基于缩比模型的导管架平台外加电流阴极保护系统优化设计

目的研究远地式辅助阳极发生电流单元的改变和距离平台的相对位置对平台电位分布及保护程度的影响。方法以位于渤海湾JZ120-1在役导管架平台为原型,构建了一个1∶20的缩比模型。在平台底部一定距离处放置一座远地式辅助阳极,研究恒电流下辅助阳极与平台底部间距和辅助阳极发生电流单元的改变对平台电位分布及其保护程度的影响。结果单座远地阳极即可实现对整座平台的腐蚀控制。辅助阳极距离平台越远,平台表面电位差越小,电位分布越均匀;辅助阳极距离平台越近,单支阳极较四支阳极保护下的平台表面电位差越大,距离越远,电位差越小,距离相同时,4支阳极较单支阳极保护下的平台表面电位差小,电位分布更均匀。尽管海水稀释20倍,钙质沉积层的沉积与覆盖仍是影响平台表面电位分布的重要因素。结论辅助阳极发生电流单元的数量、距离平台的相对位置以及钙质沉积层的覆盖是影响平台表面电位分布和保护程度的重要因素。     

海水管道内壁外加电流系统棒状辅助阳极保护距离探讨

目的研究不同管径海水管道在静态及不同海水流速环境中外加电流系统棒状辅助阳极对管道内部腐蚀防护的规律。方法模拟海水管道实海环境,对管道施加棒状辅助阳极外加电流阴极保护,连续测定管道不同部位保护电位,由此得到防护规律。结果静态试验中,随管径变小,最大保护距离越短,当管径直径≤100 mm时,棒状辅助阳极基本起不到保护作用,不适宜用此种方法保护。动态试验中,同一管径的管道,流速越大,保护效果越差,但影响不大,流速在2~4 m/s之间保护距离差异不大;不同管径,仍如静态实验结果相似,随管径变小,保护距离越短。结论棒状辅助阳极在海水管道中的保护距离有限,且不适合小管径管道,要想提供管道长距离稳定的保护效果需考虑其他方式。     

高强不锈钢在海水环境中的阴极保护行为研究

目的 研究不同阴极极化电位下高强不锈钢的极化行为,确定某高强不锈钢合理的阴极保护电位区间。方法 通过动电位极化测试以及电化学阻抗测试等电化学测试手段,研究此种高强不锈钢在海水中的阴极反应过程,通过不同极化电位下的恒电位极化测试,结合扫描电子显微镜和能谱仪,观察分析试样表面的腐蚀产物,研究阴极极化电位对高强不锈钢表面阴极产物膜的影响规律,以及对高强不锈钢在海水中的阴极保护效果。结果 动电位极化测试表明,在‒0.50~‒0.90 V,只需要施加很小的阴极电流,就可使极化电位发生显著变化。电化学阻抗谱测试及拟合结果表明,极化电位在‒0.70 V时,电极反应的电荷转移电阻最大,此时腐蚀被完全抑制。恒电位极化测试发现,随着电位负移,极化电流密度整体上呈现先减小、后增大的趋势。用能谱仪分析其表面产物发现,钙镁沉积层的致密度呈现先增加、后降低的趋势。结论 此种高强不锈钢在海水环境中施加阴极电位为‒0.50~‒1.00 V时,可以得到有效保护。     

基于外加电流阴极保护法的FPSO保护方案

目的 确定目标FPSO主船体结构全寿命期下外加电流阴极保护系统中的最优参数。方法 采用计算机软件数值模拟的方法,建立目标FPSO主船体结构外加电流阴极保护模型,研究外加电流阴极保护系统中辅助阳极位置、数量以及输出电流对目标FPSO保护状态的影响。结果 分别在距离目标FPSO船尾57、127、191、267 m,吃水深度为5.3、5.7、5.7、5.2 m处的左、右两舷侧上对称布置共8个辅助阳极,各个辅助阳极初期释放电流分别为7、6、6、6 A,外加电流阴极保护系统输出总电流以34.6 A/a线性增加,可使得全寿命期下目标FPSO主船体结构水下部分处于完全保护状态。结论 采用计算机软件数值模拟计算可以快速得到外加电流阴极保护系统参数与目标FPSO保护状态之间的关系,进而可得到阴极保护最优参数,这为后续在目标FPSO上使用外加电流阴极保护系统确立最优参数提供了理论依据。     

