DESIGN AND OPTIMIZATION OF
PIPELINE CATHODIC PROTECTION SYSTEMS
罗马尼亚拉迪亚大学Elsyca研究所Marius PURCAR等著 王向农译
摘要：
油气管道泄漏事故会造成严重的环境与经济后果。人们已经投入大量资金研究埋地和水下金属构筑物和管道的防腐。人们研究了腐蚀机理，开发出有效的防腐技术。防腐涂层是防止金属腐蚀的第一道防线。但是，在施工期间防腐层损伤是难免的，加之使用后防腐层的老化变质会造成严重的腐蚀，因此，安装设计合理的阴极保护系统是完全必要的。在设计阴极保护系统时，目的是要沿着管道网络的整个长度达到要求的管地电位，使管网比规定的最小保护电位更负。根据多年的基础研究和应用研究，罗马尼亚拉迪亚大学Elsyca研究所现在已经建立一组拥有自主知识产权的产品和服务，能够有效改进阴极保护系统运行质量和性能，提高保护效率，确保阴极保护可靠的设计和运行。最终，这些保证了环境的安全，降低了成本，使现有的防腐工程发生了革命性的进步。在本文中，叙述了如何应用此项技术研究现有管道的阴极保护，以及如何优化管道网络阴极保护的设计。
关键词：管道网络、阴极保护、数值模拟、设计、调查数据、评价
一、引言
油气管道腐蚀泄漏事故会造成严重的环境和经济后果。因此，人们已经投入大量资金研究埋地管道的防腐。通过研究，已经确定和预测了土壤的腐蚀性和地下构筑物的腐蚀机理，并且，开发出防腐涂料等各种有效的埋地金属构筑物的防腐技术。由于埋地管道的隐蔽性，也很难接近，所以，它们的安装、调查、维护和修理都是比较复杂的、困难的和成本高昂的。
数值模拟技术可以简化和优化安装、维护和修理过程，使防腐工作更容易实施。在规划阶段，应用廉价的、快速模拟技术计算不同的方案，可以在实际安装前找出可能存在的概念性错误。并且，模型能够提供操作现场各种测量数据的参考值，有助于查找和解决任何可能的异常问题。
最后但也是最重要的是模型技术创造了一个安全的成本效益好的筛选“虚拟”试验环境，在此，年轻的工程师不必再在现场通过长时间费用高昂的试错实验，就能够取得一些工作经验。
比利时的布鲁塞尔自由大学的研究人员已经开展了这样的数学模型的研究开发，并且以CatPro的商品名推向了市场。在参考文献1-4中详细讨论了数学计算细节和模型的认证过程。本文将此软件应用于两个真实的事例，第一个是对现有管道网络的评价，第二个是新管道的阴极保护设计。
二、应用案例一：部分W-574管道网络的研究
这部分内容叙述了荷兰西北地区的W-574管道网络的研究。最近在部分管道上进行密间距电位测量（CIPS）获得的实测通电ON电位和断电OFF电位数据与数值模拟进行了比较。
2.1 问题的描述
借助GPS定位坐标系描述了整个系统（管子、地床、铁路）的全面布置，这些GPS定位坐标已经转换成用程序容易读出的平面大地坐标。本研究集中在1968年至1969年期间安装的8英寸管段，管道用沥青作为外防腐，防腐层外观良好。整个管道网络（包括11根管道支线，分别采用沥青或者聚乙烯外防腐）总长度约105 km，本文研究管段长度约34 km。如图1所示，管道干线成南北走向，并略偏西北，在登赫尔德附近受到铁路系统的影响，此铁路大约29 km长，配电站工作电压1500 VDC。图1用跨接点说明了整个网络的电连续性。
图1阴极保护的配置和南北走向的管道干线
至于管道，借助GPS坐标系确定了地床的位置。表1列出了这些坐标以及相应的对地电阻与电流输出。保护这条105 km长的管道网络的全部电流为5.3 A。地床位置附近大地电阻率大约10Ωm2。平均土壤电阻率取20Ωm2。图2显示了实测的通电ON电位和断电OFF电位。在此要说明只研究了最初的21 km管段。因此，暂时无法验证北部地床G2062的效果，也无法与数值模拟比较铁路跨越附近的直流杂散电流的（最终）影响。此外，没有收集3.5 km至4.3 km的数据。裸钢的极化作用与图3所示相似，自然电位取-0.6 V。