CKD電磁閥沖蝕仿真分析與試驗研究
1 沖蝕機理分析
1) CKD電磁閥材質特點。閥體材質為4130, HB197-235;閥芯材質均為碳化鎢, HRA90-93。
2) CKD電磁閥沖蝕特點。電子顯微鏡觀測下閥體切片, 出現(xiàn)微切削和犁溝;閥芯沖蝕坑兩邊形成凸起的唇片, 并呈波紋漣漪狀。
3) 沖蝕理論。綜合分析確定, 微切削模型理論、鍛造擠壓理論能揭示巖屑沖蝕節(jié)流閥的行為。兩套模型理論并非各自獨立地簡單拼湊, 而是相互補充, 從不同角度、不同的沖蝕階段來闡述節(jié)流閥不同位置的沖蝕現(xiàn)象, 進而確立節(jié)流閥沖蝕磨損機理。
根據(jù)CKD電磁閥沖蝕機理, 確定采用如下沖蝕計算模型[11]:
CKD電磁閥為沖蝕磨損速率, kg/ (m2·s) ;C (dpn) 為顆粒直徑的函數(shù), m;f (α) 為顆粒對靶面攻角的α函數(shù), rad;b (vpn) 是顆粒相對于靶材面速度的函數(shù), m/s;Awall節(jié)流閥內(nèi)表面單位沖蝕面積,  為顆粒的質量流量, kg/s;n表示大加重材料顆粒數(shù)。
2 仿真分析與試驗研究
CKD電磁閥在混氣重泥漿條件下分別進行動態(tài)模擬試驗, 檢驗3種類型節(jié)流閥在實施節(jié)流壓井時的可靠性、耐沖蝕性和對井控技術與井控工藝要求的符合性、適應性, 為節(jié)流壓井作業(yè)提供決策依據(jù)。
1) CKD電磁閥閥芯采用圓柱形結構, 閥芯、閥座均為對稱結構, 閥芯、閥座采用碳化鎢合金, HRA92, 可提高抗沖蝕能力, 且可調換方向安裝, 其過流面積與開度如圖1所示。
CKD電磁閥安全可靠性嚴，其終端控制元件的準確、快速調節(jié)是*的重要環(huán)，控制結果必須保證工藝指標要求，衰減比、超調量不超出工藝允許范圍。對此，如何選擇適用的氣動調節(jié)閥類型，使之在工藝控制回路中安全可靠、經(jīng)濟適用，是儀控設計和管理人員普遍關心的問題。氣動調節(jié)閥的選擇般從以下四個方面考慮：
1> CKD電磁閥結構和類型:
CKD電磁閥的產(chǎn)品類型很多，結構多種多樣，選擇時應綜合考慮調節(jié)功能、泄漏等級、耐壓能力、切斷壓差、腐蝕性、沖蝕和汽蝕、性價比、維護保養(yǎng)方便程度。從經(jīng)驗而言，選擇順序應為：單（雙）座控制閥、籠式控制閥、偏心旋轉閥、蝶閥、角閥、球閥。
確定 CKD電磁閥開關方式的原則是：當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷安全，則選用氣關閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關閉位置，流體不通過安全，則選用氣開閥。
2>流量特性:
從以下3個方面內(nèi)容對閥的工作流量特性進行分析：
1）從控制系統(tǒng)的控制質量方面分析
對于個簡單的控制系統(tǒng)，它是由控制對象、變送器、調節(jié)器和調節(jié)閥幾個基本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K=K1K2K3K4K5,K1-K5分別表示變送器、調節(jié)器、執(zhí)行器、執(zhí)行機構、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負荷變動的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預定的控制指標，希望總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個操作范圍內(nèi)保持不變。般在個確定的系統(tǒng)里，K1-K3的系數(shù)是固定不變的，只有對象的放大系數(shù)K隨負荷的變化而變，保證K4K5的乘積是個常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)K是個穩(wěn)定值。
2）工藝配管情況分析
CKD電磁閥總是與管道設備連在起使用的，管道阻力會使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應根據(jù)對象的特性，選擇合適的工作 特性，再根
用于調節(jié)由井底返回的鉆井液壓力, 并向井底提供適當?shù)幕貕阂云胶獾貙訅毫? 防止井涌井噴等事故的發(fā)生。高壓節(jié)流閥的損壞會造成災難性的后果, 因此對其可靠性和安全性的要求較高。沖蝕磨損是高壓節(jié)流閥的主要失效形式。A.C.等采用有限元體積法研究了固體顆粒對300 MW蒸汽渦輪機上噴嘴的沖蝕作用, 得出了沖蝕的影響因子有沖擊角、質點速度和顆粒直徑等;S.H.等做了液體沖蝕引起管壁變薄的研究;D.W.用金剛石來提高節(jié)流閥的耐沖蝕;L.N.對石油閥分別進行了模擬分析和試驗研究。
新疆、川渝地區(qū)的油氣資源埋藏較深, 地層壓力大, 產(chǎn)量高。在鉆井過程中, 井控裝置, 特別是105 MPa節(jié)流管匯在高壓、高產(chǎn)、高固相的惡劣工況條件下, 節(jié)流閥出現(xiàn)不同程度的沖蝕磨損, 引發(fā)安全隱患, 難以滿足井控安全需要。針對節(jié)流閥沖蝕磨損嚴重的困局, 急需開105 MPa節(jié)流閥耐沖蝕研究。本文選取了新型筒式節(jié)流閥、楔形節(jié)流閥、孔板節(jié)流閥進行了對比研究。

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