海洋石油平台导管架阴极保护监测数据分析与讨论

目的研究海洋石油平台腐蚀现状,确保导管架处于阴极保护状态。方法对近3年导管架阴极保护监测系统所采集的数据进行讨论,根据不同位置的电位电流传感器所获得的数据进行各个观测点位的腐蚀状态对比分析。结果通过对数据研究表明,该系统电位电流传感器所采集的数据翔实可靠,所收集到的导管架节点电极电位均在保护范围内。就现阶段而言,导管架牺牲阳极输出电流基本趋于稳定。结论该平台阴极保护监测设备运行良好,所测点位均处于阴极保护状态,且基本达到完全极化,对该海域新建平台防腐设计具有重要的参考价值。     

陵水气田输气管道阴极保护效果数值仿真研究

目的 研究海水环境因素和工况因素对其海底管道的牺牲阳极阴极保护效果。方法 针对国内首个自主知识产权深水平台——陵水平台,基于边界元开展管道的阴极保护仿真计算,重点研究不同涂层破损率、海水流速和海水电导率对其管道牺牲阳极阴极保护效果的影响。结果 涂层破损率从1%增加到10%,同样的牺牲阳极保护方案,管道的最正阴极保护电位增加了102 mV;海水电导率从4 S/m减小到2 S/m,管道的最正阴极保护电位增加了10 mV;海水流速从0 m/s增加到4 m/s,管道的最正阴极保护电位增加了26 mV。结论 涂层破损率增大、海水电导率降低、海水流速增加等都会导致阴极保护效果的降低,因此在设计阶段,需要考虑环境工况因素对阴极保护效果的影响,确保达到合理的阴极保护效果。     

海上风电基础阴极保护技术研究

目的 探究外加单一电流阴极保护（Impressed Current Catholic Protection,ICCP）系统、单一牺牲阳极保护（Sacrificial Anode Cathodic Protection,SACP）系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下对海上风电基础的最优保护方案。方法 通过对3种工况进行数值模拟计算,对比不同工况下阴极保护系统对风电基础的保护效果。确定最优工况后,构建大比尺模型对最佳工况进行该工况下的实海测试实验。结果 单一SACP、单一ICCP系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下,风电基础保护电位区间分别为–926～–881 mV、–1 018～–985 mV和–984～–963 mV。实海测试实验中,导管架电位分布为–1 029～–912 mV。数值模拟结果与实验结果基本一致。结论 当SACP与ICCP系统联合保护时,保护效果最好。随着输出电流的逐步增大,风电基础模型逐步趋于过保护状态。     

脉冲阴极保护研究现状及在铝合金防护上的应用展望

对脉冲阴极保护技术的起源,发展历史及应用现状进行了介绍。根据学者对Q235钢、40角钢等金属在模拟海水环境下进行的脉冲阴极保护研究,确定了影响脉冲阴极保护效果的主要参数为脉冲周期、占空比、脉冲幅值以及阳极距离等,分析得出了脉冲阴极保护技术的优点以及该技术推广所存在的限制和原因,并与传统直流阴极保护技术的保护效果进行比较,显示出脉冲阴极保护技术用于金属设备防护时的优越性,可使保护电位更均匀,保护距离更长,在同等保护效果下的能耗更低。分析了当前海水环境下船用铝合金的使用特点以及保护现状。结合脉冲阴极保护的特性和优点,根据传统的阴极保护理论以及双电层理论,分析并展望了脉冲阴极保护技术用于海洋环境下船用铝合金防护的可行性和应用前景。     

