由于管網越來越密，管道經營方正面對日益加劇的直流干擾問題。而且，在越來越復雜的公用工程管廊內，對交流電腐蝕的影響也有許多爭論。

　　管網與儲罐的陰極保護系統涉及越來越復雜的技術問題，新技術標準要求在設計階段采用建模技術，如荷蘭NPR2760-1991“De wederzijdse beïnvloeding van buisleidingen en hoogspan nings-verbindingen”(管道與高壓輸電線路的相互影響)標準，要求減緩交流電對管道的腐蝕影響。

圖注：陰極保護中的數值模擬應用

　　隨著管道外腐蝕直接評價(ECDA)技術的發展以及管道完整性管理數據庫的標準化，管道經營企業的經理們期待開發出計算機模擬工具，幫助優化管道腐蝕的調查和維護方案。

　　目前，數值模擬技術的發展已經完全有能力建立起復雜干擾條件下陰極保護系統的電化學特性的數學模型。

　　應用

　　對于任何工程應用，模擬模型加快了優化設計和方案評價的過程。技術還在不斷發展中，當現場數據采集與模擬模型緊密聯系時，可以達到最大的效果，最終優化了管道系統完整性管理工作。在管道和儲罐陰極保護方面的實際用途包括：

　　在設計階段，模擬模型的應用取決于設施配置的復雜程度以及適用的標準。模型類型的選擇在很大程度上與采集數據的類型和質量有密切的關系。唯有先進的邊界元方法(BEM)模型和有限元方法(FEM)模型才能夠通過確定消除IR降的電位來優化陰極保護系統的設計。

　　為了減緩直流電與交流電的影響，模擬模型要顯示鄰近部件干擾的詳細調查結果。直流電與交流電干擾都能夠建立模型，并采取優化減緩措施。

　　對于現場調查，在直流電位梯度(DCVG)活動的預評價階段要采用子網絡模型。有此模型可以進行現場調查的虛擬規劃，并且有助于確定整流器最佳干擾方案等。

　　對于管道的完整性管理，能夠建立起完整的管道網絡的模型，并且輸入管道外腐蝕直接評價(ECDA)數據。然后，用此模型能夠作為直接評價信息與通電電位的連續監測兩者的連接。當所監測的數據變化時，此模擬模型能夠查明根本原因以及它們對管道完整性的影響，從而成為優化維護方案的強大工具。

　　應用

　　最基本的陰極保護系統包括一個陰極(受保護的構筑物)、一個陽極(其保護陰極)、一種電解質(土壤)，以及陰極與陽極之間的金屬連接通道。對于管道網絡，沿著管道的這些參數是變化的。

　　設計管道網絡的陰極保護系統時，目的要獲得管地電位或者整個構筑物上的IR降的電位，其比某些最小保護電位準則更負。

　　按照標準，相對于硫酸銅參比電極(CSE)，這個最小保護電位準則取-0.85V，硫酸銅參比電極應直接放在管道附近，以降低土壤中以及防腐層上的IR降。然而，實際上，由于構筑物的隱蔽特點，通常不可能將參比電極直接放在管道附近。代之以將參比電極放在地面上，但在構筑物的正上方，顯然這樣能夠產生較大的IR降誤差。

　　因為模擬模型對現場測量沒有實際限制，所以能夠計算出“真正的”無IR降電位，并與遠地的通電電位與斷電電位進行比較。

　　模擬的精確性總是取決于輸入數據的質量。管道網絡或者儲罐構筑物的幾何形狀是最直接的輸入參數。儲罐構筑物的計算機輔助設計(CAD)文檔輸入和管道網絡的橫麥卡托投影坐標系統(UTM)格式化數據(通常為GIS地理信息系統的一部分)都是當今通常可以獲得的信息，并且能夠自動輸入模擬工具。

　　巖土數據包括沿線地質勘測數據和通過土壤取樣分析(DIN 50929標準第3部分)獲得的土壤電阻率數據。根據管道的位置和延伸狀況，會有很大變化。此外，季節性的變化(如永凍土周期)對土壤電阻率數據也有很大影響。

　　構筑物和管道材料特征，包括防腐層在內，都將決定求解程序采用什么極化曲線。這些數據已經制成表格，并且很容易獲得大多數材料數據。對現有的管道網絡，需要進行直流電壓梯度(DCVG)測量這樣的現場調查，對防腐層的性能退化狀況進行評價。

　　對于精確建立陰極保護系統模型，直流電干擾與交流電干擾都是重要的影響因素。直流電干擾可能來自第三方陰極保護系統、壓縮機站、鐵路網絡和大地電流。交流電對管道的干擾可能是臨近的高壓交流輸電線路產生的感應影響。

　　技術

　　陰極保護數學模型的支配方程源自歐姆定律和拉普拉斯方程。歐姆定律把電流密度與電場關聯起來，拉普拉斯方程在電位分布中考慮到土壤和材料電阻率。

　　管道工業在用的一種標準模型叫做衰減模型。此模型忽略了土壤電阻率與管道的極化作用，并且假設始終如一的防腐層電阻。此模型提供的信息局限于管道對遠地電位。該模型需要的有限輸入使它只能作為陰極保護系統配置的預評價工具。

　　更為先進的模型并不忽略土壤電阻率在域內的影響，因此需要空間離散化。雖然存在組合技術，但是可以說，取決于與三維離散化方法的兩種主要趨勢是：

　　1. 在邊界元方法(BEM)中，僅僅幾何體的外表面被離散化。用這種方法能夠建立大型網絡及有恒定電阻率的環境(如海水)的模型。過去，人們已經開發了邊界元方法(BEM)模型，用于優化海洋船舶船殼的陰極保護系統。這種方法的局限性在于很難非常詳細地獲得復雜的三維形狀。

　　2. 在有限元方法(FEM)中，執行整個域的離散化，在所有空間點中，考慮到電阻率的變化。標準方法已經廣泛用于機械設計，它的信息更加密集，但靈活性更大，能夠用它處理復雜的幾何形狀。

　　管道經營企業把模擬技術引入他們的設計和資產管理過程時，既需要關注輸入參數的質量，也需要根據目標輸出，精心選擇建模方法。

 

責任編輯：田雙

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