长输管道区域阴极保护参数的数值模拟研究

发布时间：2020-08-24 23:26

【摘要】：在油气输送过程中,由于外界土壤特性及地形沉降等因素的影响,管道外表面发生电化学腐蚀,引起管道穿孔,造成油气泄漏。尽管阴极保护可以有效抑制电化学腐蚀,但是对于长输管道来说,阴极保护电位检测难度大,从而导致阴极保护效果评价困难,比站场、储罐等区域性的阴极保护更具有挑战性。因此,研究长输管道阴极保护系统的电位分布,对确定合理的阴极保护参数和提高阴极保护效果至关重要。本文综合运用电化学腐蚀、阴极保护、数值模拟技术及优化算法的相关知识,对埋地长输管道阴极保护系统的电位分布进行了如下研究:(1)建立阴极保护电位分布数学模型,并利用数值模拟方法研究了不同因素对埋地管道阴极保护系统电位分布的影响;(2)建立阴极保护阳极配置优化模型,并利用粒子群算法进行寻优,结合模型特点,设计算法参数,经多次迭代计算得到最佳阳极点坐标;(3)基于埋地管道阴极保护设计的案例,对比传统方法和数值模拟两种设计方案下,阴极保护系统的电位分布曲线,验证了粒子群算法在阳极配置优化上的可行性。结果表明:管道周围土壤介质的变化,阳极数量以及埋深的变化都会对其阴极保护电位分布产生影响,所以阴极保护的设计需要考虑这些变化因素;通过对阳极配置进行优化,有效改善了管道表面电位分布不均匀的情况,对现场阴极保护系统中阳极地床的设计有指导意义。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE988.2;TP18
【图文】：

图2-10两种阴极保护方法的适用范围

主要考虑外加电流阴极保护法，系统安装方法如图2-11 所示。图 2-11 外加电流阴极保护安装示意图图 2-11 的外加电流阴极保护系统中，电源正极连接辅助阳极，负极连接被保护管道（电源与管道连接点为汇流点）。保护电流从阳极通过土壤流入管道，然后通过电缆回流至电源负极。因此，管道汇流点处电流值最大，保护电位也最负，阴极保护电位及电流分布如图 2-12 所示。

图 3-7 管道的网格划分示意图由式（3-14）可以看出，绝缘边界 Γc上的电流密度 q 与电位 u 均为零，因此可以略去边界 Γ∞不计；而阳极边界 Γa不能略去不计，因此需要寻找一个特定的基本解 u*，使得既不用对边界 Γa进行网格划分，又不影响其精确性；而对于阴极边界 Γb需要进行单

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本文编号：2802972