深海工程装备阴极保护技术进展

综述了深海工程装备阴极保护参数、牺牲阳极材料以及阴极保护技术研究及应用现状,分析了深海压力、溶解氧、温度、流速等环境因素对阴极保护电位、电流密度判据,牺牲阳极性能影响,认为温度和流速是影响阴极保护电流密度的两个关键因素,而温度和压力交变是影响牺牲阳极性能的两个主要因素。最后讨论了深海工程装备阴极保护技术发展方向。     

外加电流阴极保护用钛阳极

外加电流阴极方法是一种有效的保护金属不被腐蚀的方法,钛阳极是外加电流阴极保护中的重要部件.主要介绍了钛阳极的制备方法,给出了3种不同环境中钛阳极的强化寿命检测方法,对钛阳极和其他辅助阳极的性能进行了比较,钛阳极由于优异的物理、化学及电化学性能,目前已成为最有前途的外加电流阴极保护用辅助阳极材料.     

船舶腐蚀相关电磁场特征仿真研究

随着电磁探测技术的提高和电磁引信水雷的开发应用,腐蚀相关电磁场成为影响船舶隐身性能和安全性的重要因素.针对目前没有系统的关于船体无保护、外加电流保护和牺牲阳极保护导致的稳态电场和腐蚀相关磁场特征研究的现状,采用数值仿真技术模拟了上述3种条件下的稳态电场和腐蚀相关磁场特征.研究结果表明,不同保护状态导致的腐蚀相关电磁场具...     

海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅰ)——小尺寸阳极静态海水试验研究

目的设计一种新型牺牲阳极,满足海洋工程钢结构阴极保护不同时期保护电流需求,节约牺牲阳极用量。方法通过改变常规阳极面积与质量比,分别设计面积相同和质量相同的新型阳极和常规阳极,并进行静态海水阴极保护对比试验。结果面积与常规阳极相同的新型阳极,在节约质量近50%的基础上,实现了与常规阳极相近的发生电流;质量与常规阳极相同的新型阳极,表面积增加近70%,实现了初期发生电流增加18%,试验阶段发生电流增加14%,被保护钢试样的快速极化。结论通过增加常规阳极面积与质量比,降低接水电阻,增加发生电流的设计思路是可行的。     

三维地形下并行管道阴保干扰规律数值模拟研究

目的研究三维地形下的并行管道干扰规律,提出降低并行管道干扰的合理措施。方法使用BEASY软件进行数值模拟,通过设置不同的涂层破损率、管道直径、土壤电阻率、输出电流等探究各参数对三维地形下并行管道干扰的影响规律。结果并行管道间存在干扰,相较于单根管道,在辅助阳极附近的管道阴极保护电位变小,其他位置处管道保护电位略有上升。随管道并行间距增加,干扰减弱。土壤电阻率越大,阳极输出电流越大,辅助阳极距管道距离越近,管道直径越小,并行管道间干扰越剧烈。结论对于独立设置阴极保护的并行管道,推荐管道并行间距大于80m;对于联合阴极保护的并行管道,推荐管道并行间距小于7 m。     

外加电流阴极保护中深井阳极的布置

针对某输油管道工程,为保障阴极保护效果的同时,减少阴极保护对周边金属构筑物产生直流杂散电流的干扰。结合现有相关标准规范以及阴极保护干扰的产生机理,对深井阳极的布置位置和阴极保护方案进行对比分析。由于该工程输油管道将分输库整体包围,如库外长输管道全部采取外加电流的阴极保护形式,无论阳极井如何布置,阴极保护电流均有可能对分输库内储罐等金属构筑物产生杂散电流干扰,此时阳极井的位置需从施工、维护、保护电流的发散以及投资等方面比选确定。为了实现外输管道得到有效保护,且最大程度减小阴极保护电流对分输库内储罐等金属构筑物的干扰,可采取对由分支点进出库区的成品油管道与干线绝缘,并对该部分管道施加牺牲阳极保护的形式。