管道阴极保护数值模拟实验_张丰
数值仿真技术在长输管道阴极保护中的应用进展_张玉志
毥 合强制电流进行保护 。 传统的阴极保护体系是基于 不能解决保护电 经验公式和平均电 流 密 度 的 思 想 ， 流密 度 在 空 间 上 的 不 均 匀 性 和 时 间 上 的 变 化 问
１］ ， 题［ 导致阴极保 护 系 统 在 运 行 过 程 中 可 能 出 现 过
保护或欠保护现象 。 数值仿真技术为解决上述问题提供了可行的途 径 。 利用数值模拟 技 术 对 管 道 进 行 建 模 ， 并在考虑 各种影响因素的条 件 下 对 模 型 进 行 求 解 ， 从而得到 管道表面的电位和电流密度分布 。 数值仿真技术既 可以在长输管道阴极保护系统设计阶段对原有设计 进行优化 ， 也可以在长输管道运行时 ， 对阴极保护系 统运行过程中对杂 散 电 流 干 扰 等 进 行 评 估 ， 从而制 定维护计划 。
４］ 。 二维问题的边界元模型为描述边界的线单元 作［
密度等于零 。
＝ θ 烄 （ ） ｎ Ｓ ３ ３ １ ０ Ｏ 烅 ＝ ｑ＝ ｎ 烆 ρ ） 、 （ ） 、 （ ） ） 式（ 与研究区域内拉普拉斯方程式 （ 共 １ ２ ３ ４ 同组成数值计算的数学模型 。
１ ２ （ ） ４ ＝０ ρ 而对描述方程的求解方法主要为有限元法和边 界元法 。 数学模型中各 数 学 符 号 的 含 义 如 下 ： 电流密 ｑ： ： ： 度； 电阻率 ； 电位 ； 金属极化函数 ； ： ） ｆ ｆ ｑ） ａ ｃ（ １（ ρ： 金属通电时电位与电流密度之间的数学函数 ； 拉 ： 普拉斯算子 。
（ ） 中国石油管道研究中心 ， 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ 摘 要 ：数值仿真技术在油气管道阴极保护的设计和运 行 优 化 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。 本 文 介 绍 了 油 气 管 道 数值仿真技术常用的数学模型 ， 并对基于有限元 和 边 界 元 方 法 的 数 值 仿 真 技 术 在 国 内 外 长 输 管 道 阴 极 保 护 中 的 应 用情况进行了介绍 。 关键词 ：管道 ； 阴极保护 ； 数值仿真 ； 有限元 ； 边界元 ） 中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ４． ４ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ７ ４ ８ Ｘ（ ２ ０ １ １ １ ２ ０ ９ ６ ９ ０ ３ － － －
阴极保护技术在埋地管道上的应用案例的总结
阴极保护技术在埋地管道上的应用案例的总结课程：现代阴极保护技术班级：学号：姓名：目录1.阴极保护技术介绍1.1阴极保护技术原理1.2阴极保护方法1.2.1牺牲阳极阴极保护技术1.2.2强制电流阴极保护技术2. 阴极保护技术在埋地管道上的应用2.1 阴极保护技术的应用现状2.2 埋地管道采取防腐措施的必要性3.应用实例分析3.1 西气东输东输管道工程阴极保护3.1.1 阴极保护设计参数选定3.1.2 阴极保护站位置的确定3.1.3 阴极保护系统的构成3.1.4 管道外防腐涂层与阴极保护的协调问题3.2 天津渤西油气处理厂管道牺牲阳极保护3.2.1 保护电位的确定3.2.2 阳极材料及数量的确定3.2.3 阳极分布及埋设3.3 长庆油田靖咸长输管道、靖惠管道、第三采油厂管道的检测与评定3.4 油气管道阴极保护的现状与展望参考文献1.阴极保护技术介绍1.1阴极保护技术原理阴极保护是通过阴极电流使金属阴极极化实现。
通常采用牺牲阳极或外加电流的方法。
系统的检测主要通过每间隔一定的距离所测得的阴极保护数据来准确分析判定管道的阴极保护状态。
1.2阴极保护方法1.2.1牺牲阳极阴极保护技术牺牲阳极法是将需要保护的金属结构作为阴极，通过电气连接与电子电位更低的金属或合金连接，使其满足腐蚀电池形成的条件，让电子电位低的阳极材料向电子电位高的阴极材料不间断地提供电子。
牺牲阳极因较活泼而优先溶解，向被保护金属通入一定量的负极直流电，使其相对于阳极接地装置变成一个大阴极而免遭腐蚀, 而阳极则遭到强烈腐蚀；此时阴极材料的结构首先极化，在结构表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，从而达到保护阴极材料的目的。
1.2.2强制电流阴极保护技术强制（外加）电流是通过外加的直流电源（整流器等），直接向被保护的金属材料施加阴极电流，使其发生阴极极化，同样达到保护阴极金属材料的目的。
而给辅助阳极(一般为高硅铸铁或废钢)施加阳极电流，构成一个腐蚀电池，也可使金属结构得到保护。
管道阴极保护技术发展和数值模拟在其中的应用
管道阴极保护技术发展和数值模拟在其中的应用摘要：近年来，随着社会进步和科技发展，阴极保护无论在应用范围还是在先进技术上都得到了较大的发展。
阴极保护技术适用于油气长输管道防腐蚀，实施该技术可有效减缓管道的腐蚀速度及程度，延长管道的使用寿命，降低维修费用。
一些先进的分析计算与测量技术与传统的阴极保护相结合产生阴极保护数值模拟计算技术、阴极保护探头监测与无线传输技术，大大提高了阴极保护设计和维护管理水平。
数值模拟技术在近年来得到了迅速的发展，通过数值模拟计算可以准确预测阴极保护的保护效果,解决传统阴极保护设计中的弊端,所以数值模拟方法已经被广泛地应用到腐蚀与防护计算领域。
本文对了国内外阴极保护技术的现状，以及数值模拟在阴极保护中的研究进展和应用情况进行了综述。
关键词：阴极保护管道腐蚀数值模拟1 阴极保护国内外研究进展阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。
阴极保护技术分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，目前该技术已经基本成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、钢码头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物的腐蚀控制。
随着我国工业化、城镇化步伐的加快以经济的高速增长，我国已经成长为全球第二大经济体，对石油、天然气的消费需求不断增加。
为使油气从生产地到达消费地，需建设长输油气管道。
管道铺设从偏远的油气矿区开始一直延伸到繁华的都市，管道要途径坑坑洼洼、凹凸不平、风沙雨雪、穿越河流等多种复杂环境，管道在输送过程中，因风蚀、水力作用及重力侵蚀衍生的腐蚀介质对管道造成较大程度的伤害。
在目前的技术条件下，阴极保护无疑是最适宜的措施。
1.1国外阴极保护技术的发展1823 年，英国学者汉·戴维接受英国海军部对木制舰船的铜护套的腐蚀的研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，并将采用铁和锌对铜保护的相关报告于 1824年发表，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。
47生物污损的危害
海洋生物污损研究进展李丹丹47号材料与化工学院生物工程专业2班摘要本文介绍了生物污损的危害，还介绍了新型防污技术以及海生物附着特点和机理以及防海生物污损材料的研究现状。
低表面能涂料是当前广泛使用的防污材料，其利用自身表面能低的性质使海生物在舰船上的粘附力下降，进而达到防污损目的。
超疏水材料和仿生材料在自清洁、防腐蚀等方面所展示的独特性能。
关键字危害机理新型方法材料一生物污损的危害海洋附着生物也称海洋污损生物，海洋污损生物是指生长在船底、管道、浮标和人工设施上的动、植物和微生物的总称。
许多种类,如藤壶、牡蝎、贻贝等常附着于船底、浮标、管道和水下设施上,致使船舰航速下降,燃料消耗增加,因此对海防、海运交通、沿海工业和渔业常造成极大危害。
据美国统计,每年因污损生物引起的经济损失达7亿美元,英国统计每年达5千万英磅,1969一197。
