导管架平台外加电流阴极保护数值模拟计算研究.pdf

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1、研究石Corros油ion&化Prote工ction腐inPet蚀rochem与ical防Indus护try2011，28(6)·9·导管架平台外加电流阴极保护数值模拟计算研究刘福国，武素茹(1．中国海洋石油总公司海洋石油工程股份有限公司，天津300451；2．天津出入境检验检疫局化矿金属材料检测中心，天津300456)摘要：数值模拟技术是求解阴极保护电位模型的有效方法，数值模拟计算可以有效地预测阴极保护被保护体表面电位分布，并以此验证阳极布置效果。该文采用大型防腐蚀数值模拟分析软件Beasy对小型导管架式平台外加电流阴极保护进行数值模拟分析研究，并进行物理模型试

2、验。结果表明数值模拟计算能够模拟分析阳极布置以及被保护体表面电位分布，辅助阳极的位置对导管架表面的电位分布有一定的影响，辅助阳极位置距离导管架越近，导管架表面电位分布越不均匀。采用物理模型试验对数值模拟计算进行的验证表明，物理模型试验与数值模拟计算结果吻合较好。关键词：外加电流阴极保护数值模拟导管架中图分类号：TG174．3文献标识码：A文章编号：1007—015X(2011)06—0009—04外加电流阴极保护是基于电化学腐蚀原理的sz：OE=i(E)／(第，sz)一种防腐蚀手段，也是国内外公认的防止钢质构筑式中：——电位，V；物腐蚀的经济有效的措施HJ。在阴极

3、保护工程中，——腐蚀介质电导率，S／m；电位是监视和控制阴极保护效果的一项重要指标，i(E)——金属的极化行为作为边界条件；因此掌握被保护体表面的电位分布是非常重要的。n——为边界内法线方向。在传统的阴极保护工程中，大多采用实际测量或运用边界元法将Laplace方程转化成如下形式经验估计的方法来获得被保护体表面的电位分的边界积分方程：布。然而，对于某些被保护结构，如海底管道、海洋平台、深埋的钢桩或钢管、大罐的罐底等，实tie+IE1dS=jIEdS地测量技术难度很大或费用昂贵，对于新项目更不将N个单元剖分边界，将边界积分方程离散如下：可能事先在现场测试，而经验公式

4、又无法对复杂NrⅣciE+1lJfE1dS=，JJfds结构表面的电位分布进行准确的预测，可见传对整个边界来说，将各单元叠加，可以用矩阵统的方法已难以满足越来越高的安全可靠性和经的形式来表示：济性的要求。随着电化学和计算机技术的发展，HE=G／人们尝试采用数值计算方法来获取被保护体表面式中：电位矩阵；的电位和电流分布状况，这已成为阴极保护领域G——电流密度矩阵。中十分活跃的一个方面。将边界条件带人，用迭代法求解上述方程，可以得出各点电位和电流密度。1数值模拟计算数学模型在阴极保护中通常研究稳态电位场。对于已2外加电流阴极保护数值模拟经达到稳态的阴极保护体系，其中的

5、电位分布可归2．1试验方法结为椭圆型方程的混合边值问题。均匀导电介质该文采用Beasy软件进行导管架外加电流阴极中稳态的阴极保护体系的电位分布为Laplace方程保护数值模拟计算。Beasy软件是英国CMBEASY混合边值问题，电场(V)内每一点的电位(E)应符合下述边界条件：收稿日期：201l—O2—23；修改稿收到日期：2011—09—27。一V-：——+—+——：0作者简介：刘福国，男，2008年毕业于中国海洋大学，博士学8x8Y‘8z‘位，2010年中海研究总院博士后，现在中国海洋石油总公司S：E=E。(第一类边界条件，电位为常数的电海洋石油工程股份有限公

6、司设计公司主要从事海洋结构物极表面S，)防腐设计与科研工作。E—mail：liu培@mail．cooec．corn．cn·12·石油化工腐蚀与防护第28卷[2]DegiorgiVG，WimmerSA．Geometricdetailsandmodeling[4]杜艳霞，张国忠，李健．阴极保护电位分布的数值计算[J]．accuracyrequirementsforshipboardimpressedcurrentcathodic中国腐蚀与防护学报，2008，28(1)：53-58．protectionsystemmodeling[J]．EngineeringAnaly

7、siswith[5]孙吉星．海洋结构物阴极保护优化模型及数值模拟计算BoundaryElements，2005(29)：15-28．[D]．青岛：中国海洋大学，2006．[3]DouglasPR，MarkEO．Amathematicalmodelforthecathodic[6]DETNORSKEVERITAS(DNV)．RP—B401-2005．CathodicPro—protectionoftankbottoms[J]．Corosionseienee，2005，47(3)：tectionDesign[S]．Norway：DETNORSKEVERITAS，200

8、5．849