阴极保护系统中管道受杂散电流干扰分析与排流保护研究

摘要

施加阴极保护的埋地管道会对附近的未保护管道产生杂散电流干扰，这也是形成杂散电流腐蚀的重要原因之一。本文针对强制电流阴极保护系统产生的杂散电流对自身阴极保护系统以及未保护管道的影响，建立了杂散电流腐蚀数学模型，探究了影响土壤电阻率的主要因素，系统研究了杂散电流对阴极保护电位分布的影响以及不同因素下杂散电流对未保护管道的干扰规律，并确定了最佳排流保护措施。本文主要完成了以下工作：
　　（1）完善了杂散电流腐蚀场电位分布数学模型，模型中考虑了土壤电阻率对管道电位分布的影响，利用数值模拟软件对模型进行求解。建立了实验验证系统，实验测试结果与数值模拟结果基本吻合，验证了数学模型与计算方法的可靠性。
　　（2）考虑到埋地管道周围土壤电阻率的变化是影响杂散电流腐蚀程度的一个重要因素，运用灰色关联分析法对土壤电阻率的影响因素进行相关性分析，确定了对土壤电阻率起主导作用的因子，并对主要因素对土壤电阻率的影响规律进行了实验研究与总结。
　　（3）分析了交叉管道与平行管道布局中杂散电流对阴极保护电位分布的影响，结果表明：管道之间的干扰是相互的，被保护管道由于部分保护电流缺失而处于欠保护状态，管道的安全运行受到威胁，而未保护管道在电流流出位置电位升高，受到杂散电流腐蚀。系统研究了保护电流大小、管道敷设间距、防腐层参数、土壤电阻率、土壤温度、含水率等因素对未保护管道电位分布的影响，模拟结果表明：
　　保护电流越大，干扰程度越强；交叉或平行管道敷设间距越大，未保护管道受干扰程度越低；提高被保护管道的防腐层质量,使其电阻率增大,有助于提高被保护管道上的阴极保护电位，降低其对未保护的干扰；土壤电阻率越大,未保护管道不易受到杂散电流腐蚀；随着土壤温度、含水率的增大，未保护管道电位升高，受杂散电流干扰程度增强。
　　（4）最后介绍了直流杂散电流排流保护措施。针对强制电流阴极保护系统中存在未保护管道时管道之间相互干扰的特点，拟采用时接地排流法来抑制杂散电流干扰。现场实践表明，接地排流法效果显著，可有效抑制杂散电流干扰，同时提高了被保护管道的阴极保护程度。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容和技术路线

第二章 埋地管道杂散电流电位分布数学模型

2.1 数学模型的建立

2.2 数学模型求解方法

2.3 本章小结

第三章 土壤电阻率研究与模型可靠性验证

3.1 土壤电阻率的测定

3.2 土壤电阻率影响因素研究

3.3 数值模拟结果验证

3.4 本章小结

第四章 杂散电流对管道阴极保护电位分布的影响

4.1 ANSYS有限元软件简介

4.2 ANSYS有限元仿真分析

4.3 本章小结

第五章 埋地管道杂散电流电位分布影响因素研究

5.1 杂散电流腐蚀程度影响因素

5.2 不同因素下未保护管道电位分布数值模拟

5.3 本章小结

第六章 直流杂散电流排流保护研究

6.1 直流干扰的判定

6.2 直流杂散电流排流保护

6.3 直流杂散电流排流保护实例

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文