年在日本广岛因爆发性出现盘管虫,使牡蜗业损失达30亿日元。
所以,海洋污损生物的危害及拄防治问题,多年来一直为世界各滨海国家所重视。
海洋中约有400压500 种污损生物附在所有污损生物中有半数以上浮游在海岸和港湾处,这些生物生长在船底、浮标、输水管道、冷却管道、沉船、海底电缆、木筏、浮子、浮桥、网具和海洋监测仪器上,并在这些设施表面上的积累、定居、及繁衍等,久而久之,就形成了一层坚固的、粗糙的、厚硬壳层。
从而引起了船舶及海上建筑的防腐蚀保护层的损坏,加速了金属构件的腐蚀,降低了船舶和海上建筑物的使用寿命,造成了相应的危害。
它们附着于船底,会增加航行阻力、降低船速、多耗燃料:附着于海洋养殖网具,会造成网眼堵塞、降低海水交换效率,可导致海水养殖鱼贝类发育不良甚至死亡;附着于海水管路内壁,会引起管路堵塞,从而酿成重大事故:附着于海洋监测仪器上会导致仪器信号失真、性能下降。
二深入探索污损生物附着机理许多大型污损生物如藤壶、牡蛎和贻贝等在附着时, 都会分泌一种特殊的生物胶质来将其牢固地黏附在附着基体表面上. 这种生物胶质黏结强度较高, 黏合速度快, 可在水下迅速聚合固化, 且极难降解. 因此需要对其进行详细的研究, 彻底查清其黏附特点和交联聚合作用机制. 若能弄清其结构组成及聚合固化机理, 便可针对这种生物胶质的黏结过程和固化机理, 通过人为因素来干扰其形成或交联聚合过程. 目前已经对海洋生物分泌的生物胶质进行了一定程度的研究工作, 但是对于组成胶质的蛋白质结构及黏附过程中各因素之间的相互作用并没有彻底了解清楚(2). 因此, 今后的工作重点应放在进一步探讨海洋生物胶粘物的结构、组成及黏附机理上, 寻找干扰或抑制液态胶交联聚合过程的方法和技术,阻止从液态到固态这一转变过程的发生.除生物胶质以外, 影响海洋生物附着的因素还有很多. 水温、盐度、pH值、离子浓度、海水溶氧浓度等都会对其造成一定的影响. 研究表明, 蔓足类生物的附着不仅受水温、盐度的影响, 还与光、附着基色、水深和水流等因素密切相关.综上所述, 如能彻底了解海洋生物胶质黏附的深层次原理并掌握污损生物优势种的发育特点及关键时期、附着过程、变态规律等信息, 便可以通过相应手段对其进行干扰, 有助于开发新型防污技术.三新型防污除污技术(一)微生物粘膜防污技术海洋结构物表面附着的微生物粘膜是一个可控制的复杂生态系统, 一方面与污损生物群落的形成和发展密切相关, 另一方面对涂料膜中毒料的渗出起着重要作用. Egan等发现用从石莼表面分离出的两种细菌经培养形成菌膜后, 能有效抑制藻类孢子和无脊椎动物幼虫的附着; 高运华等从防污涂料表面细菌粘膜中分离出具有抑制附着作用的细菌菌株(Q193)并用其制成人工细菌粘膜, 在一定时间内可以有效地防止生物污损. 因此, 深入细致探讨微生物粘膜中的细菌对其它生物所产生的抑制作用, 将有助于开发新型防污产品.(二)表面植绒型防污技术表面植绒型防污技术是一种新型的表面防污技术, 其防污原理是在涂料表面生成一层类似于微生物鞭毛的不稳定结构, 鞭毛结构在海水的冲击下会不停地运动使污损生物的孢子和幼虫难以在其表面附着, 因此可以起到十分良好的防污效果[53]. 相对于传统的防污涂料, 表面植绒型防污技术不采用毒物、使用中不会产生有害化学物质消耗, 因此其具有环境友好、长效广谱的优点(3).(三) 纳米防污技术近些年来纳米技术经历了突飞猛进的发展, 取得了十分突出的成绩和令人瞩目的成就.现有的防污技术中有机锡防污剂已全面禁用, 有机杀生剂和普通氧化亚铜的长效防污性能不能满足要求, 在这种情况下, 将传统防污技术与纳米科技相结合为防污技术的发展提供了一个新的方向[49].将纳米科技应用于防污技术, 可以有效提高防污剂的活性, 延长其使用寿命并使防污剂中的毒物得到充分利用. 将其应用于表面涂料还可以使涂料得到更加优异的物理化学性能. 采用纳米级的氧化亚铜结合高效杀生剂制成纳米防污涂料, 包裹在基料中的氧化亚铜不会随海水的冲刷而流失, 但是可以缓慢地释放出来, 达到长效防污的效果. 微胶囊包覆技术是纳米科技应用于污损生物防除领域的最新成果, 它采用聚合物材料对纳米级防污剂(如纳米级氧化亚铜、纳米级氧化锌)进行包覆形成微粒, 然后配制在涂料中, 通过改变聚合物材料的种类、沉积物厚度、交联度、包覆物微粒直径、包覆方法以及包覆颗粒在涂料中的浓度可以调节防污剂的释放率. 在海水的作用下微胶囊会逐渐溶解, 缓慢而有效地释放出防污剂, 从而可以达到长效稳定且效果更佳的防污作用.纳米防污材料是理想的环保长效型防污材料,通过纳米材料选择(1), 纳米负载技术和防污试验的进一步开展与完善, 终将研制出具有良好应用前景的高效纳米防污涂料.(四) 强声防污方法上世纪80年代, 瑞典人首创了以次声波清除锅炉烟道内积灰的技术. 此后, 强声清除法在清除锅炉烟道内结焦积灰方面得到了广泛的应用. 在船舶生物附着的清除中应用强声发生器产生的大振幅、高声强的强声声波来破坏污损生物的附着是一个很有发展前景的研究方向. 该方法对污损生物不具有灭杀作用, 而是采用强声机械能来破坏污损生物与基体之间的附着. 在未发生附着时可以使用低能量的强声进行防污; 对于已经附着的污损生物可以用高能强声声波将其去除. 强声清除法无毒副作用, 不污染环境; 适合各种复杂结构表面的附着清除, 不会损坏船舶结构; 容易实现自动清除, 清除效率高, 效果好. 这些特点使得该方法特别适合军用舰船等船体结构形状复杂、对除污效率和效果要求较高的情况. 防污工作所需要的强声发生器及所采用的强声声波目前尚未研究清楚, 并且强声清除法对军用舰船的隐身性能的影响仍需进一步研究.五新型防海生物污损材料(一) 杀生防污涂料从２０世纪８０年代后期开始，美国、英国、等国家先后对有机锡类防污涂料加以限制。
油气储运-学科前沿讲座
XXXX 大学题目__________________________指导老师___________辅导老师___________学生姓名___________学生学号________________________院(部)__________________________________专业________班______年_____月_____日学科前沿讲座 油气储运工程 2012 06 08目录1 绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2行业发展历程 (1)2 我国油气储运新技术 (2)2.1西气东输工程 (2)2.2X70管线钢在西气东输中的应用 (2)2.2.1 X70管线钢的特点 (3)2.2.2 针状铁素体X70管线钢的组织和性能 (3)2.2.3 针状铁素体X70管线钢的应用 (3)2.3我国油气储运相关技术新进展 (4)2.3.1 完整性和失效控制技术 (4)2.3.2 冷热原油交替输送技术 (5)2.3.3 成品油顺序输送混油控制技术 (6)2.3.4 腐蚀控制技术 (6)3 计算流体动力学 (7)3.1CFD基本模型 (8)3.1.1 基本控制方程 (8)3.1.2 湍流模型 (11)3.1.3 初始条件和边界条件 (12)3.2CFD工作流程 (12)4 卫星监控在油气储运中的应用 (15)4.1卫星通讯技术 (15)4.2北斗卫星系统在石油工业的应用 (16)4.3管线阀室远程监控 (17)5 海底天然气管道 (18)5.1管道内残留液态水的危害 (19)5.2管道除水技术 (20)5.2.1 除水清管列车 (20)5.2.2 分多次单发扫线清管器除水 (21)5.3管道干燥技术 (21)5.3.1 干燥剂干燥法 (22)5.3.2 真空干燥法 (22)5.3.3 干空气干燥法 (23)6 液化天然气储运 (23)6.1LNG简介 (23)6.1.1 LNG的主要优点 (23)6.1.2 国外LNG产业状况 (24)6.1.2 国内LNG产业状况 (24)6.2LNG工业链 (25)6.2.1 液化天然气工厂 (25)6.2.2 液化天然气接收终端 (26)6.2.3 液化天然气运输槽车和罐式集装箱 (27)7 海底输油管道 (28)7.1海底管道现状 (29)7.2海底管道多相混输技术 (30)7.2.1 多相混输的相关研究 (30)7.2.2 多相混输技术研究的发展方向 (32)7.3海底管道铺设技术 (33)7.3.1 拖曳式铺管法 (33)7.3.2 卷管式铺管法 (34)7.3.3 J型铺管法 (34)7.3.4 S型铺管法 (35)参考文献 (37)1 绪论1.1 研究背景油气储运高等教育迎来60诞辰，长输油气管道运营也走过了40余载，在近半个世纪的发展历程中，长输管道从无到有，发展壮大，成为国民经济的能源大动脉。
