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管道陰極保護數值模擬方法存在的不足及發展趨勢

2018-01-03 10:33:08 作者：本網整理來源：腐蝕與防護分享至：

上周，我們帶大家詳細了解了三種管道陰極保護數值計算方法各自的特點以及應用。

詳見“管道陰極保護數值計算三種方法大pk”一文（點擊閱讀）

那么，我們目前管道陰極保護數值模擬方法存在的不足有哪些呢？今后，在這一領域又將會怎樣發展呢？如果對以上問題感到好奇，或者已有自己的想法，那就趕快往下看吧！

利用數值計算對陰極保護體系的電位分布進行研究已經逐漸得到了國內外專家學者的重視，從某種意義上說，陰極保護已經進入了數值仿真時代。但是應用數值模擬計算陰極保護電位分布時仍存在以下問題：

（1）數學模型的建立問題

目前用于數值計算的模型大都是分布型模型，但實際陰極保護體系的狀態是隨時間發生變化的，腐蝕介質也并非均勻，因此在數學模型的建立方面有待進一步研究，應在計算模型中考慮介質不均勻性以及環境參數如土壤含水率、溫度等因素周期性變化對管道陰極保護電位分布的影響。

（2）陰陽極邊界條件的處理

在陰極保護電位分布的數值計算中陰陽極極化曲線的確定是至關重要的邊界條件，但是由于缺乏對輔助陽極的導電機理、陰極極化以及垢層隨時間變化規律的深入研究，迄今尚未建立完善的陽極和陰極表面極化模型，因此陰陽極的極化特性也是今后研究的重點。同時，通過測量金屬材料在各種介質中的極化數據，建立極化曲線數據庫，也是陰極保護仿真技術走向工程應用的一個發展方向。

（3）求解方法單一

目前常用的數值方法中，邊界元法的計算域為無限域、無法處理非均質問題，有限元法正好相反。

而實際問題的求解域往往是半無限域且求解域中介質也并非均勻分布，若采用單一的方法來解決問題，只能將某一邊界簡化處理、假設介質處于均勻或分區域均勻狀態，這就使其與實際的陰極保護體系差別較大，從而產生誤差。

一種新的研究動向是將幾種方法組合使用，從而提高解決實際問題的能力。

（4）數值計算技術存在不足

包含多條管道且管道連接方式復雜的區域性陰極保護技術已逐漸受到關注，而如今的數值計算技術無法精確處理復雜的問題，如邊界元法是目前最具前景的計算方法，但其形成的系數矩陣是非對稱滿陣，求解效率隨求解規模的增大快速下降，其存儲量和計算量嚴重制約著邊界元法的發展。

近幾年，一些學者提出了一種隨著快速多級算法發展起來的快速多級邊界元解法，其可以加快求解速率，為解決復雜的陰極保護體系提供了可行的思路和新的發展方向。

（5）國內缺乏實用的陰極保護設計商業軟件

目前一些專家學者都對陰極保護系統的電位分布展開了研究，并編寫了一些針對性的程序，同時部分商業軟件如ANSYS、MATLAB等都可以用于陰極保護電位分布的計算，但是其針對性不強，這就帶來了一定的系統誤差，國內目前還沒有針對陰極保護設計的綜合專業軟件，所以對完善的商業軟件的研究也是今后的重點。

目前，在油氣管道事業飛速發展的同時，管道面臨的腐蝕風險也不斷增加，作為控制腐蝕的主要措施，陰極保護在防止管道腐蝕方面的作用也顯得越發重要。數值模擬計算的出現為陰極保護系統的設計提供了新思路，但同時也存在著一定的缺點與不足。

本文指出了目前管道陰極保護數值模擬技術存在的不足并提出了相應的解決措施，為以后的研究學者提供了參考資料，對陰極保護數值計算的長遠發展具有積極的影響。

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