站場管道區(qū)域性陰極保護數值模擬.pdf

1、區(qū)域性陰極保護技術可用于防止站場內埋地金屬管道的腐蝕,但是由于設計方法和施工技術的限制,目前大多數的站場在施加陰極保護系統時都是通過反復的試驗,才能達到理想的電位分布,工作量大且受到限制,不能適應要求,需要尋求新的設計方法以提高系統的設計水平。靜電場原理和數值方法可以用來研究站場管道區(qū)域性陰極保護系統中電位分布和電流分布情況,因此開展站場管道區(qū)域性陰極保護數值模擬研究,對于指導系統設計、提高保護效果、節(jié)省施工時間、確保站場管道的安全具有

2、重要的意義。
　　 本文首先對站場管道陰極保護系統所涉及的電場問題進行了研究,闡明了在一定條件下,站場陰極保護區(qū)域內的電位分布遵守Poisson方程,建立了站場管道區(qū)域性陰極保護系統的物理模型,并對模型的控制方程和邊界條件進行了研究,最終建立了土壤介質均勻情況下和土壤介質不均勻情況下的兩種數學模型及其邊值問題。
　　 采用三維邊界元法求解數學模型,計算過程中:采用四邊形線性單元模式建立邊界積分方程的離散化格式,采用高斯積

3、分法和子單元法計算含源點單元影響系數和不含源點單元影響系數;根據半無限大土壤區(qū)域的特殊性,推導了Poisson方程的特定基本解;通過將研究區(qū)域外邊界單元節(jié)點進行逆時針編號,內邊界單元節(jié)點順時針編號的方式,解決了站場區(qū)域內包含多條互不相接的埋地管道的多連通域問題的處理問題;采用Excel數據表和MATLAB擬合技術相結合的方法處理陰極極化曲線邊界,實現q與u的——對應;采用“擬波陣法”求解線性方程組,從而求得管道表面的電位分布。
　

4、　 編制了基于站場管道區(qū)域性陰極保護數值模擬的MATLAB計算程序;設計了驗證實驗系統,利用輔助試片斷電法測得了管道表面各個測試點的電位,測試結果與MATLAB邊界元程序的模擬結果基本吻合,驗證了本文所建立的數學模型及計算方法的可靠性。
　　 分別針對站場土壤區(qū)域內僅有單根埋地管道和區(qū)域內包含兩根埋地管道的情況建立了邊界元模型,進行數值模擬,并根據模擬結果研究了土壤電阻率、陽極埋設方式、陽極輸出電流大小、兩管的相對位置變化等因