异径管-大小头
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异径管是石油化工装置管道中常用的连接配 件，可起到改变管径调节介质流速、改变管道走向 而管内介质流线都能顺畅，减少其压降和温降口]， 且可增加管道柔性减缓管道应力等多方面重要作 用[2]，常用异径管的地方是泵的进出口、调节阀的 进出口、温度计扩大管左右和再沸器进料分配管 后[3]。现阶段异径管的设计与选用主要根据国内 外标准进行[4-s]。在实际使用中由于异径管冲蚀 穿孔、应力腐蚀、管件成形中在内壁面产生的沟痕 等原始缺陷，以及边缘连接环缝区的开裂而导致 的异径管失效事故时有发生[6。]。冲蚀穿孑L是异 径管局部失效的主要原因之一。
近年来，国内外学者运用实验、理论、数值计 算等方法对异径管冲蚀腐蚀磨损、流场以及应力 等进行了部分研究，如偶国富等通过二维建模对 异径管气液两相冲蚀磨损进行了研究，得出流体 流向为“小进大出”时对腐蚀产物保护膜的影响要 比“大进小出”小的多[83；陈孙艺等对异径弯管的 无力矩环向应力进行了计算分析，得出内压在异 径弯管中引起的环向应力大小及分布与异径管大 端圆面平均半径、小端圆面平均半径、壁厚、锥底 角及经向弯角，管截面的圆周角有关[9]。但对尺 寸与冲蚀情况之间关系的研究较少，为此作者通过对不同尺寸异径管进行冲蚀模拟研究，得出冲 蚀情况与异径管尺寸之间的关系，以期为异径管 的选取、制造及安全检测提供参考意见。
气相人口速度取u一10 m／s，入口p(颗粒)一 1、5、10、15、20 g／m3。颗粒相人口边界条件为将 颗粒入口处的射流源设为面源，颗粒均匀地分布 在整个入口截面的网格上，由每一个网格中心射 人，设定颗粒的人口速度与气相入口速度相同。 计算过程中颗粒无质量变化，无热量传递，所以只 设定颗粒密度和粒径。模拟粉料选用单一粒径煤 粉，颗粒堆积密度为973．43 kg／m3，颗粒粒径为 80雎m。
气相出口边界条件按充分发展的管流条件处理，所有变量在出口截面处轴向梯度aD／az为 零。颗粒相出口边界条件为完全逃逸。气相流场 在壁面采用无滑移边界条件，近壁网格采用标准 壁面函数近似处理。颗粒对壁面的碰撞恢复系数 取为完全反弹。
6种尺寸异径管在人I=I p(颗粒)一15 g／m3 时的冲蚀严重位置图见图2。由图2可以看出随 尺寸变化的规律为：在小角度时，冲蚀严重区域比 较均匀，其形状为斑点状，分布在0．1～0．4 L之 间壁面区域；随角度的上升，冲蚀区域(20。)向0．1～ 0．5 L之间扩展，严重区连成片状；随角度继续上 升，严重冲蚀区域片状形状更加明显，严重区域集 中在出口管与变径区域相连处，如在60。时，只在 0．1～0．2 L之间且几乎连成环状，在90。时，严重 冲蚀区域完全连成环状，其宽度为0．1～0．5 L。 (注：严重冲蚀区域定义为最大冲蚀率的50％ ～100％)
对7种尺寸异径管的不同人口p(颗粒)进行 对比研究，结果见图3。从图3中可知：在低浓度 时(1 g／m3)，异径管冲蚀率随角度上升而缓慢上 升，不同尺寸异径管的冲蚀率相差不大；随着入口 ID(颗粒)上升，曲线有显著变化，入El lD(颗粒)为 10 g／m3时，随着尺寸的变化，冲蚀率先快速上升，后在30。时上升幅度变缓慢，在70。之后冲蚀 率开始下降，并在90。时冲蚀率下降为8×10-8 kg／m2·S，小于70。时的1．13×10-7 kg／m2·s， 也小于45。时的8．75×10_8 kg／m2·S，且随人口 p(颗粒)的上升，此种趋势变得更加明显。这是因 为颗粒撞击壁面角度随变径区域角度上升而增 大，而壁面冲蚀严重程度随入射角度的上升的趋 势为先上升后下降，并存在最严重的撞击角 度[11|。同时入口p(颗粒)越大，差异累积越严重， 故在入VI JD(颗粒)为20 g／m3时，曲线先上升后下 降的趋势最明显。此外流场在变径区域转向，进 而带动颗粒转向，导致颗粒与壁面的实际撞击角 度并不是异径管的变径角度。
为分析入口p(颗粒)与异径管冲蚀严重程度 之间的关系，选定入口速度为10 m／s，p(颗粒)分 别为1、5、10、15、20 g／m3，并对异径管冲蚀严重 的部位进行取点研究，结果见图4。
(1)异径管的冲蚀区域主要位于变径区域壁 面，严重的冲蚀部位位于靠近出口的变径壁面。
(2)异径管的严重冲蚀率随人口浓度的上升 线性上升，随角度上升而呈现先增大后减小的趋 势。且严重冲蚀区域的形状从小角度的斑点状向 大角度的环状变化。
(3)工业使用异径管时应避开最严重冲蚀变 径角，在进行异径管的检测时，应对靠近出口侧的 变径壁面加密测点。同时可减小人口p(颗粒)和 加厚变径区域壁厚的方式减弱异径管变径区域的 冲蚀破坏作用。此外根据作者研究得出的异径管 冲蚀速率可以方便、快捷的预测出管道的寿命。
