基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法與流程
2023-04-23 10:50:26
本發明涉及一種陰極保護技術，具體涉及一種基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法。
背景技術：
近年來，陰極保護作為防止或減緩埋地金屬結構物腐蝕的有效方法，在輸油、輸氣等埋地管道上均得到了廣泛應用，並取得了良好的防腐效果。然而，在燃氣輸送領域，受技術、認識等多種因素的影響，針對城鎮燃氣廠站特別是老舊廠站的區域陰極保護技術卻發展較慢。隨著運營時間的增長和管道塗層的逐漸老化，燃氣廠站內埋地管道的腐蝕問題日漸暴露。同時，由於燃氣廠站往往處於人口密集區，受城市軌道交通和各種電力設施的影響，外腐蝕環境較為複雜。因此採取有效的外腐蝕控制技術對於保證燃氣廠站的安全運行至關重要。目前本領域主要採用公式法陰極保護設計區域陰極保護方案，其在實際應用中存在諸多問題，主要表現在準確度低，效果差，且浪費資源。此外，隨著時間的推移，燃氣廠站內埋地管道的位置、走向和埋深往往會發生變動，而埋地管道的位置信息對區域陰極保護中陽極地床位置的選擇和保護效果會產生很大影響。現有的公式法陰極保護設計採用的探管儀其探測精度為5～10m，較大的誤差範圍，造成了設計的區域陰極保護方案往往與實現需求存在較大差別，影響了陰保效果。
技術實現要素：
本發明的目的是提供基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法，其具有效率高、準確度高、效果好的優點，可提高燃氣廠站區域陰極保護設計的有效性和準確性，並避免盲目開挖造成的人力物力浪費。
為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法，包括以下步驟：
一、根據燃氣廠站建設資料，查詢燃氣廠站內埋地管道的基礎信息，並依據該基礎信息，採用北鬥定位裝置探測每一條埋地管道的精確走向及埋深，以確定其沿線坐標；所述基礎信息包括燃氣廠站內埋地管道的數量、規格、材質、外防腐塗層和分布位置；
二、根據步驟一中的基礎信息和每一條埋地管道的沿線坐標，採用邊界元陰保數值模擬方法建立燃氣廠站內埋地管道的幾何模型；
三、根據步驟一中的基礎信息，採用恆電位儀測試燃氣廠站內每一條埋地管道的斷電電位，並依據每一條埋地管道的斷電電位和陰極保護-850mv電位準則，計算獲得燃氣廠站內總陰保電流需求量；
四、根據步驟一中的基礎信息，採用絕緣接頭測試儀測試燃氣廠站內絕緣接頭的性能，並對性能失效的絕緣接頭進行更換；
五、根據步驟一中的基礎信息，採用電化學工作站和三電極法測試燃氣廠站內每一條埋地管道的極化曲線；並採用電阻測試儀和溫納四極法測試燃氣廠站內的土壤電阻率；
六、根據步驟二的幾何模型，以每一條埋地管道的極化曲線作為陰極邊界，採用邊界元求解方法計算每一條埋地管道的極化電位；依次比較每一條埋地管道經計算得到的極化電位與步驟三中經測試得到的斷電電位，當兩者的差值超過±10％時，通過調整塗層面電阻率和破損率對陰極邊界進行調整，直至兩者的差值在±10％以內，並最終得到每一條埋地管道對應的陰極邊界；
七、根據步驟三得到的總陰保電流需求量和步驟五得到的土壤電阻率，確定區域陰極保護方式，根據步驟二得到的幾何模型、步驟六得到的每一條埋地管道對應的陰極邊界以及陰極保護-850mv電位準則，採用邊界元陰保數值模擬方法確定陽極地床的類型、位置、幾何參數以及通電點位置和恆電位儀運行模式，由此就確定了燃氣廠站區域陰極保護優化方案；所述陰極保護方式為外加電流陰極保護或犧牲陽極陰極保護，所述陽極地床的幾何參數是指陽極地床的長度、寬度和埋深。
進一步的，本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法，其中，在上述步驟三中，所述採用恆電位儀測試燃氣廠站內每一條埋地管道的斷電電位，按以下方法實現：
(1)按照材質和外防腐塗層相同的原則，對燃氣廠站內的埋地管道進行分類；
(2)對於同類的埋地管道只選取一測試點，並採用恆電位儀和臨時陽極地床搭建臨時陰極保護系統；
(3)通過恆電位儀採集測試點對應埋地管道的斷電電位，並將該斷電電位作為同類埋地管道的斷電電位。
進一步的，本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法，其中，在上述步驟五中，所述採用電阻測試儀和溫納四極法測試燃氣廠站內的土壤電阻率，按以下方法實現：
(1)在燃氣廠站內選取分散的三個測試點，並使三個測試點呈等邊三角形分布；
(2)採用電阻測試儀和溫納四極法分別測試三個測試點的土壤電阻率；
(3)計算三個測試點土壤電阻率的平均值，將平均值作為燃氣廠站內的土壤電阻率。
本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法與現有技術相比，具有以下優點：本發明通過利用北鬥定位裝置精準定位燃氣廠站埋地管道的位置，並為幾何模型提供幾何信息，由於北鬥定位系統的定位精度高達亞米級，能有效提高燃氣廠站區域陰極保護設計的有效性和準確性，並可避免盲目開挖造成的人力物力浪費。採用本發明可為燃氣廠站區域陰極保護提供高效的設計流程；同時，本發明通過採用邊界元陰保數值模擬方法進行陽極地床的優化，能夠預測陽極地床的保護效果，進一步提高了燃氣廠站區域陰極保護設計的準確性。