浅谈油气管道阴极保护技术现状
浅谈油气管道阴极保护技术现状在目前，油气管道防腐控制系统，主要是由防腐层和阴极保护层组成，大部分款都要通过防腐程度可以与空气隔绝，作为第一道防线，有力地保护了管道，但是，有很多事情是不可避免发生的，如机械碰撞，就会出现很多漏点，使管道暴露在环境外面接触到空气，受到腐蚀的威胁。
针对这一情况就需要第二道防线，主要是对这些漏点进行附加保护，让管道无法进行腐蚀，这就是阴极保护系统。
阴极保护系统是通过管道的表面进行阴极电流的传送，使管体电位发生负向极化，从而控制住了管道的腐蚀。
一、阴极保护技术现状（一）阴极保护的核心指标主要是靠阴极保护准则，通过阴极保护准则的评判标准，能够进行执导阴极保护的设计，使阴极保护技术能够正常运行。
通过国家制定的有关规定，明确提出了阴极保护的电位值管、地界面极化电位，是评判阴极保护准则的指标。
管道阴极保护电位应该负于-850mv，正于-1200mv。
（二）在进行油气管道阴极保护建设的时候，还存在着不足方面，阴极保护准则应该适用于温度，国家规定，当管道高于40摄氏度的时候，不能进行管道的充分保护，因为在高温下，阴极保护可能会无效，或者丧失其功能，因此如果高于40℃的管道将不能满足阴极保护的要求，不能在其环境下生产运行，因此应该开展，高温度下阴极保护准则的研究。
许多油气管道存在动态直流干扰时的阴极保护，经济发展目前越来越迅速，对油气管道的干扰越来越严重，很多油气管道电位也出现了波动。
编剧有关国家规定，如果管道电位偏离，并且时间很长，这种情况下也没办法进行阴极保护，阴极保护系统无法正常运行。
阴极保护也存在着交流干扰，在这种情况下，如果进行阴极保护，就会出现加速腐蚀、自然腐蚀、阻碍腐蚀，使阴极保护水平降低，不能起到预期的效果，金属会有明显的腐蚀反应。
所以，在目前应该注意交流干扰时腐蚀机理的研究，能够在交流干扰下正常运转，并建立在交流干扰下管道保护的相应准则。
二、管道管理现状（一）通过油气管道阴极保护的目标不同，可以分成阴极线路和区域阴极两个保护系统。
各因素对套管内管道阴极保护影响的数值模拟
各因素对套管内管道阴极保护影响的数值模拟刘波;王树立;赵永刚;刘飞飞;郑亚星;王志锴【摘要】The effects of influence factors of cathodic protection in casing on pipe potential and pipe-to-soil potential were studied using numerical simulation.The results show that the coating quality of casing and pipe had a great influence on pipe potential.The better the coating quality was,the more negative the pipe potential was,and the longer the anode service life was.The sacrificial anode installed in the inside of casing had positive effect on the cathodic protection of the pipe in casing.In addition,the electric conductivity of the electrolyte in casing had a certain effect on the pipe potential,and pipe potential shifted negatively with the increase of electrical conductivity.In the casing section,whatever the coating quality was,whether the anode was stalled in casing and whether the electrolyte conductivity change had few effects on the pipe-to-soil potential.It cannot be determined whether the pipe potential reaches the cathodic protection standard or how the internal corrosion environment is,according to pipe-to-soil potential.%采用数值模拟技术研究了套管内管道阴极保护的影响因素对套管内管道电位以及管地电位的影响.结果表明:套管涂层质量和管道涂层质量对管道电位都有较大影响,涂层质量越好,管道电位就越负,阳极使用寿命就越长;套管内安装牺牲阳极对套管内管道阴极保护有积极作用,避免了该特殊管段达不到阴极保护的效果;套管内电解质的电导率对管道电位有一定的影响,电导率越大,管道电位就越负;在套管段,涂层质量的好坏、内部是否安装阳极、电解质电导率的变化都对管地电位影响较小,无法根据管地电位判断管道是否达到阴极保护的标准或了解其内部的腐蚀环境.【期刊名称】《腐蚀与防护》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】6页(P107-112)【关键词】套管;阴极保护;影响因素;数值模拟【作者】刘波;王树立;赵永刚;刘飞飞;郑亚星;王志锴【作者单位】常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州213016;常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州213016;西安石油大学石油工程学院,西安710065;常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州213016;常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州213016;常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州213016【正文语种】中文【中图分类】TG174根据目前标准规定，对有套管和无套管处管道完整性的评价方法主要包括：在线检测(ILI)、压力检测、外腐蚀直接评价(ECDA)。
管道3PE涂层技术标准对比分析
二、３ＰＥ相关标准及技术规格书
可供参考的国内外３ＰＥ相关标准及技术规格 书包括，ＳＹ／Ｔ０４１３—２００２埋地钢质管道聚乙烯防
＊０６５０００，河北省廊坊市金光道５１号Ｉ电话ｌ（０３１６）２１７０７３７。
万方数据
第２８卷第７期
张丰等：管道３ＰＥ防腐层技术标准对比分析
・４９・
表２加拿大某公司３ＰＥ涂层厚度数据
农６涂装表面要求
万方数据
第２８卷第７期
张丰等：管道３ＰＥ防腐层技术标准对比分析
・５１・
长期粘结性能的影响，并提出指标。
四、结论与建议
