管道泄露的冲刷腐蚀和气蚀研究与防治
—+管道噪音及振动到解决
美国程氏流体系统公司/张明明
95%的工业爆炸、火灾、气体泄漏都发生在，管道弯管或弯头处（为形象说明下文将用“肘”来代替）和正在泄漏的泵或控制阀处。
“肘”部腐蚀主要由流体对“肘”部的冲刷腐蚀和气蚀造成的：
冲刷腐蚀又称为磨损腐蚀。冲刷腐蚀是金属表面与流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是管道受冲刷和腐蚀交互作用的结果，是一种危害性较大的局部腐蚀，在石油、化工、能源电力等领域的管道“肘”部广泛存在，尤其是此现象在固体颗粒流态，液固混合流态，液、气、固三种流态，高压、高温液流体输送管道“肘”部得到充分体现，因此冲刷腐蚀问题引起了人们的高度重视。
压力管道是工业装置的重要组成部分，广泛用于石油化工、能源、医药、航空航天等工业领域，在安全生产上占有极其重要的地位。在管道使用中冲刷腐蚀和气蚀会使管壁局部变薄。管道内部腐蚀变薄，压力过大就会导致泄露或爆裂。通常腐蚀区可以用超声波检测到，但管道边缘或管道过热使用超声波无法检测。所以管道“肘”部冲刷腐蚀和气蚀蚀一直是工业生产中尤为头痛的问题。
一、“肘”部冲刷腐蚀和气蚀的原理：
1、冲蚀磨损是材料表面被机械力导致的是主要破坏，腐蚀是次要的。当固体粒子流冲向材料表面时，造成短程微切削和塑性变形的的坑，反复形成磨损，磨损率取决于粒子的入射角，并且塑性和脆性固体的磨损率不同。对于塑性材料，磨损的变形量很小，在冲击角30度时磨损率最大，其机理与颗粒磨损的机理相同。当冲击角接近90度时，疲劳磨损是主要的，而微切磨损是次要的。“肘”部如果接受高速颗粒的正面冲击，受到摩擦力最集中的部分就最容易磨损。
2、气蚀是液体连续遭到气体破坏，在液体内部形成真空、空穴，被液体中的气体或蒸汽填充形成气泡，气泡随液体流动，进入超过临界压力的区域后收缩并消失。因气泡收缩速度快，其体积变化大，对固体表面产生压力冲击和高温，长期作用使固体表面形成破坏区。化学作用将加速气蚀侵蚀。“肘“部涡流区较易出现气蚀现象，使流体产生巨大的冲击力撞击管壁，容易使管道“肘”部变薄甚至爆裂。
一、 “肘”部冲刷腐蚀和气蚀的治理
“肘”部冲刷腐蚀和气蚀的治理是一个非常复杂的过程，概括起来主要包括：材料、环境、介质。
1、“肘”部材料升级。提高硬度，花费少，收效快，但在某些特殊的情况下，高温、高压等很难找到合适的材料。
2、“肘”部尺寸调整。加大弯头半径，来增大“肘”部的流通直径，以降低流速，会影响正常的安装空间和工作效率且耗能大。
3、流体工艺参数的调控。降低介质流速可以减缓或消除流体对“肘”部的冲蚀，不过调整起来难度很大，切往往起到好的效果。
4、净化流体介质。过滤流体的颗粒杂质，消除液体中的气泡。
5、“肘”部管壁加厚或涂层来防止慢磨损。此法不能彻底解决问题，更换“肘”部次数频繁。
美国程氏流体系统公司程大酉博士，在研究火箭发动机“90度弯管效应”的基础上，发明了解决管道拐弯处涡流问题的CRV.CRV，比传统方法更有效的解决管道拐弯处的冲刷腐蚀和气蚀问题。大大减少了停机检修时间及更换“肘”部的次数，达到按期检修保证生产时间、大大节约能量消耗及人力，更便于安装使用，减小噪音、振动、蒸汽、有毒原料等泄漏现象消失、运行费用减少，利润相应提高。
三、CRV介绍
95%的泵体存在不同程度的空化现象。
95%的工业爆炸、火灾、气体泄漏都发生在，被侵蚀的管道“肘”部和正在泄漏的泵或控制阀处。
95%的这些问题都被程氏流体系统公司的技术经验和专利产品解决掉。其中一项称为（ CRV）的发明专利能够抵消弯管效应。
四、原理
CRV源于流体动力学设计，其结构使流体在进入弯管之前就产生涡旋，此涡旋可与在弯管产生的离心涡旋相抵消，使流动更均匀一致，这样管道拐角任何横截面的分流都形成平稳流，最终形成平稳剖面流出拐角，达到拐角处水流与直管道中的水流一样畅通。
五、结构
