復合軟管的影響因素與腐蝕原因

隨著各國陸地資源的日趨減少，戰略資源的競爭焦點逐步轉向海洋，海洋礦產資源已成為世界各國關注的。目前較有商業開采前景的采礦工藝是固液兩相流管道提升式，該工藝利用海底集礦車采集礦石，再利用管道將礦石提升到水面采礦船上。該開采方式具有環保、低成本和適合深海采礦運輸等特點。復合軟管為滿足集礦車回采路徑的需要及適應海底地形起伏變化，需在中繼倉與集礦車之間連接一段軟管，使采礦系統易于控制、操作及采礦，從而使采礦過程指數顯著提高。軟管空間形態在整個深海采礦系統中具有重要作用，但軟管復雜的空間形態不利于輸送固體礦石，容易發生堵管事故。因此如何軟管是深海采礦系統設計所面臨的重要問題之一。

在重力作用下，軟管可能觸及海底，管道與海底的摩擦力將使集礦車無法運動，因此，在軟管上加裝浮力材料，使其懸浮在海水中。通過在輸送軟管上添加浮力球，使軟管在水中的整體浮力與重力大致相當。如浮力不夠，在濃度較大時，軟管很有可能觸及海底；如浮力比整體重力大很多，將減少集礦車接地比壓，影響其運動性能。因此，軟管浮力材料的配置需要優化計算。

輸送軟管的形態變化不僅受到集礦車拖曳力和軟管自身的重力、浮力作用，還受到軟管內部固液兩相流對軟管的作用力，主要受到的力為內流流體的沖力和重力。

因此，當軟管中固體顆粒的體積濃度越高時，內流流體密度變大，固液兩相流對軟管的壓力也隨之增大，從而導致軟管隆起幅度變小，且軟管兩側下垂幅度變大。

因此，當復合輸油軟管懸浮在水中且外流條件不變時，軟管形態變化主要受集礦車拖曳力和軟管內流特性的影響。軟管形態的主要影響因素有軟管的內流流速、內流密度及集礦車的位移距離等。因此本文通過試驗，這幾個因素對軟管形態變化的影響，探究軟管的內流流速、內流密度及集礦車移動距離與軟管形態之間的關系。

無論清水內流還是漿體內流，當流速固定時，隨著集礦車在水槽底部勻速行駛時，軟管較大角度逐漸增加，且軟管形態不斷向上隆起。但軟管起始角度呈現降低趨勢，軟管兩側出現下垂現象。內流為漿體時軟管上升擺幅略小于清水內流，軟管兩側下垂幅度大于清水內流。因此，當漿體內流時，隨著內流密度的增大，軟管隆起幅度降低，兩側越加下垂。此試驗結果與軟管的受力分析相符，當軟管中內流密度越高時，固液兩相流對軟管的壓力也隨之增大，從而導致軟管隆起幅度變小，且軟管兩側下垂幅度變大，軟管的較大傾斜角度增大。

結論

綜上所述，本文通過對深海采礦軟管進行受力分析，并設計了深海采礦軟管輸送模擬試驗系統及試驗方法進行試驗，探究了不同工況條件下軟管形態動態變化特征及其規律，得出如下結論：

1)隨著集礦車在水槽底部移動距離加大，集礦車與中繼倉相對距離變小，而軟管總長度不變，軟管空間形態會在力的平衡作用下達到合理分布，即軟管向上隆起，軟管角度呈線性增長趨勢；

2)集礦車固定不動時，隨著內流流速加大，管內流體向上的沖力增大，因此軟管傾斜角度不斷增加，軟管向上隆起幅度增大；

3)當集礦車在水槽底部自由行駛，內流流體為漿體且流速固定時，輸油軟管較大傾斜角度呈線性增長趨勢，與內流介質為清水時相似。由于漿體內流密度遠遠大于清水內流密度，單位流體重力增大幅度大于流體向上沖力的增大幅度。因此，軟管隆起幅度較小，且兩側下垂加明顯，較大傾斜角度偏大。

復合軟管腐蝕的主要原因：金屬和大氣中的氧氣反應后會在表面形成氧化膜。在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續進行氧化，使銹蝕不斷擴大，形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。不銹鋼軟管的性取決于鉻的含量，當鉻的添加量到10.5%時，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量   高時，盡管仍可提高性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面，防止進一步地氧化。這種氧化層薄，透過它可以看到不銹鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理，重新形成這種“鈍化膜”，繼續起保護作用。