摘 要

油气资源与国家发展息息相关。虽然油品的运输方式很多样，但是埋地管道运输方式因为其高量高效安全等特点，还是作为我国长距离的原油或成品油运输的首选运输方式。在管道运输之中，最应该注意的就是管道的腐蚀问题。在管道所受的所有腐蚀问题之中，最为严重的就是电腐蚀，它会快速缩短管道寿命，若不加以防护，在管道的设计寿命之中就可能发生破裂，穿孔的问题，造成严重后果。

本文主要针对交叉埋地管道之间因为阴极保护系统所产生的杂散电流腐蚀进行数值模拟研究，利用cosmol软件建模计算，分析强制外加电流的强度（1.5A、2.0、2.5A、3.0A）、电解质（大地或防腐层）的电导率大小（0.001、0.005、0.01、0.015）被不同孔隙度的混凝土层包裹等对管段不同的区域受到杂散电流影响的作用，对现实中的管道设计建设有参考价值。

本文主要工作如下：

1. 根据仿真中不同电流分布接口的优缺点及适用性，在COMSOL Multiphysics软件上选用二次电流分布接口对埋地管道进行简化建模；
2. 针对不同的工况对模型进行求解计算，分析管道不同位置的电极电位及杂散电流密度，以及根据杂散电流密度计算其腐蚀速率和预估寿命；
3. 根据结果分析不同情况下杂散电流影响的规律，提出杂散电流的防护措施。

关键词：埋地管道、杂散电流腐蚀、数值模拟

Abstract

Oil and gas resources are closely related to national development. Although there are many modes of transportation of oil products, the main mode of transportation in China is pipeline transportation. In pipeline transportation, the most important thing is the corrosion of pipeline. Among all the corrosion problems suffered by the pipeline, the most serious one is electric corrosion, which will shorten the service life of the pipeline rapidly. If not protected, the problem of fracture and perforation may occur during the design life of the pipeline, resulting in serious consequences.

In this paper, the stray current corrosion caused by cathodic protection system between cross buried pipelines is studied by numerical simulation. The strength of forced impressed current (1.5A, 2.0, 2.5A, 3.0A) and the conductivity of electrolyte (earth or anti-corrosion layer) (0.001 s / m, 0.005 s / m, 0.01 s / M, 0.015) are analyzed by cosmol software S / M) is wrapped by anticorrosive coating of different materials, which has a reference value for the design and construction of pipeline in reality.

The main work of this paper is as follows:

1. According to the advantages, disadvantages and applicability of different current distribution interfaces in the simulation, the secondary current distribution interface is selected to simplify the modeling of buried pipeline on the COMSOL multiphysics software;
2. According to different working conditions, the model is solved, and the electrode potential and stray current density at different positions are analyzed;
3. According to the results, the law of stray current influence under different conditions is put forward, and the protection measures of stray current are put forward.

Key words: buried pipeline, stray current corrosion, numerical simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容及技术方案 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 技术方案 3

第2章 埋地管道的模型建立准备 4

2.1 埋地管道的阴极保护系统 4

2.2 杂散电流的腐蚀机理和评价标准 5

2.2.1腐蚀机理 5

2.2.2评价标准 6

2.3 COMSOL Multiphysics仿真研究 8

2.3.1有限元法 8

2.3.2 模型电流分布接口设定 9

2.4本章小结 11

第3章 模型建立及计算 12

3.1 斜45°交叉仿真模拟 12

3.1.1 模型建立 12

3.1.2 总体电极电位分布 16

3.1.3 被干扰管道上的电极电位分布 16

3.1.4 杂散电流密度 16

3.2本章小结 18

第4章 影响因素及其规律分析 19

4.1外加输出电流的影响 19

4.1.1外加输出电流对电极电位的影响 19

4.1.2外加输出电流对杂散电流密度的影响 21

4.1.3不同外加输出电流的腐蚀速率及管道寿命分析 23

4.2电解质电导率的影响 23

4.2.1电解质电导率对电极电位的影响 23

4.2.2电解质电导率对杂散电流密度的影响 25

4.2.3不同电解质电导率的腐蚀速率及管道寿命分析 27

4.3混凝土层包裹的影响 28

4.3.1混凝土层建模 28

4.3.2有混凝土层时的电极电位 28

4.3.3有混凝土层的杂散电流密度 28

4.3.4不同混凝土孔隙度的影响 30

4.3.5不同孔隙度混凝土层的腐蚀速率和管道寿命分析 32

4.3本章小结 32

第5章 总结展望 33

5.1总结 33

5.2展望 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

1.1 目的及意义

在中国梦的背景下，经济高速发展，我国人民的物质生活水准日益提高。从私家车到飞机，从衣物到药品，从家家户户的厨房到各大工厂的加工车间，人们的衣食住行之中都有石油化工产品的影子。在地大物博的我国，由于能源产地与能源需求地的不匹配，我国主要采用油气管线来满足全国各地的能源需求。然而，随着城市不断扩容，油气管网的扩张，油气管道不可避免的会与电气化铁路，高压线路或其他金属构筑物等发生交汇，在一个油气管网之中，有可能也会出现两条甚至多条交叉埋管的情况，由于这些建筑所产生的和不同管道阴极保护系统所产生的杂散电流无法消除，从而会产生一种互相影响的电腐蚀作用，影响管道的阴极保护系统，使其偏离正常保护电位值而导致管道发生腐蚀，破裂穿孔，管道内容物的泄漏，甚至发生无法预估的爆炸，产生严重后果。

为了在建设管线之中尽可能地避免杂散电流的影响，这就需要设计者对杂散电流进行检测模拟。采集埋地管道的各种信息，对其进行一系列电位检测，采用数学软件进行建模计算，提出防护和改进方案，保证运行安全。

1.2 国内外研究现状

目前来说，国内外的研究者主要采用管地电位法、土壤表面点位梯度法、交流干扰电流测量三种方法或使用杂散电流测试仪等实现对杂散电流的检测: