边界元法在导管架外加电流阴极保护系统设计中的应用.pdf

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1、经验交流经验交流ExperienceExchangeExperienceExchange边界元法在导管架外加电流阴极保护系统设计中的应用12122常炜尚世超于湉宋世德黄一(1.中海石油(中国)有限公司北京研究中心，北京100027；2.大连理工大学，辽宁大连116024)摘 要：本文提出了一种基于边界元法的导管架外加电流阴极保护系统设计方法。该方法不仅可以预测导管架结构表面保护电位和电流密度分布状态，而且可以得到外加电流阴极保护系统所需的保护电流值和参比电极点的电位值。为验证该方法的有效性，将使用该方法得到的设计方案应用于实验室导管架模型外加电流阴极

2、保护试验，最终得到的试验结果与计算结果吻合良好。该方法可作为导管架外加电流阴极保护系统设计的有效工具。关键词：边界元法外加电流阴极保护系统导管架模型试验中图分类号：TG174.41文献标识码：ADOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2015.06.021.04ApplicationofBEMtoDesignofImpressedCurrentCathodicProtectionSystemforJacketPlatform12122CHANGWei,SHANGShi-chao,YUTian,SONGShi-de,HUANGYi

3、技术技术(1.CNOOCResearchCentre,Beijing100027,China；2.DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Withtheaidoftheboundaryelementmethod,thispaperpresentsadesignmethodoftheimpressed-currentcathodicprotectionsystemforajacketplatform.Inthismethod,notonlythepotentialandcurre

4、ntdensitiesonboundarybutalsothesystemcurrentandthepotentialofthereferenceelectrodescanbeobtained.Toverifythevalidityofthemethod,thephysicalmodelexperimentwasperformed.Thedatafromexperimentfitwellwiththedatafromthenumericalsimulationcalculation.ThismethodisanefficienttoolofICCPs

5、ystemforjacketplatform.Keywords:BEM;ICCPsystem;jacketplatform;modelexperiment0引言保护系统数值模拟计算中。随着海洋油气资源开发的力度不断增大，船舶有限差分法被最早应用于电化学电极体系中电与海洋结构物发展日渐趋向大型化和复杂化，同时[1,2][3]流密度和电位分布状态模拟计算。Strommen、也对阴极保护系统提出了更高的要求。传统的阴极[4][5]Rodland和张鸣镝等使用有限差分法模拟了管道保护系统设计主要是根据工程经验，不能对复杂结保护电位分布状态。有限差分法处理不规

6、则边界的构表面的电位分布状态进行准确预测，难以满足越能力差，求解复杂阴极保护问题遇到了困难。Helle来越高的安全可靠性和经济性的要求。随着计算机[6][7]等和Munn分别验证了有限元法求解电位分布问和阴极保护数值模拟计算技术的发展，各国学者先[8,9][10][11]题的有效性。Decarlo、王巍、杜丽惠和王在后将有限差分法、有限元法和边界元法应用到阴极[12]峰等采用有限元法对阴极保护系统进行了数值模全面腐蚀控制21第29卷第06期2015年06月经验交流ExperienceExchange拟研究。有限元法较有限差分法的优势是可方便地通常假设

7、电解质区域有以下三类边界条件：边处理复杂结构。这两种方法都需要对整个空间域进界上的电位为已知值、边界上的电流密度为已知值行网格划分，而阴极保护分析只关心结构表面(即空和边界上的电位与电流密度关系已知。电解质区域间区域的边界)的电位和电流密度分布状态。因此，联合边界条件表达如式(2)所示。这两种方法网格划分工作量大、计算时间长且计算φ=φonS01效率低。此外，这两种方法无法针对无限域、半无1∂φ(2)q=−=qonS02限域问题进行全空间域的网格划分。边界元法则克ρ∂n服了有限差分法及有限元法的固有缺陷。边界元法q=f(φ)onS3仅需

8、对空间域的边界划分网格，降低了维数，简化通过加权残差理论和格林定理，由式(1)和式了建模过程，适用于无限域、