自从国内管道发现３ＰＥ涂层存在剥离现象以 来，新建管道工程对于３ＰＥ的技术要求在参考了国 外标准和技术规格书后，相对于ＳＹ／Ｔ ０４１３在检测 项目及指标上有所增加和提高，有些检测项目和指 标甚至比国外要求更严格。但也有部分指标的要求 在国外基础上有所放宽，例如对环氧固化性能指标 △Ｔ。和阴极剥离距离指标（在６５℃、１．５ 件下）的要求。 涂层的质量稳定性一方面通过产品的抽样质量 检查来保证，另一方面通过生产过程中的工艺控制 和监控体系来保证。国内规范在涂层质量检查的频 次方面低于国外规范要求，在生产监控系统方面没 有连续监控自动报警功能，同时，对部分需要监测的 关键项目也没有指明，例如环氧喷枪气压等。 针对以上存在的问题，在编制技术规格书或修 订３ＰＥ的相关标准时应注意以下问题。
基于有限元法的埋地管道阴极保护研究
室 夔
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｒ ｏ ｍ ａ ｇ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｉ ｐ ｅ ｓ ．
术
Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ， ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｐ ｉ ｐ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｕ ｒ ｉ ｅ ｄ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ； ｃ ａ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
０ 前 言
输 送 石 油 、 天 然 气等 资 源 主 要 依 靠 埋 地 钢 质
１ 分析对象
一 个管 网系统 会有少 量的干 线和较 多的 支线 ，
管道来 实现 ，由此 而产生 的管 道腐蚀 问题 愈来 愈 引 沿 着 管 线 会 设 很 多 的 阴极 保 护 站 来 对 管 线进 行 保 起 人们 的普 遍关注 。为 防止管 线腐蚀 、延 长管 线寿 护 。从保 护站输 出的电流 ，阳极 通过导 线和辅 助 阳
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｒ ｅ ｌ ｙ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｅ
交叉并行海底管道阴极保护干扰数值模拟
交叉并行海底管道阴极保护干扰数值模拟季廷伟;王树立;陈磊;陈宏;赵书华【摘要】随着海底管道的高速发展,海底管道也不免会发生交叉平行的情况,相邻管道间的阴极保护也会相互干扰.针对国内某X80海底输油管道参数和阴极保护系统参数,以管道所在海域的天然海水为电解质测量动电位极化曲线,作为有限元数值模拟的边界条件,并引入防腐层击穿系数ξ,分别研究海底管道在裸钢(ξ=1)、涂层破损严重()ξ=0.1、涂层破损较轻()ξ=0.01时两条交叉并行管道在不同交叉角度下的阴极保护电位.结果表明,两条交叉管道在不同的涂层质量和交叉角度下,其相互干扰规律有很大差别,且在管道交叉位置受干扰最严重.所得结果可为海底管道阴极保护设计和管道铺设等工程问题提供指导.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】7页(P84-90)【关键词】交叉并行管道;阴极保护干扰;有限元数值模拟;电位分布【作者】季廷伟;王树立;陈磊;陈宏;赵书华【作者单位】常州大学石油工程学院;常州大学石油工程学院;江苏省油气储运技术重点实验室;常州大学石油工程学院;常州大学石油工程学院;常州大学石油工程学院【正文语种】中文海底管道是海上油气田开发的重要组成部分，是石油、天然气等主要能源向外输送的主要手段。
随着我国海洋经济的快速发展，海底管道的数量正在快速地增长，海底管线的长度也从2006年的2 000 km一跃发展到如今的6 000 km，在局部地区形成了多条管道交叉运行的局面。
由于管道的交叉和并行，难免出现相邻管道阴极保护之间的干扰。
阴极保护系统干扰属于直流干扰范畴，其干扰机理为：当被干扰管道穿过大地中高电位区域时，被迫从大地中吸收电流，导致管/地电位向负向偏移，易引起管道过保护，甚至引起防腐层阴极剥离；当被干扰管道穿越大地中低电位区域时，被迫释放电流或者管道阴极保护电流减小，导致管/地电位向正向偏移，易引起管道欠保护，甚至造成管体腐蚀[1-3]。
油气管道阴极保护系统运行管理现状综述
油气管道阴极保护系统运行管理现状综述摘要：由于我国幅员辽阔，管道在运行过程中面临着不同的环境，导致油气集输管道安全事故频发。
腐蚀是引起油气集输管道事故的主要原因，油气管道采用阴极保护和防腐层保护的措施有很多。
然而，在油气管道的运行过程中，腐蚀是不可避免的。
因此，对管道保护性老化问题及其解决办法进行深入研究，将确保管道充分发挥作用。
关键词：油气管道；防腐保护；阴极保护系统；措施管道外部腐蚀控制系统包括腐蚀保护层和防腐保护系统。
阴极防腐层是防腐线然而在建造和操作管道时，在管道建设和运行过程中，防腐层不可避免地会由于机械碰撞或土应力而出现一些泄漏点，从而导致与腐蚀环境接触的管体产生腐蚀威胁。
腐蚀性的阴极保护系统为管状体提供附加保护在这些泄漏点，以防止腐蚀管道阴极保护技术通过向管道表面提供阴极电流来消极地偏振地面电位管，从而控制管道表面的腐蚀。
一、油气长输管道与阴极保护技术对管道中预防腐败的重要性的分析有着丰富的地下资源，但其分布非常不均匀，而且差异很大。
因此，能源运输已成为能源管理企业的一个优先事项。
能量石油和天然气管道周围环境的复杂性，气候条件、土壤可能会腐蚀石油管道。
除此之外，管道部流动加速了远距离输油管道的腐蚀速度，加剧了输油管道的老化，扰乱了石油和天然气的运输，导致了长期的石油和天然气泄漏，造成资源和能源公司的大量浪费，造成巨大的经济损失，甚至威胁到能源安全。
因此，必须保护管道不受腐蚀，提高其耐腐蚀性，促进石油和天然气企业的长期发展。
阴极防护是防腐的主要技术。
管道需要使用阴极保护公式计算相关数据，并为应用提供有效的参考和指导。
保护技术的主要任务阴极系计算长管道中电位和电流的比分布，以减少外部环境造成的腐蚀。
我国主要采用以下公式计算管道表面潜力的分配，以防止长管道通过控制潜力而腐蚀：阴极保护的计算公式,Lp代表的实际长度管道保护两侧,V代表表面电位之间的差异和潜在的管道,DP代表的外直径管道,Js代表阴极保护电流的密度,和Ds 代表了管道的阻力值。
一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测系统
D O I :10.3969/j.i s s n .1001-5337.2023.2.077 *收稿日期:2022-04-27基金项目:曲阜师范大学科技项目(k j2021h x 054).通信作者:田海峰,男,1976-,博士,副教授,硕士生导师;研究方向:物联网技术㊁大数据技术;E -m a i l :w m t h f @163.c o m.一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测系统*田海峰, 张 藤, 陈 默, 邱茂顺(曲阜师范大学网络空间安全学院,273165,山东省曲阜市) 摘要:为了减少石油运输过程中管道泄漏带来的危害,提出一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测方法,基于该方法设计了地下输油管道泄漏监测系统.在输油管道外部包裹双层密闭的塑料外壳,通过测量外壳内部的气压来监测管道是否发生泄漏,利用R S 485和N B -I o T 网络将报警信息上传至云平台,在P C 端和移动端导入地图,实时动态地显示管道发生泄漏的位置.经测试,该系统报警时延小,定位精度高,稳定可靠.关键词:地下输油管道;管道泄漏监测;气压感知;N B -I o T中图分类号:T E 88 文献标识码:A 文章编号:1001-5337(2023)02-0077-040 引 言我国主要采用管道运输原品油,管道运输有运输量大㊁运费低㊁投资小㊁占地少㊁建设周期短等优点[1].近几年因管道老化㊁不法分子打孔盗油以及第三方人为破坏等因素使管道发生泄漏[2],发生泄漏造成的后果难以估量.随着物联网技术的不断发展,国内外管道泄漏监测技术不断地丰富和完善,人们在管道泄漏监测上取得了显著的成果[3].目前,国内外对地下输油管道泄漏的监测主要是通过传感器监测管道的相关参数来实现的[4].根据传感器放置的位置不同,可以分为管内参数监测㊁管壁参数监测㊁管外参数监测三类[5].考虑到现有的监测方法存在报警时延大㊁定位精度低等问题,提出一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测方法,并设计了基于该方法的地下输油管道泄漏监测系统.1 基于气压感知的监测方法基于气压感知的监测方法是基于封闭环境中气压稳定的原理,当高气压密闭环境遭遇破坏时,气压会下降[6].在输油管道外壁安装包裹管道的双层密闭外壳,在外壳中充入一定压力的惰性气体,并安装气压传感器和微控制器.当输油管道从内部破裂或被外部破坏时,包裹于管道外壁的密闭外壳也会损坏,密闭外壳中的气体就会泄漏,通过监测密闭外壳中的气压可以确定管道是否泄漏.由于输油管道中石油的粘度比较高,在输油过程中要保证原油有较高的温度,因此会在输油管道外侧包裹保温层.可以将双层密闭外壳放置在保温层与管道中间,与保温层同步安装,易于安装又极大地降低了成本.为了使监测更加准确和便于安装,包裹管道的塑料外壳每隔10m 设置一个隔断,在密闭外壳中安装气压传感器和微控制器,把这样的隔断称为监测器.由监测器判断所包裹的输油管道是否发生泄漏,若发生泄漏则把泄漏点的位置信息发送到中继器;中继器对所有的监测器供电,并把泄漏点位置信息发送到云平台;在P C 端和移动端导入地图,并把管道的位置信息嵌入地图中,实时动态地显示管道发生泄漏的位置.在移动端可以跳转到第三方地图,导航到发生泄露的位置,该系统的整体结构框图如图1所示.图1 系统整体结构框图第49卷 第2期2023年4月 曲阜师范大学学报J o u r n a l o f Q u f u N o r m a l U n i v e r s i t yV o l .49 N o .2A p r .20231.1 监测器监测器为一个独立的隔断,其主体是一个双层密闭的塑料外壳,内部包括气压传感器㊁微处理器及通信模块,安装于管道外部的保温层与管道外壁之间,其结构如图2所示.在监测器内充入一定压力的惰性气体,通过监测器内的气压传感器实时监测外壳内部的气压.监测器安装完成后,测量管道未发生泄漏状态下的初始气压,并记录为正常气压.如果管道自然泄漏或被人为打孔破坏,该监测器的气压会逐渐降低,并最终降至大气压强,偏离正常气压的压力称为异常气压.通过设定一个阈值范围,当异常气压相对于正常气压的偏差超过这个阈值时,监测器中的微控制器通过R S 485总线向中继器上传报警信息[7].图2 监测器结构1.2 中继器为了解决R S 485总线通信距离的限制及供电问题,每隔1k m 设置一个中继节点,把该节点称为中继器.每1k m 内的100个监测器通过485总线型通信方式向该中继器发送数据,中继器通过N B -I o T 网络发送数据到云平台.为了解决现场供电问题,同时保证中继器顺利的向云平台发送数据,使用太阳能电池板供电.把中继器放置于太阳能电池板的电控箱内,为保证夜间和阴雨天气正常供电,在电控箱内放置可充电蓄电池,太阳能电池板可对蓄电池充电.太阳能电池板及蓄电池除对中继器供电外,还通过总线对中继器通信范围内的100个监测器供电.中继网络的结构如图3所示.图3 中继网络结构2 硬件设计2.1 硬件选择监测器性能的好坏会直接影响到整个系统的监测精度和误报率,因此监测器的硬件选择也是本系统设计的重点.对比市面上常见的微控制器和气压传感器,气压传感器选择体积小㊁响应快㊁支持I I C传输㊁待机功耗低㊁成本低并且集气压和温度于一体的B M P 180气压传感器;微控制器选择处理能力强㊁超低功耗㊁运算速度快㊁片内资源丰富的M S P 430F 2122微控制器.为了保持整个系统的低功耗,选用低静态功耗并带使能控制端的L D O 芯片N C P 551S N 33为整个监测器供电,并受控的为B M P 180气压传感器供电.同时,监测器电路中使用成本低㊁功耗低的S N 65H V D 10模块作为与中继器实现485总线模式通信的模块.2.2 电路原理图设计监测器硬件电路包括微控制器㊁气压传感器㊁通信模块㊁时钟复位和电源模块5个部分,电路原理结构框图如图4所示.图4 电路原理结构框图微控制器通过I I C 总线连接气压传感器B M P 180,定时读取气压和温度数据.R S 485通信模块S N 65H V D 10通过R X D ㊁T X D ㊁D E 和R E 与微控制器相连,R X D 端接收微控制器发来的串行数据并转发到R S 485总线上,R S 485总线的数据转换为串行数据由T X D 端发送至微控制器.由于R S 485为半双工传输模式,由微控制器控制D E 和R E 端切换发送和接收模式[8].当监测器处于休眠模式时,将D E 和R E 端都配置为失能状态,以降低监测器的整体功耗.电源模块选用两片N C P 551S N 33,将中继器总线上送来的电源转换为3.3V ,其中一片的使能控制端接高电平,作为微控制器和通信模块的供电电源[9];另一片的使能端受微控制器的控制,为气压传感器B M P 180供电.87 曲阜师范大学学报(自然科学版) 2023年3程序设计3.1监测器程序设计M S P430F2122微控制器每隔5s读取一次B M P180气压传感器当前的气压值,并判断当前的气压是否属于正常气压范围.如果该气压属于正常气压,则继续监测.如果该气压属于异常气压,持续采集该节点处气压,如果气压降低至设定阈值,则此处发生泄漏,微控制器把此处的位置信息发送到中继器.如果气压值变为正常气压,则向中继器发送一个检修提示.监测器程序流程图如图5所示.图5监测器程序流程图为了避免监测器失灵影响监测精度,对所有的监测器设置巡检程序,监测器每隔60s向中继器发送一个心跳包,报告监测器处于正常工作状态,以便在监测器遭到破坏或者故障失灵时提醒检修.为了降低监测器的功耗,配置M S P430F2122单片机工作于低功耗L P M3模式.此模式下C P U停止工作,只有外部中断引脚和定时器处于工作状态,外部中断和定时中断可以唤醒处于低功耗的C P U回到正常工作模式[10].配置定时器5s定时作为唤醒时钟,到达定时时间唤醒处理器,并打开B M P180的电源,采集一段时间的气压值后关闭B M P180的电源,计算气压均值并与正常气压值进行比较,若差值超过设定的阈值则发送报警信息.若当前的时间是发送心跳的时间,则上传心跳信息.经过测试,睡眠模式下整个监测器的电流为10μA,正常工作模式下的电流为2m A. 3.2显示终端程序设计在P C端和移动端的显示如图6所示.把地下输油管道的线路引入第三方地图,正方形表示此处的管道正常运行,三角表示此处的管道发生泄漏,圆圈表示此处的微控制器掉线.图6显示界面在移动端点击发生泄漏的节点,例如图6的0001节点,可以跳转到第三方地图,导航到管道发生泄漏的位置.在后台记录哪些管道发生过泄漏㊁泄漏的原因以及维修的相关信息,统计各段发生泄漏的次数,通过对比研究,分析各段管道发生泄漏的概率.4系统测试与总结4.1系统测试结果4.1.1打孔破坏测试为了测试监测系统的性能以及反应时间,对系统进行了模拟实验.在塑料外壳内充入130k P a气体,设置报警阈值为110k P a,选择一段管道对其人为打孔破坏,打孔的孔径为2c m.选取部分编号的测试结果如表1所示.表1打孔破坏测试结果管道编号初始气压是否打孔反应时间监测结果00001129.3k P a是9.8s泄漏00002129.5k P a是9.6s泄漏00003130.2k P a是10.3s泄漏00004130.6k P a是9.5s泄漏00005129.3k P a否未泄漏00006129.6k P a是9.3s泄漏00007130.3k P a否未泄漏00008130.5k P a是10.6s泄漏通过本次测试,对选取的管道人为打孔破坏,当气97第2期田海峰,等:一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测系统压低于110k P a时,在P C端和移动端都及时预警提示,均正确报警,反应时间迅速并且在可控范围之内.4.1.2监测器掉线测试为了降低本系统的误报率,监测器定期向中继器发送心跳包以便区分管道泄漏还是监测器失灵.