干扰下埋地管道阴极保护输出调整基础研究

论文摘要

强制电流阴极保护作为一种操作简单,易于实现的保护方法使用日益普遍,尤其是与防护涂层的联合使用可以大大提高管道的工作寿命,节约建设成本。强制电流阴极保护原理本身并不复杂,但涉及到工程实际应用时,处理的手段还是以简单的经验性计算辅以反复的尝试性调整为主。有时候在不清楚环境具体作用以及时变性条件的变化趋势时,简单设计计算所得到的结果不一定准确适用；如果安全系数取得过大,又会带来不必要的过度投资,同时保护效果也不尽理想。为使阴极保护系统运行更为优异,有必要从环境中造成腐蚀与对保护效果产生实际影响的因素入手,对它们进行区分性研究,从而得到系统的最佳工作状态,以及达到这种最佳状态,所应该采取的措施。从上面的思考出发,在对埋地管道腐蚀机理及其所处环境的作用进行研究对比后,本文将工作的重点放在了杂散电流对保护系统的影响作用分析上。同时,从我国普遍采用的恒电位仪工作特性出发,提出将真正进入管道表面的一部分介质环境中杂散电流区分对待,将它们考虑为从外部一个假想电源发出,通过土壤与涂层,以一定的分布形式最终到达管道表面抵消或者充当保护电流。这相当于对管道在原有的实际保护系统基础上新增一个外来的等价电流源。新增虚拟电流源以后,由这个新增的电流源输出的等价作用电流将对原系统平衡产生影响。为使管道表面电位仍然恒定在原分布范围内,原阴极保护电源输出参数指标需要进行适当的调整。在对参数调整问题的具体解决过程中,本文首先根据稳流电场与静电场的相似性,从管道的高度轴对称性和半无限域分布型问题解决出发运用边界元法最终得到求解管道表面电位分布的基础数学模型。对已有基础模型考虑进干扰电流对系统的具体作用,得到保持被保护管道表面电位恒定不变条件下,达到保护效果共需用的电流与由阴极保护系统内电源实际输出电流的关系式。由这个关系式出发,最终得到不同干扰电流作用下阴极保护站的输出,对比未考虑干扰电流作用的设计输出与存在干扰电流作用影响下的实际输出,最终得到一个干扰电流作用下的阴极保护输出参数调整趋势,实现输出参数的调整基础性研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外阴极保护发展及其现状
• 1.2.1 国外阴极保护发展及现状
• 1.2.2 国内阴极保护发展及现状
• 1.3 长输埋地管道腐蚀与破坏基本原理
• 1.3.1 长输管道破坏简述
• 1.3.2 管道外腐蚀基本原理
• 1.4 阴极保护基础研究
• 1.4.1 阴极保护基本原理
• 1.4.2 常用阴极保护方法介绍
• 1.5 论文主要工作及创新
• 第2章 干扰影响下阴极保护参数研究
• 2.1 阴极保护系统基本参数简介
• 2.1.1 判断性参数
• 2.1.2 输出性参数
• 2.2 系统杂散电流相关分析
• 2.2.1 杂散电流起因及机理
• 2.2.2 现有杂散电流判定分析及处理
• 2.3 干扰电流影响分析新思路及基本假设
• 2.4 本章小结
• 第3章 管道阴极保护基础参数求解建模
• 3.1 埋地管道控制参数解析解法
• 3.2 物理模型分析与建立
• 3.2.1 基本假定及影响因素简化
• 3.2.2 假定与简化理由
• 3.3 稳流场支配方程
• 3.4 模型边界条件分析
• 3.5 数学模型分析与建立
• 3.6 本章小结
• 第4章 模型求解
• 4.1 数值求解方法比较与选择
• 4.1.1 数值解法与解析算法比较
• 4.1.2 现有几种数值解法
• 4.2 管道电位分布的边界元求解
• 4.2.1 边界积分方程推导准备
• 4.2.2 三维Laplace方程基本解推导
• 4.2.3 有限域三维边界元法求解
• 4.2.4 半无限域模型求解
• 4.3 本章小结
• 第5章 干扰影响下阴极保护站输出参数调整研究
• 5.1 外部总附加电流分析
• 5.2 阴极保护系统输出电流计算
• 5.2.1 系统总需用保护电流计算
• 5.2.2 干扰电流作用下输出电流计算
• 5.3 干扰电流作用下系统输出功率计算
• 5.3.1 系统输出功率计算
• 5.3.2 回路内电阻分析计算
• 5.4 干扰电流作用下系统输出参数的调节
• 5.5 本章内容小结
• 第6章 实例计算与分析
• 6.1 求解计算过程
• 6.2 条件说明
• 6.2.1 管线基本情况
• 6.2.2 阴极保护系统已知参数
• 6.2.3 干扰电流情况
• 6.2.4 输出电源选取
• 6.2.5 边界条件
• 6.3 计算及结果分析
• 6.3.1 计算结果
• 6.3.2 分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果