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埋地管道阴极保护电位的数值模拟

作　者: 高山卜
导　师: 宋晓琴; 王维斌
学　校: 西南石油大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 阴极保护电位数值模拟多路埋地管道直流杂散电流干扰干扰因素
分类号: TE832
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文采用数值模拟的方法,建立了埋地管道阴极保护电位的数值模型,选择无外界杂散电流干扰的涩宁兰管线作为算例,建立土壤和管道的三维几何模型,将推导得到的埋地钢管和土壤间的等效面电阻作为计算模型的阴极边界条件,采用ANSYS-CFX软件对管道上的阴极保护电位分布进行数值模拟,将电位的模拟值与真实值进行对比,得到它们之间的最大偏差为4.01%,验证了模型和模拟方法的可靠性。对涩宁兰复线阴极保护电位现况进行分析,将一线管道交叉前后和并行前后的电位检测值进行对比发现,交叉前的管道在阳极处电位达到最负-0.899V,且向两端单调递减,交叉后的管道在交叉点处电位达到最低-0.872V,且向两端单调递增,管道上的电位整体降低；并行前的管道在阳极处电位达到最负-0.948V,且向两端单调递减,并行后的管道在两并行管道的阳极处出现峰值-0.944V和-0.939V,且自峰值向两端单调递减,管道上的电位整体降低。对上述多路管道上的电位变化进行机理分析得到造成多路埋地管道阴极保护电位发生改变的原因在于多路埋地管道阴极保护系统间存在着直流杂散电流干扰。为更加深入的研究上述多路埋地管道的阴极保护电位分布,选取了在埋地管道阴极保护系统中取决定性的五个因素：管道的敷设间距、辅助阳极参数(保护电流的大小和阳极地床位置)、管道的电导率、管道防腐层参数(防腐层面电阻和破损率)以及土壤的电导率,分别研究了不同因素下多路埋地管道阴极保护电位的分布,得到了不同因素下多路埋地管道的阴极保护电位分布曲线,以及不同因素对多路埋地管道阴极保护电位的影响程度,模拟结果表明：交叉管道较并行管道受干扰程度更为严重,表现为交叉点处电位明显降低；交叉或并行管道间距越大,管道上的电位受干扰程度越低；保护电流越大,多路埋地管道越容易达到保护；阳极地床垂直距交叉管道越远,两交叉管道间的干扰程度越低；阳极地床垂直距并行管道越远,并行管道上的电位分布越均匀,当间距大于等于400m时,管道上的电位分布情况最佳；两并行管道的阳极地床间距过小会造成同一管道上的电位峰值叠加；对交叉管道来说,管段上的电位随着管道电导率的增大而升高；对多路管道来说,提高管道防腐层的质量,使其面电阻增大,有助于提高管道上阴极保护电位；防腐层的破损率越小,多路埋地管道的阴极保护电位越高,涩宁兰的多路埋地管道防腐层的破损率最好控制在0.005以内；土壤电导率越大,多路埋地管道上的阴极保护电位越高。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外埋地管道阴极保护技术现状及发展趋势  9-12
    1.2.1 国内现状及发展趋势  10-11
    1.2.2 国外现状及发展趋势  11-12
  1.3 埋地管道阴极保护数值模拟技术现状  12-14
    1.3.1 有限差分法  12-13
    1.3.2 有限元法  13
    1.3.3 边界元法  13-14
  1.4 本文主要研究内容和技术路线  14-15
    1.4.1 主要内容  14
    1.4.2 技术路线  14-15
  1.5 论文创新点  15-17
第2章埋地管道阴极保护电位的数值模型建立  17-23
  2.1 埋地管道阴极保护电位数值模型筛选  17-20
    2.1.1 阴极保护电位的数值模型分类及对比  17
    2.1.2 阴极保护电位的数值模型选定  17-20
  2.2 埋地管道阴极保护电位的数值模型解法筛选  20-22
    2.2.1 求解方法的分类及对比  20-21
    2.2.2 求解方法的选定  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章单路埋地管道阴极保护电位数值模拟  23-44
  3.1 埋地管道阴极保护系统的相关参数  23-29
    3.1.1 环境介质的导电性  23
    3.1.2 辅助阳极基本参数  23-24
    3.1.3 管道的导电性  24-26
    3.1.4 管道防腐层基本参数  26-27
    3.1.5 管道的极化特性  27-29
  3.2 模拟软件及模拟流程  29-31
    3.2.1 ANSYS-CFX软件简介  29-30
    3.2.2 模拟流程  30-31
  3.3 模拟实例  31-42
    3.3.1 模拟管线的选定及简化处理  31-33
    3.3.2 模拟管线几何模型的构建及网格划分  33-35
    3.3.3 模拟管线的参数及边界条件设置  35-38
    3.3.4 模拟结果分析  38-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章涩宁兰多路埋地管道阴极保护电位分布的研究  44-77
  4.1 涩宁兰多路埋地管道阴极保护电位现况分析  44-54
    4.1.1 涩宁兰复线基本概况  44
    4.1.2 涩宁兰复线与一线交叉后阴极保护电位的变化  44-49
    4.1.3 涩宁兰复线与一线并行后阴极保护电位的变化  49-54
  4.2 涩宁兰多路埋地管道阴极保护系统的特点  54-56
    4.2.1 多路埋地管道阴极保护系统间的干扰形式  54-56
    4.2.2 多路埋地管道阴极保护系统间的干扰因素  56
  4.3 不同因素下涩宁兰多路埋地管道阴极保护电位的数值模拟  56-75
    4.3.1 管道的敷设间距  56-59
    4.3.2 辅助阳极参数  59-66
    4.3.3 管道的电导率  66-68
    4.3.4 管道防腐层参数  68-73
    4.3.5 土壤的电导率  73-75
  4.4 本章小结  75-77
第5章结论与建议  77-79
  5.1 结论  77-78
  5.2 建议  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  83

埋地管道阴极保护电位的数值模拟

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