人为的对监测器破坏使其失灵,中继器不能按时收到心跳包,会向云平台报告未发送心跳包的监测器的位置信息.对监测器掉线测试的部分结果如表2所示.表2监测器掉线测试结果监测器编号是否破坏反应时间是否发送心跳包00009否是00010是65s否00011否是00012是66s否00013否是通过本次测试,选取的失灵监测器均不能在规定时间内发送心跳包,中继器及时向云平台发送未发送心跳包的监测器的位置信息,并在可视化界面成功预警,预警时间在计划范围之内.4.2总结本文提出了一种基于气压感知的地下输油管道泄漏监测方法,并设计出基于该方法的地下输油管道泄漏监测系统.与其它监测系统相比较,该方法定位精度高,报警时延小,易于安装和维护.本系统的可视化界面引入了地图,可实时动态地显示管道发生泄漏的位置,实现P C端和移动端的同步显示,并可以记录数据为后续的数据挖掘提供数据支持.通过实验验证,对管道破坏和监测器失灵均能正确预警,预警时间在可控范围之内,验证了该系统的可行性.参考文献:[1]华东阳.基于优化理论的输油管道泄漏检测技术研究[D].西安:西安石油大学,2021.[2]申成华.原油长输管道泄漏定位关键技术研究[J].石油化工,2019,48(10):2346-2347.[3]高桂.输油管道腐蚀泄漏监测系统研究[D].长春:吉林建筑大学,2020.[4]方贵锋.输油管道泄漏监测技术[J].化学工程与装备, 2021,11:238-239.[5]陈宝生,吴同.输油管道泄漏检测技术发展现状[J].新型工业化,2020,10(5):136-137.[6]马玉琼.基于单片机的气压检测系统的设计[J].沧州师范学院学报,2018,34(1):34-36.[7]姚高飞,张令晋,张宇博,等.直接式胎压监测系统设计简述[J].汽车电器,2022,2:34-36.[8]慕灯聪,阚卓,李峥,等.基于W S N的土壤参数测量系统[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2022,48(1):83-88.[9]胡锋,李峥,石传寿,等.基于物联网的家庭智能门禁系统的设计[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2019, 45(3):76-78.[10]宁一凡,肖可,李峥.基于S TM32的实验室危险化学品管理系统[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2021, 47(2):76-82.A nu n d e r g r o u n do i l p i p e l i n e l e a km o n i t o r i n g s y s t e mb a s e do na i r p r e s s u r e s e n s i n gT I A N H a i f e n g,Z HA N GT e n g,C H E N M o,Q I U M a o s h u n(S c h o o l o fC y b e r S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,Q u f uN o r m a lU n i v e r s i t y,273165,Q u f u,S h a n d o n g,P R C)A b s t r a c t:I no r d e r t o r e d u c e t h e h a r mc a u s e db yp i p e l i n e l e a k a g e i n t h e p r o c e s s o f o i l t r a n s p o r t a t i o n,a l e a k a g em o n i t o r i n g m e t h o do f u n d e r g r o u n do i l p i p e l i n e sb a s e do na i r p r e s s u r e s e n s i n g i s p r o p o s e d,a n da l e a k a g em o n i t o r i n g s y s t e m b a s e do nt h i s m e t h o di sd e s i g n e d.A d o u b l e-l a y e ra i r t i g h t p l a s t i cc a s i n g i s w r a p p e do u t s i d e t h e o i l p i p e l i n e,a n dw h e t h e r t h e p i p e l i n e i s l e a k i n g c a nb em o n i t o r e d b y m e a s u r i n g t h e a i r p r e s s u r e i n s i d e t h e c a s i n g,t h e n t h e a l a r mi n f o r m a t i o nc a nb eu p l o a d e d t o t h e c l o u d p l a t f o r mu s i n g R S485 a n dN B-I o Tn e t w o r k,a n d f i n a l l y i m p o r t t h em a p s o n t h eP Ca n dm o b i l e t e r m i n a l s t od y n a m i c a l l y d i s p l a y t h e l o c a t i o no f p i p e l i n e l e a k s i n r e a l t i m e.A f t e r t e s t i n g,t h e s y s t e mh a s t h e a d v a n t a g e s o f l o wa l a r md e l a y, h i g h p o s i t i o n i n g a c c u r a c y,g o o d s t a b i l i t y a n dh i g h r e l i a b i l i t y.K e y w o r d s:u n d e r g r o u n do i l p i p e l i n e;p i p e l i n e l e a k a g em o n i t o r i n g;b a r o m e t r i c s e n s i n g;N B-I o T08曲阜师范大学学报(自然科学版)2023年。
基于数值模拟的两种断电电位测量方法对比
基于数值模拟的两种断电电位测量方法对比
杜炘洁;张丰;宋晓琴;王维斌;于进
【期刊名称】《全面腐蚀控制》
【年(卷),期】2013(000)001
【摘要】测量埋地长输管线断电电位时，参与同步通断的阴极保护站数量的不同将直接影响到断电电位测量结果。
运用边界元数值模拟软件BEASY CP对测量断电电位常用的瞬间断电法开展研究，针对同步通断相邻4个和2个阴极保护站的两种测量方法分别进行模拟计算，对比讨论模拟结果，得出应至少同步通断相邻4个阴极保护站的结论并由此给出关于测量方法方面的建议。
【总页数】4页(P46-48,65)
【作者】杜炘洁;张丰;宋晓琴;王维斌;于进
【作者单位】西南石油大学，四川成都 610500; 中国石油管道公司科技中心，河北廊坊 065000;中国石油管道公司科技中心，河北廊坊 065000;西南石油大学，四川成都 610500;中国石油管道公司科技中心，河北廊坊 065000;中国石油东南亚管道公司，北京 100028
