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。     

定向钻穿越管道阴极保护数值模拟评价方法

目的通过数值模拟的方法探索定向钻穿越管道的阴极保护评价。方法根据一条5130 m长度的定向钻穿越管道的实际参数,基于CDEGS软件计算方法,应用涂层耐受电压与电流密度的关系,计算定向钻管道浅埋层和岩石层中的管道的电位分布。结果通过调整土壤分层电阻率参数及土壤分层厚度进行计算,得到了定向钻穿越管道在分层土壤电阻率条件下的阴极保护电位分布规律。结论明确了土壤电阻率是影响定向钻管道电位分布的主要因素,形成了基于定向钻管道两端阴极保护电位和土壤分层电阻率,推导了整条定向钻穿越管道的阴极保护电位分布情况的评价方法。     

深水导管架平台外加电流阴极保护优化设计Ⅰ:单座辅助阳极

目的 以南海某200 m深水导管架平台为原型,研究外加电流单座辅助阳极在静态和动态海水条件下的导管架阴极保护电位分布及其变化规律。方法 采用一定比例缩小的导管架模型,对其施加外加电流阴极保护,研究不同条件下的阴极保护电位分布,以及电位分布的变化规律。结果 辅助阳极距离导管架模型越远,模型整体的阴极保护越均匀,反之,则越不均匀。导管架距离辅助阳极最近的区域,阴极保护电流密度最大,易出现过保护风险,而平台内部屏蔽严重区域和距离辅助阳极较远的水面附近导管架结构,阴极保护电位负移程度最小,易出现欠保护风险,这2个典型区域应当是阴极保护监测的重点位置。在相同保护电流密度和保护距离下,从静态到动态转换时,整座导管架表面的电位均呈现上升趋势,电位差值更大,分布更不均匀。随着阴极保护时间的延长,代表沉积层形成质量和覆盖程度的表观电阻率Rsr呈现初期快速增加、后期缓慢升高的趋势。海水流动会导致沉积层变薄,甚至脱落,使得动态海水环境中Rsr较同时期静态环境下的小。结论 在导管架模型的一侧放置一套辅助阳极,可实现整个模型的有效阴极保护。     

地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰数值模拟

目的 研究地铁系统运行状态多变性导致地铁杂散电流对埋地管道的干扰规律.方法 构建具有多个牵引区间、排流网、地铁站接地系统及停车场的地铁系统,埋地管道及其阴极保护系统等模型,基于数值模拟方法,采用专业软件计算地铁机车数量、位置及牵引电流变化,地铁排流网、站内接地系统和停车场与线路轨道电导通状况等地铁运行状态变化下轨道对地电位分布,轨道和排流网泄漏杂散电流密度分布,接地系统和停车场杂散电流量、以及杂散电流干扰时的埋地管道电位分布,分析确定地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰规律.结果 地铁系统采用焊接而成的长走行轨回流时,任何牵引供电区间内运行的机车及电流变化,均会对靠近地铁线路的埋地管道造成干扰,干扰有叠加效应.干扰最大位置出现在埋地管道与轨道的交叉点或并行段,且并行间距越小,最大干扰水平越接近交叉点处的干扰水平.当地铁排流网、站接地系统和停车场轨道不与线路轨道电连接时,能够一定程度降低干扰水平,当与轨道在局部电连接时,会使得邻近埋地管道所受干扰程度剧增.结论 地铁运行状态变化致使埋地管道电位波动,且波动程度与机车运行状态、接地系统或停车场轨道频繁与线路轨道电连接状态、排流网性能及工作状态等地铁运行状态息息相关,在干扰检测和防护中应关注地铁运行状况变化.     

