站場管道區(qū)域性陰極保護數(shù)值模擬.pdf

1、區(qū)域性陰極保護技術(shù)可用于防止站場內(nèi)埋地金屬管道的腐蝕,但是由于設(shè)計方法和施工技術(shù)的限制,目前大多數(shù)的站場在施加陰極保護系統(tǒng)時都是通過反復(fù)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(yīng)要求,需要尋求新的設(shè)計方法以提高系統(tǒng)的設(shè)計水平。靜電場原理和數(shù)值方法可以用來研究站場管道區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)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(shù)值模擬研究,對于指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(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)模型及其邊值問題。
　　 采用三維邊界元法求解數(shù)學(xué)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(shù)和不含源點單元影響系數(shù);根據(jù)半無限大土壤區(qū)域的特殊性,推導(dǎo)了Poisson方程的特定基本解;通過將研究區(qū)域外邊界單元節(jié)點進行逆時針編號,內(nèi)邊界單元節(jié)點順時針編號的方式,解決了站場區(qū)域內(nèi)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(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,實現(xiàn)q與u的——對應(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、　 編制了基于站場管道區(qū)域性陰極保護數(shù)值模擬的MATLAB計算程序;設(shè)計了驗證實驗系統(tǒng),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(jié)果與MATLAB邊界元程序的模擬結(jié)果基本吻合,驗證了本文所建立的數(shù)學(xué)模型及計算方法的可靠性。
　　 分別針對站場土壤區(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,進行數(shù)值模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果研究了土壤電阻率、陽極埋設(shè)方式、陽極輸出電流大小、兩管的相對位置變化等因