滨海电厂凝汽器阴极保护数值仿真研究

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1、分类号：TH313密级：公开UDC:621学号：2111206348硕士学位论文滨海电厂凝汽器阴极保护数值仿真研究张鹏指导教师：王贵教授串请学位类别：工学硕士专业名称：机械制造及其自动化研究方向：数字化设计与制造技术学院名称：工程学院中国•湛江2015年6月滨海电厂凝汽器阴极保护数值仿真研究摘要随着我国淡水资源的紧缺，沿海地区电厂主要用海水作为发电机组重要辅机凝汽器的冷却介质，海水具有较强的腐蚀性，容易导致凝汽器腐蚀而失效，严重危害其正常运行。凝汽器常用的腐蚀防护方法有外加电流阴极保护法和牺牲阳极保护法。在实

2、际运行中，牺牲阳极消耗速度快，表面易结垢，从而影响阳极的性能。但传统外加电流阴极保护设计中，主要依据工程实践经验和平均电流密度进行设计。凝汽器结构复杂，实际运行中容易出现被保护结构表面电位分布不均匀，甚至出现欠保护或过保护及析氢现象。近些年来，随着计算机的普及，数值模拟技术成为滨海电厂凝汽器阴极保护设计有利的工具。本文针对滨海电厂凝汽器的腐蚀状况，分析了凝汽器腐蚀影响因素，重点考虑了温度和电导率两种因素，对凝汽器水室和管束材料在不同温度和电导率下分别进行极化曲线测量和分析，通过对实测极化曲线进行曲线拟合得到数

3、值仿真软件中边界条件的腐蚀电化学参数。依据稳流电场理论和欧姆定律对凝汽器阴极保护系统控制方程进行推导，并且结合实际腐蚀环境和电化学腐蚀动力学原理确定了更加贴合实际的阴极保护系统控制方程的边界条件。根据相似论与因次分析理论的观点建立了凝汽器缩比物理试验模型和阴极保护系统实验平台，采用实测阴极保护表面电位方法对凝汽器阴极保护数值模拟的可靠性进行验证。论文采用仿真软件重点研究了辅助阳极输出电位、辅助阳极位置、尺寸、数量、冷却水电导率及温度对凝汽器阴极保护电位分布的影响。最后以实际滨海电厂凝汽器为对象，建立与实际尺寸

4、大小相当的简化模型，并利用仿真软件COMSOL参数化扫描功能来最终确定最佳阴极保护方案。通过以上研究可以得到如下结论：（1）通过对比数值模拟和实验实测电位值，两者之间最大误差是2.65%，最小误差是0.92%，平均误差在3%以内。从误差结果分析看，两者之间误差能够控制在3%以内，说明仿真结果是可靠的，验证了所建模型的正确性和数值计算方法的可靠性，既为凝汽器阴极保护设计提供理论依据，又可成为了评估现有阴极保护系统的有效手段。（2）通过分别改变辅助阳极输出电位、位置、尺寸及数量、冷却水电导率、温度等影响凝汽器阴极

5、保护数值模拟电位分布的因素，可以确定辅助阳极合理输出电位范围在-1.0V到-1.2V之间，辅助阳极与中心距离70mm处为合理位置，即可以保证水室可以得到完全保护，又能减少钛管发生氢脆。3、当应用最优化辅助阳极输出电位E=-1V、辅助阳极直径D=50mm及辅助阳极长度H=50mm时，碳钢水室表面电位范围在-765.68mV到-795.75mV之间，钛管内表面电位范围在-784.1mV到-257.8mV之间，处于合理保护范围。I本文创新点如下：1、在仿真软件COMSOL模块中，将凝汽器腐蚀发生的电化学反应用对应边

6、界条件来体现，确定了更加贴合实际的阴极保护系统控制方程的边界条件。2、将仿真软件COMSOL中腐蚀模块第二电流分布应用于电厂凝汽器阴极保护数值模拟，并利用软件中参数化扫描功能，最终确定最佳辅助阳极尺寸及布置位置，给电厂凝汽器阴极保护系统设计提供理论依据。关键词：凝汽器，阴极保护数值模拟，优化设计，有限元法IIResearchonNumericalSimulationofCathodicProtectionforCoastalPowerPlantCondenserAbstractAstheshortageoff

7、reshwaterresourcesinourcountry,consideringseawaterascoolingmediumofcondenserwhichisanimportantauxiliarypowergeneratingsetinmanycoastalareas.Becausetheseawaterhasstronglycorrosive,sothecondenserseverelyeroded,andevenendangeredthenormaloperation.Thecommoncorr

8、osionprotectionmethodsofcondenserhaveimpressedcurrentcathodicprotectionandsacrificialanodecathodicprotection.Inactualoperation,thesacrificialanodeconsumptionspeedily,andthesurfacefoulingphenomenonserio