阴极保护

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控制地下管道的腐蚀一直是世界各国普遍关注的问题

  长距离输油、输气管道,城市供水、煤气、热力的输送管道以及工业区的一些钢质管道大部分都埋在地下,受到土壤的腐蚀和微生物的危害逐渐发生局部腐蚀、穿孔、泄露而破坏。因此,控制地下管道的腐蚀一直是世界各国普遍关注的问题。而目前地下钢质管道的使用寿命仅几年到十几年,如果采取有效的防腐蚀措施可将寿命延长到20 ~ 50 年。这些措施包括使用防护涂层、阴极保护以及涂层与阴极保护组成的联合保护。在管道的防腐蚀方法中,阴极保护工程是较为理想而有效的措施,阴极保护有外加电流保护和牺牲阳极保护两种方式  实施阴极保护时首先要对阴极保护的系统进行设计,而该设计过程繁琐,计算量大,并需查阅大量的资料和数据,稍有不慎就导致重复计算,费时、费事。设计单位一直希望有一套计算机辅助设计软件进行优化设计,把设计人员从繁琐的重复计算中解放出来,提高工作效率,特别是石油部在1990 年颁布了《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》,1998 年颁布了《埋地钢质管道牺牲阳极保护设计规范》行业标准后,更需要一套计算机程序进行规范设计。因此,有必要建立合适的优化设计的数学模型,采用更先进的开发工具研究设计出一套优化设计软件。

  埋地管道阴极保护的最优化设计目的是要求在满足保护要求的情况下总费用最少。对于一个实际的工程,可以采取的保护方案有多种,例如,可以选择不同的保护方式(牺牲阳极法或外加电流法),可以选用不同的阳极材料(镁、铝、锌合金阳极等)或规格形状(条状、带状、帮状等),可以选择不同的阳极埋设方式(直立式或水平式)以及其他不同的设计参数等,那么不同的组合方案,就会达到不同的保护效果,花费不同的经济代价。因此,在实际的工程施工条件、技术条件、材料现状等综合情况满足阴极保护要求,而总费用最少的一种方案就是最优的。这里的总费用并不是单纯的材料费用,而是包括设计费用、施工费用、运行费用、维护费用等多种费用的总和,只有以这种总费用为优化目标的设计才是真正意义上的优化设计。虽然某个方案的设计和施工费用较少,但在运行时需要庞大的运行和维护费用,从而总费用也未必是最少。所以,建立以总费用为优化目标,以技术可行性为约束条件的优化模型,能够准确地设计出实际工程最优的一种设计方案。而优化设计模块就是基于上述的优化数学模型,借助优化算法而建立的计算机辅助寻优程序。在寻优过程中主要是采用组合优化法。

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