下面結合附圖所示具體實施方式對本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法作進一步詳細說明：
附圖說明
圖1為本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法中根據土壤電阻率和陰保電流需求量決定陰極保護方式的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示本發明基於北鬥的燃氣廠站區域陰極保護優化設計方法的具體實施方式，具體包括以下步驟：
一、根據燃氣廠站建設資料，查詢燃氣廠站內埋地管道的基礎信息，並依據該基礎信息，採用北鬥定位裝置探測每一條埋地管道的精確走向及埋深，以確定其沿線坐標；所述基礎信息包括燃氣廠站內埋地管道的數量、規格、材質、外防腐塗層和分布位置。
二、根據步驟一中的基礎信息和每一條埋地管道的沿線坐標，採用邊界元陰保數值模擬方法建立燃氣廠站內埋地管道的幾何模型。
三、根據步驟一中的基礎信息，採用恆電位儀測試燃氣廠站內每一條埋地管道的斷電電位，並依據每一條埋地管道的斷電電位和陰極保護-850mv電位準則，計算獲得燃氣廠站內總陰保電流需求量。
四、根據步驟一中的基礎信息，採用絕緣接頭測試儀測試燃氣廠站內絕緣接頭的性能，並對性能失效的絕緣接頭進行更換。
五、根據步驟一中的基礎信息，採用電化學工作站和三電極法測試燃氣廠站內每一條埋地管道的極化曲線；並採用電阻測試儀和溫納四極法測試燃氣廠站內的土壤電阻率。
六、根據步驟二的幾何模型，以每一條埋地管道的極化曲線作為陰極邊界，採用邊界元求解方法計算每一條埋地管道的極化電位；依次比較每一條埋地管道經計算得到的極化電位與步驟三中經測試得到的斷電電位，當兩者的差值超過±10％時，通過調整塗層面電阻率和破損率對陰極邊界進行調整，直至兩者的差值在±10％以內，並最終得到每一條埋地管道對應的陰極邊界。通過該步驟確定的陰極邊界與埋地結構物極化特性具有較高的貼合度。
七、根據步驟三得到的總陰保電流需求量和步驟五得到的土壤電阻率，確定區域陰極保護方式，根據步驟二得到的幾何模型、步驟六得到的每一條埋地管道對應的陰極邊界以及陰極保護-850mv電位準則，採用邊界元陰保數值模擬方法確定陽極地床的類型、位置、幾何參數以及通電點位置和恆電位儀運行模式，由此就確定了燃氣廠站區域陰極保護優化方案；所述陰極保護方式為外加電流陰極保護或犧牲陽極陰極保護，所述陽極地床的幾何參數是指陽極地床的長度、寬度和埋深。
本發明通過利用北鬥定位裝置精準定位燃氣廠站埋地管道的位置，並為幾何模型提供幾何信息，由於北鬥定位系統的定位精度高達亞米級，能有效提高燃氣廠站區域陰極保護設計的有效性和準確性，並可避免盲目開挖造成的人力物力浪費。採用本發明可為燃氣廠站區域陰極保護提供高效的設計流程；同時，本發明通過採用邊界元陰保數值模擬方法進行陽極地床的優化，能夠預測陽極地床的保護效果，進一步提高了燃氣廠站區域陰極保護設計的準確性。
進一步的，在上述步驟三中，所述採用恆電位儀測試燃氣廠站內每一條埋地管道的斷電電位，具體按以下方法實現：
(1)按照材質和外防腐塗層相同的原則，對燃氣廠站內的埋地管道進行分類；
(2)對於同類的埋地管道只選取一測試點，並採用恆電位儀和臨時陽極地床搭建臨時陰極保護系統；
(3)通過恆電位儀採集測試點對應埋地管道的斷電電位，並將該斷電電位作為同類埋地管道的斷電電位。
本發明通過上述方法測試燃氣廠站內每一條埋地管道的斷電電位，可簡化工序，有效提高效率。
進一步的，在上述步驟五中，所述採用電阻測試儀和溫納四極法測試燃氣廠站內的土壤電阻率，按以下方法實現：
(1)在燃氣廠站內選取分散的三個測試點，並使三個測試點呈等邊三角形分布；
(2)採用電阻測試儀和溫納四極法分別測試三個測試點的土壤電阻率；
(3)計算三個測試點土壤電阻率的平均值，將平均值作為燃氣廠站內的土壤電阻率。
本發明通過上述方法測試燃氣廠站內的土壤電阻率，可保證測試的準確度和有效性。
需要說明的是，在實際應用中，由於燃氣廠站內調壓間和室外金屬設備的地下防雷接地材料往往會吸收一部分陰保電流，為提高區域陰極保護設計的準確性和有效性，在步驟一中，還可採用同樣的方式確定地下防雷接地材料的坐標，並在步驟二的幾何建模中表現出地下防雷接地材料的幾何信息，以便在後續步驟中採取與埋地管道相同的方式進行處理。在經過步驟七確定燃氣廠站區域陰極保護優化方案後，在施工中往往往還需要根據現場條件對陽極地床位置進行微調，以避免陽極地床處於巖石區，並使其與埋地管道或地下防雷接地材料保持1～2m的施工安全距離。
以上實施例僅是對本發明的優選實施方式進行的描述，並非對本發明請求保護範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域工程技術人員依據本發明的技術方案做出的各種形式的變形，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。