CRV是由六个纵向叶片组成的装置，叶片焊接在一个圆管内部，圆管长度与自身的直径大致相等，叶片下游的一端经略微旋转，呈螺旋形。此装置可以通过焊接或法兰连接，安装在弯管上游。
该产品可以解决流体混乱和间断流问题。CRV®系统可以排除由“肘”部导致的扰流，而这些扰流现象将对泵、空压机、流量计及其它设备造成共振、空化、气蚀、喘振、噪音及由此类问题引起的流体泄漏、设备腐蚀等负影响。实践证明使用该产品的单位都实现了安全可靠正常运转、生产力得到提高，运行效率得到加强，电力消耗得到节约，维修费用大大减少，在实际应用中，很多疑难问题得到解决，最终达到理想使用目的。
六、CRV流体实验效果
左手边是一个４英寸长的“肘”形弯，一个侧视图和一个俯视图．注入染料的水从左向右流动．我们能看见入口无序流动的水流经过“肘”部后，从出口流出时显得非常的紊乱．在右手边是一个在弯头处安装了CRV的实验操作，我们可以看见侧视图和俯视图，值得我们注意的是微粒在流体中的轨迹都是在做螺旋运动．
（例如：一些微粒从外部运行到内部）如果我们追踪它们，它会显示它们都运行相同的距离．而且在角弯的内部均无分流现象，也没有任何紊乱．（有实验录像可提供）
七、计算机计算流体动力分析结果
图１显示水流经过拐弯的速度和速度轮廓.流体从左向右流动.你可以看到绿色区域混流上来进入角弯.红色区域是内部半径周围速度的增加.深蓝部分是一个翻转流动或消极流动区域.这是一个非常好的例子,说明为什么泵或流量表不能安装在离角弯近的地方,而且流体在角弯内有多严重的紊乱.
图２是一个相同的实验只是在头上加了一个ＣＲＶ.很明显在内部半径周围有一个速度的增加,但从角弯流出的液体基本上完全发展成统一的速度轮廓是完全一致的．
八、CRV通过“肘”（管道弯处）改善流体流动 CRV安装效果前后对比
无CRV 有CRV
“肘”处出现流体分离和湍流 CRV®消除流体转弯产生的湍流。
九、用CRV给“肘“部带来的好处
1、加强工作环境安全（例如核电站）．
1、 延长弯道使用寿命、减少停机次数，增加运行可靠性 。
2、 CRV是最廉价的防止冲蚀的方法，确保设施安全，增加利润率。
3、 预防管道产生涡流空穴效应，避免弯道及其它设备气蚀、空穴腐蚀。
4、 流体光滑的通过弯道，减少对管道壁的撞击（减少流体颗粒对弯道的侵蚀）
以上显示的是发电站管道系统中，典型的空穴效应引起的弯道腐蚀现象．没安装CRV以前由于水蒸气气蚀洞的产生，每月需要更换一次弯头。而安装CRV系统三年以后，x射线发现，弯道没有不正常的腐蚀现象。
以前催化剂分离系统四个月就会造成弯道渗漏。安装CRV系统16个月后，x光显示没有任何磨损。
十、案例：
精炼厂-FCCU催化剂管道系统突然爆裂。当催化剂流经肘部，大半径管道肘部会迅速腐蚀。（看上图3）每年需要更换三次肘部，工厂每天停车要花费300000美金。在肘部之前安装CRV6年后，大半径拐弯没有任何腐蚀的痕迹。
十一、根据典型的催化剂管道冲刷腐蚀的情况我们来分析
没有CRV 有CRV
根据以上图可以看出,没有安装CRV的管道“肘”部压力分布
是不均匀的，所以经常发生管道个别区域发生严重冲刷腐蚀。而安装CRV的管道“肘”部压力分布是均匀的，所以能很好的避免产生流体分离，尽量避免产生严重的腐蚀区。
如果管道为高温、高压管道对管道的“肘”部及直管冲蚀性非常严重，所以必须用特殊的材料对CRV和有效部分管道进行表面处理。以便于CRV达到最佳的使用效果。
注：1、此技术可以用在单相、双相、三相甚至多相流体管道。
2、如果涡流及扰流问题得到解决那么管道噪音及振动也将减轻。
使用该方案不仅可以解决流体混乱问题，还可以提高生产效率，降低消耗，减少维修费用。如果您的管道中有介质混乱的问题，程氏流体系统公司可以为您推荐合适的解决方法。如果您对以上产品应用有什么疑问，请按以下方式联系我们：
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