站場(chǎng)管道區(qū)域性陰極保護(hù)數(shù)值模擬.pdf

1、區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)可用于防止站場(chǎng)內(nèi)埋地金屬管道的腐蝕,但是由于設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)的限制,目前大多數(shù)的站場(chǎng)在施加陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)都是通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn),才能達(dá)到理想的電位分布,工作量大且受到限制,不能適應(yīng)要求,需要尋求新的設(shè)計(jì)方法以提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。靜電場(chǎng)原理和數(shù)值方法可以用來(lái)研究站場(chǎng)管道區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)中電位分布和電流分布情況,因此開(kāi)展站場(chǎng)管道區(qū)域性陰極保護(hù)數(shù)值模擬研究,對(duì)于指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高保護(hù)效果、節(jié)省施工時(shí)間、確保站場(chǎng)管道的安全具有

2、重要的意義。
　　 本文首先對(duì)站場(chǎng)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)所涉及的電場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行了研究,闡明了在一定條件下,站場(chǎng)陰極保護(hù)區(qū)域內(nèi)的電位分布遵守Poisson方程,建立了站場(chǎng)管道區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)的物理模型,并對(duì)模型的控制方程和邊界條件進(jìn)行了研究,最終建立了土壤介質(zhì)均勻情況下和土壤介質(zhì)不均勻情況下的兩種數(shù)學(xué)模型及其邊值問(wèn)題。
　　 采用三維邊界元法求解數(shù)學(xué)模型,計(jì)算過(guò)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(jì)算含源點(diǎn)單元影響系數(shù)和不含源點(diǎn)單元影響系數(shù);根據(jù)半無(wú)限大土壤區(qū)域的特殊性,推導(dǎo)了Poisson方程的特定基本解;通過(guò)將研究區(qū)域外邊界單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逆時(shí)針編號(hào),內(nèi)邊界單元節(jié)點(diǎn)順時(shí)針編號(hào)的方式,解決了站場(chǎng)區(qū)域內(nèi)包含多條互不相接的埋地管道的多連通域問(wèn)題的處理問(wèn)題;采用Excel數(shù)據(jù)表和MATLAB擬合技術(shù)相結(jié)合的方法處理陰極極化曲線邊界,實(shí)現(xiàn)q與u的——對(duì)應(yīng);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(chǎng)管道區(qū)域性陰極保護(hù)數(shù)值模擬的MATLAB計(jì)算程序;設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用輔助試片斷電法測(cè)得了管道表面各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電位,測(cè)試結(jié)果與MATLAB邊界元程序的模擬結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了本文所建立的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法的可靠性。
　　 分別針對(duì)站場(chǎng)土壤區(qū)域內(nèi)僅有單根埋地管道和區(qū)域內(nèi)包含兩根埋地管道的情況建立了邊界元模型,進(jìn)行數(shù)值模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果研究了土壤電阻率、陽(yáng)極埋設(shè)方式、陽(yáng)極輸出電流大小、兩管的相對(duì)位置變化等因