新型平衡舵阴极保护设计与保护效果评价

目的 针对新型平衡舵结构的电偶腐蚀薄弱区域,设计并优化牺牲阳极保护系统,并对保护效果进行评价。方法 基于边界元法,开展新型平衡舵电偶腐蚀仿真研究,分析电偶腐蚀薄弱区域。针对腐蚀薄弱区域,采用经验法设计牺牲阳极保护系统,开展服役初期和服役3 a后阴极保护效果仿真。从涂层破损率和阳极数量对阴极保护效果的影响出发,优化阴极保护系统。开展物理模型试验,对优化后阴极保护系统的保护效果进行评价。结果 电偶腐蚀主要发生在壳体和底座等支撑材料处,必须采取严格的防腐措施。采用经验法设计的牺牲阳极保护系统在服役初期可以使平衡舵保护电位均负于–800m V,处于良好的阴极保护状态。随着阳极的消耗,服役3 a后,阴极保护系统无法为平衡舵提供有效保护。涂层破损率的增加和阳极数量的减少,都会使平衡舵阴极保护电位正移。通过物理模型试验验证了优化后阴极保护模型的可靠性,对比试验结果,模型的预测误差在5%以内。结论 优化后的阴极保护方案为涂层+8块牺牲阳极,可以在服役3 a涂层破损率达20%的严苛工况下,为平衡舵提供有效阴极保护。优化后的阴极保护系统,铝阳极用量减少30%,有助于节省船舶动力。

A Non-Singular Boundary Element Method for Interactions between Acoustical Field Sources and Structures

Localized point sources(monopoles)in an acoustical domain are implemented to a three dimensional non-singular Helmholtz boundary element method in the frequency domain.It allows for the straightforward use of higher order surface elements on the boundaries of the problem.It will been shown that the effect of the monopole sources ends up on the right hand side of the resulting matrix system.Some carefully selected examples are studied,such as point sources near and within a concentric spherical core-shell scatterer(with theoretical verification),near a curved focusing surface and near a multi-scale and multi-domain acoustic lens.

泵喷推进型潜艇电场防护效果与阴极保护性能分析

为探究泵喷推进型潜艇在电场防护和外加电流阴极保护这两种典型工作形态下的防护效果,采用边界元法建立了此型潜艇的腐蚀相关静电场模型,仿真分析了导流罩和导叶对电场防护与阴极保护效能的影响。结果表明:相较于传统推进方式,泵喷推进型潜艇在海水中电场峰峰值降低了约38%,且其仅需约50%的电流值便能达到更优的电场防护效果。此外,不论阴极保护过程中整艇涂层是否完好,泵喷推进装置处的电场峰值均有一定程度的降低,这表明泵喷推进装置具有更好的电场隐身性能;然而在对泵喷推进型潜艇外加电流阴极保护的过程中,只能在船身和大轴处达到较好的保护效果,其导流罩内部的叶轮和导叶难以达到保护电位,处于欠保护状态,局部腐蚀防护仍需加强。

多因素影响下管道阴保IR降的计算方法

通过边界元法,研究了不同因素下单条管线IR降的变化规律,并建立了多因素影响下管道IR降计算方法。结果表明:建立的数学模型计算得到的IR降与实测值最大误差为-6.38%,能够满足工程应用的需求。

区域性阴极保护数学模型算法的改进

用边界元法(BEM)求解区域性阴极保护的数学模型,以往采用矩形单元离散,步骤比较复杂,工作量大。当被保护体的几何形状适宜进行柱面单元划分且同一柱面单元截口线上的电位可视为近似相同时,采用柱面单元离散,可减少模型中节点的数量,缩短计算周期。利用可变误差多面体寻忧时,以往对阴极极化曲线的拟合过于简单,寻优的平稳性较差。对阴极极化曲线进行分段线性拟合,可使寻优过程更加平稳。按上述方法编制的程序BEMU已用于油井套管外加电流阴极保护系统的工程设计。

数值仿真技术在长输管道阴极保护中的应用进展

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。

数值模拟计算在舰艇阴极保护中的应用

介绍了几种阴极保护数值模拟计算的数学方法以及优缺点,重点介绍了边界元法在舰艇阴极保护电位和电流分布模拟计算、优化、腐蚀电磁场以及杂散电流计算方面的应用,并就该方法计算精度影响因素进行了分析讨论。

模拟海底管道的阴极保护中数值计算边界条件的确定

根据相似论和因次分析,用钢丝来模拟实际海底管道。通过实验,研究了牺牲阳极及被保护钢丝的极化性能,从而得到了在阴极保护中进行数值计算的边界条件;对于从实验基础上建立的数学模型进行有限元计算,计算结果与实测结果吻合较好,证明确定的边界条件是合理的,可以将建立的数学模型用于实际海底管道的阴极保护设计。

电化学加工阴极设计边界调整法

针对电化学加工阴极设计这一有势场 Laplace逆问题 ,给出了一种阴极设计方法——阴极边界调整法。该方法在假设阴极边界已知的情况下 ,采用有限元计算获得阳极边界电场分布 ,并求与实际阳极电场分布间的方差和。若此方差和在规定的误差范围内 ,则此时对应的假设阴极边界即为所求阴极边界。否则 ,调整阴极边界进行迭代计算 ,直到方差和满足要求为止。计算和实验结果表明 ,阴极边界调整法收敛性较好 ,迭代次数适当 ,能满足设计要求。

