应用数值模拟计算阴极保护电位分布存在的不足及发展趋势

2018-01-11 09:31:29 国联资源网         人气: 5528

利用数值计算对阴极保护体系的电位分布进行研究已经逐渐得到了国内外专家学者的重视,从某种意义上说,阴极保护已经进入了数值仿真时代。但是应用数值模拟计算阴极保护电位分布时仍存在以下问题:

(1)数学模型的建立问题

目前用于数值计算的模型大都是分布型模型,但实际阴极保护体系的状态是随时间发生变化的,腐蚀介质也并非均匀,因此在数学模型的建立方面有待进一步研究,应在计算模型中考虑介质不均匀性以及环境参数如土壤含水率、温度等因素周期性变化对管道阴极保护电位分布的影响。

(2)阴阳极边界条件的处理

在阴极保护电位分布的数值计算中阴阳极极化曲线的确定是至关重要的边界条件,但是由于缺乏对辅助阳极的导电机理、阴极极化以及垢层随时间变化规律的深入研究,迄今尚未建立完善的阳极和阴极表面极化模型,因此阴阳极的极化特性也是今后研究的重点。同时,通过测量金属材料在各种介质中的极化数据,建立极化曲线数据库,也是阴极保护仿真技术走向工程应用的一个发展方向。

(3)求解方法单一

目前常用的数值方法中,边界元法的计算域为无限域、无法处理非均质问题,有限元法正好相反。

而实际问题的求解域往往是半无限域且求解域中介质也并非均匀分布,若采用单一的方法来解决问题,只能将某一边界简化处理、假设介质处于均匀或分区域均匀状态,这就使其与实际的阴极保护体系差别较大,从而产生误差。

一种新的研究动向是将几种方法组合使用,从而提高解决实际问题的能力。

(4)数值计算技术存在不足

包含多条管道且管道连接方式复杂的区域性阴极保护技术已逐渐受到关注,而如今的数值计算技术无法精确处理复杂的问题,如边界元法是目前最具前景的计算方法,但其形成的系数矩阵是非对称满阵,求解效率随求解规模的增大快速下降,其存储量和计算量严重制约着边界元法的发展。

近几年,一些学者提出了一种随着快速多级算法发展起来的快速多级边界元解法,其可以加快求解速率,为解决复杂的阴极保护体系提供了可行的思路和新的发展方向。

(5)国内缺乏实用的阴极保护设计商业软件

目前一些专家学者都对阴极保护系统的电位分布展开了研究,并编写了一些针对性的程序,同时部分商业软件如ANSYS、MATLAB等都可以用于阴极保护电位分布的计算,但是其针对性不强,这就带来了一定的系统误差,国内目前还没有针对阴极保护设计的综合专业软件,所以对完善的商业软件的研究也是今后的重点。

目前,在油气管道事业飞速发展的同时,管道面临的腐蚀风险也不断增加,作为控制腐蚀的主要措施,阴极保护在防止管道腐蚀方面的作用也显得越发重要。数值模拟计算的出现为阴极保护系统的设计提供了新思路,但同时也存在着一定的缺点与不足。

本文指出了目前管道阴极保护数值模拟技术存在的不足并提出了相应的解决措施,为以后的研究学者提供了参考资料,对阴极保护数值计算的长远发展具有积极的影响。