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。     

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。     

在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护数值模拟

目的分析海洋桩基平台所在浅海区域牺牲阳极接地电阻和不同牺牲阳极方案的保护效果及施工量,为海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提供指导。方法利用BEASY CP数值模拟软件,对桩基平台牺牲阳极阴极保护系统设计中阳极接水电阻和不同保护方案的保护效果进行数值模拟计算。结果在文中桩基平台所在海域内,所选牺牲阳极单支布置于海水/海泥界面0.25 m以上、水面1.35 m以下时,接水电阻接近且相对最小,约为0.048Ω,比标准推荐公式计算的接水电阻大约26%。多支组合阳极的接水电阻,随阳极数量或阳极间距的增大而降低,但因存在拥挤效应,其接水电阻要明显高于理想的多支阳极并联电阻。在设定的牺牲阳极布置方案中,将牺牲阳极布置于距离海水/海泥交界面0.8 m处,共给出了3种阳极的组合方式,即5支、3支组合阳极和单支阳极。再基于阳极位置或数量变化合计,设置6种牺牲阳极方案,每种方案下的阳极总数处于48~60支之间。计算结果显示,在不同牺牲阳极方案下,桩基平台的保护电位分布区间较为接近,约处于-680~-1080mV(vs.CSE)之间。不同方案的保护效果差异主要体现在对腐蚀性相对较高的海水和海水/海泥交界面附近主桩和隔水管的保护上,随着阳极由5支组合阳极方案、3支组合阳极方案到单支阳极方案转变,牺牲阳极输出总电流由110 A增加到133 A,其对主桩和隔水管的保护效果越好,即保护电位越负,且保护距离增加。其中对主桩在海泥中的保护距离由5~8 m增加到5~10 m,对隔水管在海泥中的保护距离由0~3 m增加到4~7 m。5支组合阳极方案1中,两侧阳极输出最大电流约为中间阳极输出电流的2倍,3支组合阳极方案2中各牺牲阳极输出电流相当。结论通过数值模拟方法,可优化牺牲阳极数量、组合方式和位置,从而实现保护电位分布更均匀。基于案例提出的3支组合阳极方案2兼具了保护效果、阳极输出电流均匀性和相对较少的施工量等特点,可为在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提供参考。     

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。     

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。     

海底管道腐蚀防护状态检测方法

目的介绍一种海底管道腐蚀防护状态的非接触式检测方法,验证基于远地参比电极电位差测量的海底管道腐蚀防护状态检测方法的可行性。方法论述基于远地参比电极电位差测量的非接触式检测方法的原理,并应用数值模拟软件模拟计算964.6 m长的海底管道的电位,分析5种不同工况下埋深海底管道的整体电位在200 m水深范围内的分布规律。结果海底管道中的有效牺牲阳极分布越均匀,距离管道越远,管道整体电位分布越一致,基于该方法的管道保护电位检测越精确。管道腐蚀防护层破损越严重,牺牲阳极状态可检测性越好。结论处于设计寿命末期的海底管道周围环境电场梯度较大,这为基于远地参比电极电位差测量的非接触式检测方法提供了理论依据,证实了远参比电极电位检测法的有效性。     

埋地阴极保护管线的交流干扰腐蚀

通过阴极保护管道交流腐蚀案例,总结了交流输电线路等交流设施对埋地管道的干扰规律、阴极保护管道交流腐蚀的特征、发生条件及影响因素等。综述了交流电对管道钢材料活化和钝化体系的电极过程和极化行为的主要影响规律;高阴极保护水平对交流腐蚀的协同加速作用。系统阐述了阴极保护条件下管道发生交流腐蚀的机理及评估准则等方面的最新研究进展;梳理了交流干扰腐蚀机理模型中的主要观点和影响因素,同时阐述了交流干扰下阴极保护技术面临的主要问题。     

埋地成品油管道绝缘接头漏电失效特征分析

目的 分析兰成渝成品油管道某管段绝缘接头漏电失效的原因以及对阴极保护有效性产生的影响.方法 通过电位测量、电阻测试、漏电率测试等方法对管道阴极保护系统中恒电位仪、绝缘接头绝缘性能等进行检测.对该管段进行阴极保护输出、绝缘接头两端电位等参数的返场调研检测,对绝缘接头失效部位管内腐蚀产物成分及形貌进行表征.结果 恒电位仪在清管前后的输出电压差为7.55 V,保护侧与非保护侧电位相同漏电率达90％.绝缘接头两端管段存在大量坑蚀,深度可达3～3.5 mm.绝缘接头垫片处附着大量腐蚀产物,主要成分为Fe3O4和FeOOH等有磁性、易导电的铁氧化物.结论 绝缘接头失效导致管道失去保护,原因是外防腐层破损,外部导电介质会造成管道电搭接;管道内部磁性导电腐蚀产物导致绝缘接头短接.