腐蚀与防护
石油化工设备技术，2016，37（4）·41· Petro-Chemical Equipment Technology
理地钢质管道阴极保护电位的有限元分析
方江敏，彭泽标，柯甜甜（华南理工大学，广东广州510641）
摘要：通过实验获取钢质管道的阴极极化曲线，建立埋地钢质管道朗极保护系统的有限元模型，运用 Ansys有限元模拟计算埋地钢质管道的所极保护电位。通过与实际工程测量数据的对比分析，发现有限元模拟结采与实际工程测量数据误差较小，能很好的揭示埋地钢质管道阴极保护电位的分布规律。文章利用有限元法对管道电阻率、土电阻率、外覆盖层等影响期极保护电位分布的固素分别进行模拟，为阴极保护电位分布计算和优化设计提供参考。
关键词：有限元模拟钢质管道极化曲线阅极保护电位
在埋地钢质管道的阴极保护中，管道的阴极
保护电位值是评价阴极保护系统好坏的重要指标。传统阴极保护电位值主要靠一些经验公式与实际检测值获取，伯是对于一此复杂的结构，如海洋平台下的钢柱、海底管道、环境复杂的长输管道、大型油罐罐底等都是难以实际检测的，或者检测费用品贯等，传统的方法已经难以满足人们对设备安全性与经济性的要求11。随着电化学与计算机计算的发展，利用电脑软件计算阴极保护电位分布成为阴极保护领域的研究热点。有限元法在理地钢质管道阴极保护电位分布的研究中使用越来越广，Ansys软件通过建立阴极保护系统模型，结合管道阴极极化曲线，利用有限元法求解电场方程，可计算任何复杂环境下管道电位分布。有限元模拟法也可对管道原有的阴极保护系统进行优化设计，对管道运营过程中的杂散电流的干扰进行模拟，从而使管道管理人员制定相关维护计划[2]。
1阴极保护电位有限元模拟 1.1腐蚀场控制方程
阴极保护电位分布模型可分为两大类：时变
型和分布型。时变型模型考虑了阴极表面污垢层与阴极极化曲线随时间的变化关系，该模型可以计算阴极电势随时间的变化关系[3]。对于埋地钢质管道，阴极表面即为管道表面，由于管道表面涂有覆盖层，表面污垢层极少，且对其研究深度不够很难预测，所以一般不予考愿；分布型模型是建立在阴极保护系统趋于稳定后，假设阴极极化与时
间无关，阴极为均匀导体，且各向同一性。分布型模型电位控制方程满足Laplace方程：
a"+a"+a"
其中：为阴极电位；，y，2为空间直角坐
标系。
1.2边界条件
1.2.1阳极边界条件
阳极边界条件可分为三类：刘庆来]、邱枫[5]
在计算阴极保护电位分布时认为，阳极在输出电流时电位保持恒定，即Φ三Φ，此为第一类边界条件；Hassanein认为：牺牲阳极在工作时输出固
de
定的电位梯度，即
三i。，此为第二类边界条件；
an
徐勋[7]、钱海军认为：辆牲阳极在工作时输出的
nag
电位为非线性，即
an
f（Φ），采用实测阳极极化
曲线作为边界条件，此为第三类边界条件。 1.2.2阴极边界条件
阴极极化曲线的测试采用galvanostatmodel 263A电化学工作站，如图1所示。工作电极为 10mmX×10mmX3mm的L415MB裸碳钢试片，工作介质为细沙土壤，辅助电极为铂电极，参
收稿日期：2016-03-28。
作者简介：方江敏，女，毕业于华南理工大学机械与汽车工程学院，主要从事化工设备、环保设备、LNG液化/汽化工艺与
设备、油气储运安全等方面的研究工作，副教授 Email: 747043241@qq.com.