【正文语种】中文
【中图分类】TE988
【相关文献】
1.试片法测量管道的断电电位 [J], 刘军
2.用试片断电法测量埋地管道的断电电位和去极化过程 [J], 李自力;谢跃辉;郝宏娜;
卫续;张娜;禹浩
3.如何用试片测量断电电位 [J], 孙鹏
4.基于同步通断的管道断电电位测量方法 [J], 吴有更;李亚菲;张巍威;高建;张勇
5.试片断电法测量埋地管道的断电电位 [J], 李自力;谢跃辉;郝宏娜;卫续;尚兴彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
管道阴极保护数值模拟实验
管道阴极保护数值模拟实验张丰;王爱菊;赵君;李秋萍;苏磊;姜有文;刘文会【摘要】为了验证数值模拟软件研究埋地管道阴极保护及其干扰相关规律的可行性和准确性,建立了室内土壤模拟溶液模型和室外埋地环道模型,开展阴极保护实验.其中,室内模型实验通过改变阳极位置获得了2组显著不同的电位分布,而室外环道模型通过电缆连接改变管道和接地系统的电连续性.采用数值模拟软件进行电位分布计算和验证,其结果与电位测量数据基本一致.进一步通过软件对室外环道接地极排负实验的3种施工方案进行了数值模拟计算,优选出最佳方案.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】阴极保护;数值模拟;管道【作者】张丰;王爱菊;赵君;李秋萍;苏磊;姜有文;刘文会【作者单位】中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中石化管道储运公司聊城输油处,山东聊城252052;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中国石油管道公司中原输油气分公司,山东德州253000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TE80 引言数值模拟技术在阴极保护领域的应用使得复杂环境下阴极保护效果的预测和低成本分析研究成为可能。
与传统方法相比，该技术在管道和站场阴极保护各种影响因素的干扰趋势和规律研究方面具有优势，同时可用于阳极位置优化、阴极保护效果的预测和全面评价。
目前，有关工作更多地集中在管道站场区域阴极保护的数值模拟上，此外还进行过的数值模拟研究有均压线对管道阴极保护的影响、储罐阴极保护罐底IR降分析和接地分流效应[1]、试片极化电位和管道保护电位差异[2]以及管道站场与干线多套阴极保护系统之间的干扰[3]等。
东北管网阴极保护通电_断电电位测量与分析_薛致远
东北管网阴极保护通电/断电电位测量与分析薛致远1 张丰1 毕武喜1 罗鹏1 张永盛2 高强2 王保春2(1.中国石油管道科技研究中心;2.中国石油管道公司)薛致远等.东北管网阴极保护通电/断电电位测量与分析.油气储运,2010,29(10):772773,787. 摘要:评判管道是否受到充分的阴极保护,需要进行断电电位测量。
介绍了管道阴极保护通电/断电电位的测量方法,测量了东北管网的通电/断电电位,结果表明:恒电位仪给定电位普遍偏低,达到-850m V准则的管段仅占测量管段的65%,23%的管段需使用100m V极化准则才能评判为受到充分保护;通电电位沿里程变化的规律性较强,断电电位则无明显规律;防腐层劣化程度是影响IR降的主要因素,对于同一条管道,管段防腐层老化越严重,IR降越大;阴极保护电位是防腐系统的重要参数,断电电位明确反映了管道是否受到充分的阴极保护,而通电电位的分布同时反映了阴极保护状态和管道防腐层的劣化程度。
东北管网约97%的管段经整改可以受到充分的阴极保护,但约3%的管段处于杂散电流干扰区,尚无成熟的整改方案。
主题词:埋地管道;东北管网;阴极保护;防腐;通电电位;断电电位埋地长输管道的防腐系统由防腐涂层和阴极保护系统共同组成。
当防腐涂层出现破损时,钢质管道的金属外表面与腐蚀性土壤环境接触。
这时,阴极保护系统通过向管道的金属外表面提供阴极电流,使得管道/土壤电位负向偏移至电化学稳定态,从而防止管道发生腐蚀。
因此阴极保护电位是标志管道是否受到腐蚀的重要参数。
一般情况下,如果阴极保护电位满足下述条件,则可认为管道受到了充分的阴极保护,即阴极保护断电电位(管/地界面极化电位)负于-850mV(相对铜/硫酸铜电极),但正于-1200mV。
在上述准则难以达到时,如果阴极保护断电电位比自然电位负100mV,亦可认为管道受到充分的阴极保护[1]。
埋地长输管道进行日常维护时,恒电位仪的给定电位和沿线测量的管道阴极保护电位均为通电电位,而阴极保护准则中采用的评判指标应是断电电位[2]。
管内阴极保护的数值模拟（Ⅰ）：阴极保护下不锈钢呦管内电位分布
管内阴极保护的数值模拟（Ⅰ）：阴极保护下不锈钢呦管内电
位分布
钱海军;陶永顺
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】1997(024)004
【摘要】对传统的管内阴极保护电位分布计算方法进行改进，以原位测得的极化曲线为依据，对阴极保护条件下不锈钢管内电位分布进行数值模拟。
结果表明，其理论值与实测值符合较好，而且能够预测分散力随时间的变化。
【总页数】5页(P14-18)
【作者】钱海军;陶永顺
【作者单位】北京化工大学;北京化工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.509
【相关文献】
1.各因素对套管内管道阴极保护影响的数值模拟 [J], 刘波;王树立;赵永刚;刘飞飞;郑亚星;王志锴
2.铜管内部阴极保护电位分布公式探讨 [J], 朱志平;杨道武
3.流动场管内阴极保护的电位分布计算 [J], 刘曼;殷正安
4.各因素对储罐底板外壁阴极保护电位分布影响的数值模拟 [J], 赵玉飞;周冰;张盈盈;郭继银;李玲杰;张彦军
5.管内阴极保护的数值模拟(Ⅱ)——有限差分法计算大口径管内的电位分布 [J], 钱海军;刘小光;张树霞;陶永顺;肖世猛
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ZHANG Feng1 ，WANG Ai-ju2 ，ZHAO Jun1 ，LI Qiu-ping1 ，SU Lei3 ，JIANG You-wen1 ，LIU Wen-hui1
（1． PetroChina Pipeline Ｒ＆D Center，CNPC Key Laboratory of Oil ＆ Gas Storage and Transportation， Langfang 065000，China；2． Liaocheng Oil Transportation Department of Sinopec Pipeline Storage and Transportation
对于新施工的防腐层，在防腐层质量一致时可以
参考挪威船级社标准 DNV ＲP B401《阴极保护设计》
中涂层破损率修正极化曲线，比如破损率为 1% ，那么
具有该 特 性 的 涂 层 管 钢 的 极 化 电 流 减 小 至 裸 钢 的
1% ，虽然该方法是简单的近似处理，但在 BEASY CP
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Pipeline Technique and Equipment
为更真实地模拟现场的条件，方便开展阴极保护
室外实验研究，搭建了室外环道模型。模型中阴极保
护系统主管道为 2 条长 125 m 且位于底部的东西向平
行管道和 2 条长 84 m 且位于左侧的南北向平行管道，
直径均为 Φ159 mm；还有垂直于南北向平行管道的干
扰管道和斜交叉于东西向平行管道的干扰管道；接地
第1 期
张丰等：管道阴极保护数值模拟实验
