Predicting the Performance of Cathodic Protection Systems

with Large Scale Interference
英国BEASY软件开发公司Robert Adey著   王向农译
摘要:
         要理解阴极保护系统中各种参数的相互作用,特别在海洋和近海工业中,变得越来越困难了。人们在更深的水域和偏远环境中寻找石油天然气,使得工程设计涉及许多前所未有的参数,如海床和海面的许多影响参数。传统的设计方法已经无法满足处理水下构筑物的阴极保护系统各种参数的相互作用以及相连的出油管线很大的保护电流需求。本文介绍了英国BEASY软件开发公司最近开发的腐蚀模型技术软件,可以用来模拟这些复杂的阴极保护系统。本文的示例说明了计算机模型技术如何能够用于预测各种参数的相互影响,为阴极保护系统设计及其完整性管理提供了关键数据。
一、引言
         从上世纪七十年代后期开始,人们已经用边界元方法(BEM)模拟阴极保护系统的特性。顾名思义,这种方法需要创造的单元仅仅在问题几何形状的边界(即表面)。用边界元方法(BEM)就是建立数学模型,用拉普拉斯方程表达电解质中的电位降。在许多用途中,这足以把这些方程与表达金属表面的电化学电极动力学的方程结合起来,构成能够模拟位势场和电解质里流动的电流的一组方程
         在早期的模型中,普遍的做法是假定与电解质里的电阻以及电极动力学比较,构筑物(电流通过它返回)的内部电阻是非常小的。因此,建立方程时就可以忽略不计金属电阻,由此,在返回通道里也没有IR降。管道是个非常典型的情况,由于管道金属的内部电阻,整条长管道上的电位有明显的下降,所以,这样的假设是不成立的。
         在新的大型深水油气开发项目中,不仅有长距离的水下干线管道,而且有数以百计的水下出油管线和管接头,每一个都是必须考虑的新的电连接通道。
图1      现代化深水油气开发项目示例
         标准的边界元方法(BEM)模型工具无法满足这样的阴极保护系统之间相互作用的情况的需要,因为这样的系统里,与水下设备相连的出油管线中有大量的保护电流流动(因此有电压降)。本文介绍介绍了英国BEASY软件开发公司最近开发的腐蚀模型技术软件,可以用来建立这些复杂的阴极保护系统的模型。
二、                当前发展水平
从上世纪八十年代初期以来,已经在腐蚀领域广泛采用数值模拟技术,
当时,IMI Marstons应用数值模拟技术,建立起英国北海Conoco TLP平台的强制阳极性能的模型。它们已经与物理模型实验结果以及在采油船上实际测试的数据成功地进行了比较和拟合。DeGiorgi、Kee和Thomas用边界元研究了美国海军CG级军舰的三维模型。参比电池的电位曲线读数为-0.85 V(氯化银参比电极),实验结果与计算结果非常好的吻合。两者总电流量的差额只有6%,螺旋桨的安培数差额只有5%,龙骨墩的安培数差额只有10%。总的结论是边界元方法是确定海洋腐蚀参数的可行技术。
         已经研究了船舶与附近码头的阴极保护系统之间的相互作用,在此假定金属电流通道的电阻为零。
三、内部电阻
         从数学观点,能够把内部电阻看做是个简单的电路,在此,如图2所示,金属物体与电阻或者二极管这样的器件连接。
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