基于边界元技术的导管架阴极保护数值仿真研究

介绍了阴极保护边界元数值仿真发展现状和技术方法。建立了平台导管架的模型，并在模拟实验水池中开展了实海条件下的阴极保护试验。在建模的基础上，运用边界元技术求解了该导管架模型在阴极保护状态下的电化学腐蚀控制方程，给出了电位分布和电流密度分布，仿真计算结果与模拟试验测量结果吻合很好。

一种计算轴对称磁场的边界元-有限元混合法的研究

由静磁场的基本方程和有限元的原理出发,研究了一种新的计算带非饱和磁介质轴对称磁场的边界元-有限元混合法,编制了计算电磁聚焦成象系统聚焦磁场的程序。这种方法解决了单纯使用有限元法的边界封闭问题,为成象系统及其它磁透镜的工程设计提供了一种有效方法。

区域性阴极保护电位分布算法的改进

用边界元法求解区域性阴极保护的电位分布时步骤复杂，工作量很大．采用特殊的柱面单元及算法计算油井套管表面的电位分布，节约了机时，缩短了计算周期．这一方法可以用于油井套管阴极保护系统的设计．

海水中A3钢样阴极保护电化学场的二维有限元计算

有限元法已被证明是计算阴极保护场中电位、电流密度分布的有效方法。作者建立了二维的有限元数学模型,并讨论了模型中电化学场的非线性边界条件的处理和非线性方程组的迭代法解法。用构建的模型对简单的阴极保护模拟体系进行了分析,得出了较合理的结果。

船体压载舱牺牲阳极阴极保护的数值模拟

数值模拟计算技术是研究牺牲阳极阴极保护效果的有效手段,采用边界元数值模拟分析软件对船体压载舱牺牲阳极阴极保护进行了数值模拟分析。结果表明,根据常规牺牲阳极设计,常规数值计算压载舱内表面电位范围稍宽(即-800^-1 100mV,相对Ag/AgCl参比电极,下同),通过调整牺牲阳极位置,表面保护电位范围收窄(即-890^-1 110mV),保护效果变好。

土壤电阻率和阳极埋设方式对长输管线阴极保护电位分布的影响

为了研究土壤电阻率和阳极埋设方式对长输管线阴极保护电位分布的影响,建立了长输管线阴极保护的简单物理模型,利用边界元算法的管单元法建立相应的数学模型,采用Matlab编程进行模拟求解。首先设计试验验证模拟结果的正确性,然后分别设定了不等的电阻率以及不同的阳极埋设方式进行模拟计算。结果表明,不同的土壤电阻率和不同的阳极埋设方式均会对长输管线阴极保护电位的分布产生很大影响。

非均质土壤中油井套管外加电流阴极保护的数值仿真

为了解决深井套管阴极保护的井底保护效果评价问题,针对延长油田西区采油厂正171号丛式井阴极保护系统项目,采用边界元方法,以非均匀电阻率和分段极化曲线的方法模拟实际工况,通过Beasy软件利用数值模拟技术计算不同阳极埋深对阴极保护电位分布的影响,评价了外加电流阴极保护对井底的保护效果。结果表明,采用边界元方法可快速准确地模拟油井套管在非均质土壤中的阴极保护电位分布。正171号丛式井阴极保护方案为阳极埋深100 m,水井保护电位范围为-998^-1 023 m V(vs SCE),油井保护电位范围为-961^-1 192m V,井组各油井底部均能得到良好的保护。

基于边界元法的站场阴极保护数值模拟软件设计与开发

边界元法在阴极保护电位分布计算方面有着明显的优势,采用边界元法对数值模型边界进行离散,计算节点少,计算速率快。站场阴极保护数值模拟软件基于边界元法对站场阴极保护电位分布进行计算,得到可视化结果,通过该结果可以发现屏蔽和干扰位置,对辅助阳极位置进行优化,从而解决站场阴极保护系统腐蚀区域不能预测的困难,使站场阴极保护系统工程更加合理有效。

海运石脑油储罐水相区阴极保护电场的数值模拟

采用边界元方法对石脑油储罐罐底水相区的阴极保护系统设计方案进行了数值模拟。结果表明,传统设计方案中电场参数分布不均匀、过保护现象明显;通过适当减少牺牲阳极数量并调整其布设位置,可对其阴极保护设计进行优化,过保护现象明显减小,且电位和电流密度分布也更为均匀。

海泥环境中阴极保护的边界元计算

根据阴极保护的特点,建立了用于数值计算的模型;采用边界元方法对海泥介质中的阴极保护系统进行了计算,获得了海泥中钢管表面以及海泥介质内部的电位分布。将计算的结果与测量的数据进行比较,两者具有较好的一致性。

基于有限元法的变电站接地网外加电流阴极保护模型

建立变电站接地网阴极保护数学模型,并采用有限元法进行求解。假定系统在某一时段处于稳态电流场,得出电位应满足的拉普拉斯方程的描述方程;在合理的假设下设置阳极、地表面边界及虚设球冠、阴极三种边界条件。通过划分几何模型和构造插值函数、分析剖分单元采用有限元法进行求解。实验表明,所建立的模型达到预期效果。