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1． 2 极化250 mm，该阳极作为对电极与管道平行放 置，使管道 获 得 均 匀 的 极 化。 因 此，管 道 表 面 的 电 流 密度可以通过恒电位仪输出电流除以管道面积得出， 从而得到管道的极化曲线。测试过程中，沿管道等间 距放置 4 处参比电极，未监测到明显的电位差异。实 验体系稳定后的自然电位为 － 0. 67 V，以 50 mV 的阶 跃设定恒电位仪给定电位测量稳态极化曲线。测试 过程 中，为 提 高 测 量 精 度，测 量 串 联 到 恒 电 位 仪 的 电 阻箱两端电压和电阻换算成阴极保护电流，实验结束 得出极化曲线如图 1 所示。
从图 3 可以看出，在上侧埋设接地极的排负干扰 效果最佳。实际施工中将按接地极埋设在右下部平 行管道上侧进行。 3 结束语
数值模拟计算结果很好地与室内管道阴极保护 模型和室外实验环道的测试数据吻合，验证了数值模 拟计算的准确性。
室外实验环道通过改变阴极保护系统内阴极结
图 3 不同位置接地极排负效果对比
摘要：为了验证数值模拟软件研究埋地管道阴极保护及其干扰相关规律的可行性和准确性，建立
了室内土壤模拟溶液模型和室外埋地环道模型，开展阴极保护实验。其中，室内模型实验通过改变阳
极位置获得了 2 组显著不同的电位分布，而室外环道模型通过电缆连接改变管道和接地系统的电连续
性。采用数值模拟软件进行电位分布计算和验证，其结果与电位测量数据基本一致。进一步通过软件
Company，Liaocheng 252052，China；3． Zhongyuan Oil ＆ Gas Transportation Sub Company， PetroChina Pipeline Company，Dezhou 253000，China）
Abstract：In order to verify the accuracy of numerical simulation software applied to cathodic protection and its interference， the physical models in laboratory and field model have been established． The position of anode in lab can be easily changed to get two kinds of different potential distributions． The constitution of the pipe and grounding system can be changed by cable connecting in the field model． The results of numerical simulations are consistent with the measured data in the experiment． Furthermore， the optimal plan of the grounding system for controlling negative interference has been selected by simulation of the three designed plans． Key words：cathodic protection；numerical simulation；pipeline
0 引言 数值模拟技术在阴极保护领域的应用使得复杂
环境下阴极保护效果的预测和低成本分析研究成为 可能。与传统方法相比，该技术在管道和站场阴极保 护各种影响因素的干扰趋势和规律研究方面具有优 势，同 时 可 用 于 阳 极 位 置 优 化、阴 极 保 护 效 果 的 预 测 和全面评价。
目前，有关工作更多地集中在管道站场区域阴极 保护的数值模拟上，此外还进行过的数值模拟研究有 均压线对管道阴极保护的影响、储罐阴极保护罐底 IＲ 降分析和接地分流效应［1］、试片极化电位和管道保护 电位差异［2］以 及 管 道 站 场 与 干 线 多 套 阴 极 保 护 系 统 之间的干扰［3］等。
构的组成和连续性，可以开展多种条件下的阴极保护 实验。数值模拟技术能用于辅助室外实验环道阴极 保护系统埋地设施施工方案优选。
参考文献： ［1］ 张丰，陈洪源，李国栋，等． 数值模拟在管道及站场阴极保
护中的应用． 油气储运，2011（3） ：208 － 211． ［2］ 张丰，齐晓忠，金宏，等． 试片断电法在管道阴极保护中的
图 1 室内管道极化曲线数据
1． 3 阴极保护实验 阴极保护实验采用 10 mm × 10 mm 铂阳极模拟实
际长输管道的阳极地床。由于该铂阳极尺寸相对管 道较小，可以获得不均匀的管道电位分布。通过将该 阳极放置在管道的两端或中间等不同位置，还可以得 到不同的管道电位分布。实验过程中，采用 4 个参比 电极分别测量管道从左至右位置为 0 cm、33 cm、77 cm 和 110 cm 等 4 处，实验之前标定 4 个参比电极之 间的差异。2 组控制电位为 － 1. 0 V 的阴极保护实验 的电位测量分布曲线如图 2 所示，图上显示出阳极位 于管道中间时电位分布呈左右对称趋势，与阳极位于 左侧时的持续正移衰减存在明显不同。
道防腐层新旧状态一样，将它们一起电连接进行阴极
保护参数测试。其中一组试验参数为当恒电位仪输
出电压为 2 V 左右、输出电流为 4 mA 左右时，测量右
下方管道的电位均在 － 1. 040 V 左右。从中可以看出
阴极保护回路电阻约为 500 Ω，该数值应是管道防腐
层质量较好造成。
2． 3 极化曲线处理
Jan. 2014
的应用案例中得到了广泛的应用。 2． 4 数值模拟验证
以实验环道中埋地管道和阳极地床位置分布建 立数值模拟模型，以数值模拟计算结果吻合之前阴极 保护调试中得到的参数（ 电流输出 4 mA 且电位测试 结果为 － 1. 040 V） 来筛选极化参数；在实验环道调整 恒电位仪输出并测量新的电位数据，再次进行数值模 拟计 算，其 结 果 能 与 新 的 电 位 测 量 数 据 吻 合，则 验 证 了所选极化参数的准确性。以此极化参数进行后续 模拟。 2． 5 接地极排负效果预测
后期实验方案的困难在于要在施工之前，在 3 处 预选接地极埋设位置中选择最佳方案。优选的依据 是接地极埋设后对于管道阴极保护直流负干扰的减 缓效果。在数值模拟模型中，以待埋设的裸钢接地极 极化特性和较大阴极保护电流进行计算，比较 3 处接 地极埋设位置对实验环道右下部北侧管道管地电位 的减缓效果，计算结果如图 3 所示。
表 1 电位数据对比（ 给定电位 － 1. 0 V，铂阳极位于管道左侧）
测试点
测量值 / mV
模拟结果 / mV
绝对误差 / mV
相对误差 /%
1
－ 995
－ 962
33
3. 3
2
－ 885
－ 853
32
3. 6
3
－ 783
－ 760
23
2. 9
4
－ 756
－ 744
12
1. 6
2 室外实验
2． 1 实验介绍
对室外环道接地极排负实验的 3 种施工方案进行了数值模拟计算，优选出最佳方案。
关键词： 阴极保护；数值模拟；管道
中图分类号：TE8
文献标识码：A
文章编号：1004 － 9614（2014）01 － 0042 － 03
Experiment Study on Numerical Simulation of Pipeline Cathodic Protection
应用． 油气储运，2013（7） ：760 － 763． ［3］ 杜忻洁． 站场区域阴极保护数值模拟技术研究：［学位论
文］． 成都：西南石油大学，2013． ［4］ 滕延平，张丰，赵晋云，等． 杂散电流干扰下管道密间隔电
位检测数据处理方法． 管道技术与设备，2009 （4） ：29 － 31． ［5］ 王双平． 交流电气化铁路对路外管道干扰影响及防护． 管 道技术与设备，2013（3） ：36 － 38． 作者简介：张丰（1981—） ，工程师，主要从事管道腐蚀控制方面
图 2 室内管道阴极保护实验数据
1． 4 数值模拟验证 利用数值模拟软件 BEASY CP 建立相同尺寸的模