的影响因素与腐蚀原因

    作者:优源石油设备 日期:2018-10-28
    内容摘要:复合软管腐蚀的主要原因:金属和大气中的氧气反应后会在表面形成氧化膜。在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化,使锈蚀不断扩大,形成孔洞。

    随着各国陆地资源的日趋减少,战略资源的国际竞争焦点逐步转向海洋,海洋矿产资源开发已成为世界各国关注的重点领域。目前较有商业开采前景的采矿工艺是固液两相流管道提升式,该工艺利用海底集矿车采集矿石,再利用管道将矿石提升到水面采矿船上。该开采方式具有环保高效、低成本和适合深海采矿运输等特点。复合软管为满足集矿车回采路径的需要及适应海底地形起伏变化,需在中继仓与集矿车之间连接一段软管,使采矿系统易于控制、操作及采矿,从而使采矿过程安全指数显著提高。软管空间形态在整个深海采矿系统中具有重要作用,但软管复杂的空间形态不利于输送固体矿石,容易发生堵管事故。因此如何确保软管畅通是深海采矿系统设计所面临的重要问题之一。

    在重力作用下,软管可能触及海底,管道与海底的摩擦力将使集矿车无法运动,因此,必须在软管上加装浮力材料,使其悬浮在海水中。通过在输送软管上添加浮力球,使软管在水中的整体浮力与重力大致相当。如浮力不够,在浓度较大时,软管很有可能触及海底;如浮力比整体重力大很多,将减少集矿车接地比压,影响其运动性能。因此,软管浮力材料的配置需要优化计算。

    输送软管的形态变化不仅受到集矿车拖曳力和软管自身的重力、浮力作用,还受到软管内部固液两相流对软管的作用力,主要受到的力为内流流体的冲力和重力。

    因此,当软管中固体颗粒的体积浓度越高时,内流流体密度变大,固液两相流对软管的压力也随之增大,从而导致软管隆起幅度变小,且软管两侧下垂幅度变大。

    因此,当复合输油软管悬浮在水中且外流条件不变时,软管形态变化主要受集矿车拖曳力和软管内流特性的影响。软管形态的主要影响因素有软管的内流流速、内流密度及集矿车的位移距离等。因此本文通过试验,研究这几个因素对软管形态变化的影响,探究软管的内流流速、内流密度及集矿车移动距离与软管形态之间的关系。

    无论清水内流还是浆体内流,当流速固定时,随着集矿车在水槽底部匀速行驶时,软管较大角度逐渐增加,且软管形态不断向上隆起。但软管起始角度呈现降低趋势,软管两侧出现下垂现象。内流为浆体时软管上升摆幅略小于清水内流,软管两侧下垂幅度大于清水内流。因此,当浆体内流时,随着内流密度的增大,软管隆起幅度降低,两侧越加下垂。此试验结果与软管的受力分析相符,当软管中内流密度越高时,固液两相流对软管的压力也随之增大,从而导致软管隆起幅度变小,且软管两侧下垂幅度变大,软管的较大倾斜角度增大。

    结论

    综上所述,本文通过对深海采矿软管进行受力分析,并设计了深海采矿软管输送模拟试验系统及试验方法进行试验,探究了不同工况条件下软管形态动态变化特征及其规律,得出如下结论:

    1)随着集矿车在水槽底部移动距离加大,集矿车与中继仓相对距离变小,而软管总长度不变,软管空间形态会在力的平衡作用下达到合理分布,即软管向上隆起,软管角度呈线性增长趋势;

    2)集矿车固定不动时,随着内流流速加大,管内流体向上的冲力增大,因此软管倾斜角度不断增加,软管向上隆起幅度增大;

    3)当集矿车在水槽底部自由行驶,内流流体为浆体且流速固定时,输油软管较大倾斜角度呈线性增长趋势,与内流介质为清水时相似。由于浆体内流密度远远大于清水内流密度,单位流体重力增大幅度大于流体向上冲力的增大幅度。因此,软管隆起幅度较小,且两侧下垂更加明显,较大倾斜角度偏大。

    复合软管腐蚀的主要原因:金属和大气中的氧气反应后会在表面形成氧化膜。在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化,使锈蚀不断扩大,形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属(例如,锌,镍和铬)进行电镀来保证碳钢表面,但是,正如人们所知道的那样,这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏,下面的钢便开始锈蚀。不锈钢软管的耐腐蚀性取决于铬的含量,当铬的添加量到10.5%时,钢的耐大气腐蚀性能显著增加,但铬含量   高时,尽管仍可提高耐腐蚀性,但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时,把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面,防止进一步地氧化。这种氧化层极薄,透过它可以看到不锈钢表面的自然光泽,使不锈钢具有独特的表面。而且,如果损坏了表层,所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理,重新形成这种“钝化膜”,继续起保护作用。