弯头
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近年来，随着国内天然气气田的不断开发，高压高 酸性气田不断增多。由于高压高酸性天然气介质对管 材、管件壁厚及腐蚀余量的特殊要求，标准管件…已经 不能满足其开发要求。同时，采用进口管件[21将大大增 加开发成本。因此，部分设计单位提出选用适当材料的 锻件制作非标管件的设计思路，并将此种非标管件成功 地应用于国内各酸性气田中，为气田开发带来良好的经 济效益。 锻制弯头作为最基本的锻制管件，与标准弯头相 比，不管外形还是内部流道都有较大差异。锻制弯头的 设计除需着重满足承压外，还要求加工方便，制造成本 低。但锻制弯头加工出来的流道对介质流动产生的影响 鲜有报道。
一、锻制弯头的设计 锻制弯头采用锻件，经刨、车、铣三道主要工序制造 而成，故基体呈现立方体结构，见图1-a)。流道转弯处的 封头端是整个锻制弯头承压相对薄弱的位置。因此锻制弯头设计的要点在于保证流道封头端的承压能力。通过 此种方法设计出的锻制弯头流道内侧端厚度较大，具有 足够的承压能力。
封头计算直径n应为锻制弯头对应管材内径皿与 2倍腐蚀余量C之和，即应考虑腐蚀后封头的承压安全。 计算所得的封头厚度蠡，加上腐蚀余量C，再经过取 整，即可得到锻制弯头封头的名义厚度8(ram)。最后结 合铣刀的锥孑L高度和接管大小，得出锻制弯头立方体的 边长L(mm)，最终设计出符合要求的锻制弯头。 以新疆某气田地面建设工程中的锻制弯头设计为 例。锻制弯头的接管材质为L245NCS，规格咖60．3x6．3， 设计压力10 MPa，设计温度￡100℃，设计腐蚀余量为3 mm。
由于锻制弯头设计、制造的特殊性，使得内部流道 与标准弯头有较大差异。下面通过CFD商业软件对锻制 弯头内部流体流场分布情况，以及流体流动对锻制弯头 产生的影响进行分析。
二、格划分及边界条件 首先从锻制弯头模型中提取流体流道模型，见图2一 a)。再利用CFD的前处理软件对模型进行网格划分。 由于此模型两端圆柱体结构规则，交汇处的模型结 构较为复杂，因此模型的网格划分可分为两部分处理。 两端的圆柱体部分采用计算特性较好的六面体结构，而 交汇部分，为了适应模型结构的变化，则采用四面体结 构。为了适应流态变化，在流体转弯处采用较细的网格， 而流态变化小的圆柱体区采用较粗的网格，见图2-b)。 此模型划分后的网格数量为17万个。
三、结论 从以上模拟结果可得：
a)锻制弯头内有流动旋涡产生，导致压力能损失。 流通方式I的压力能损失大于流通方式Ⅱ。
b)锻制弯头内流场在转弯后的内侧形成压力波动 与流动旋涡。在有腐蚀性介质存在的条件下，压力波动 与流动旋涡都将对锻制弯头的腐蚀产生一定的影响。
c)锻制弯头内流场在转弯后的外侧形成冲刷区。流 通方式Ⅱ的冲刷对材料腐蚀的影响大于流通方式I。 综上，锻制弯头焊接时对流通方式的选择应根据工 况条件决定。对于强腐蚀工况，推荐采用流通方式I，通 过锥形端静止介质的缓冲，减小下游壁面的冲刷腐蚀， 从而增加锻制弯头的安全性和使用寿命。
