海水和海泥中阴极保护系统的边界元计算

随着人们对能源需求的不断增加，深海海洋油气开发已引起了人们越来越大的兴趣，随之而来的是对海洋构筑物的设计和防护提出了更高的要求。由于在传统的阴极保护工程设计中，大多采用实际测量或经验估计的方法来掌握电位分布规律，很难真实的反映构筑物的实际状态，为了确保安全，往往采用较大的安全系数，不但会造成金属材料的浪费，而且还会在构筑物的局部造成保护不足或过保护。 本文研究了边界元方法（BEM）利用数值仿真技术对阴极保护状态下的海洋构筑物的保护状态进行模拟，从而获得阴极保护状态下的金属材料的电位分布。采用常数单元对于二维问题进行了研究，推导出了边界积分方程的离散化形式，并结合阴极保护环境下的阳极和阴极的极化曲线作为边界条件，建立了线性方程组。采用Newton-Raphson 迭代法和分段拟线性化的方法对边界条件做了线性化处理，应用FORTRAN语言开发出阴极保护的边界元仿真求解程序CPBEM，并利用该程序选择合适的算例进行了验证，结果表明该程序是有效和可行的。 通过管线钢在不同温度海泥埋片的腐蚀失重实验，证明了如果有充足的氧的供给的情况下，温度每增加10oC，腐蚀速度便增加一倍。阴极保护系统数值仿真的精确度最主要的影响因素就是阴极和阳极的极化曲线。而金属材料的极化曲线往往受到多种环境因素的影响，本文系统的讨论了在海泥介质中两种管线钢的腐蚀行为，对管线钢极化行为产生影响的各种环境因素，以及这些因素与金属的腐蚀速度之间的关系。首次将灰关联分析的手段运用到海泥介质的腐蚀，研究了环境因素对于ERW，SML两种管线钢在海泥中的腐蚀速率的影响。