CN107245720B - 基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，包括以下步骤：采用北斗定位装置确定埋地管道的沿线坐标；采用边界元阴保数值模拟方法建立燃气厂站内埋地管道的几何模型；测试埋地管道的断电电位并获得阴保电流需求量；测试绝缘接头的性能；测试埋地管道的极化曲线；测试土壤电阻率；采用边界元求解方法得到每一条埋地管道对应的阴极边界；根据总阴保电流需求量和土壤电阻率确定区域阴极保护方式，根据几何模型、每一条埋地管道对应的阴极边界以及阴极保护‑850mV电位准则，确定阳极地床的类型、位置、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式。其具有效率高、准确度高、效果好的优点，可提高燃气厂站区域阴极保护设计的有效性和准确性。

Description

基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种阴极保护技术，具体涉及一种基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法。

背景技术

近年来，阴极保护作为防止或减缓埋地金属结构物腐蚀的有效方法，在输油、输气等埋地管道上均得到了广泛应用，并取得了良好的防腐效果。然而，在燃气输送领域，受技术、认识等多种因素的影响，针对城镇燃气厂站特别是老旧厂站的区域阴极保护技术却发展较慢。随着运营时间的增长和管道涂层的逐渐老化，燃气厂站内埋地管道的腐蚀问题日渐暴露。同时，由于燃气厂站往往处于人口密集区，受城市轨道交通和各种电力设施的影响，外腐蚀环境较为复杂。因此采取有效的外腐蚀控制技术对于保证燃气厂站的安全运行至关重要。目前本领域主要采用公式法阴极保护设计区域阴极保护方案，其在实际应用中存在诸多问题，主要表现在准确度低，效果差，且浪费资源。此外，随着时间的推移，燃气厂站内埋地管道的位置、走向和埋深往往会发生变动，而埋地管道的位置信息对区域阴极保护中阳极地床位置的选择和保护效果会产生很大影响。现有的公式法阴极保护设计采用的探管仪其探测精度为 5～10m，较大的误差范围，造成了设计的区域阴极保护方案往往与实现需求存在较大差别，影响了阴保效果。

发明内容

本发明的目的是提供基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其具有效率高、准确度高、效果好的优点，可提高燃气厂站区域阴极保护设计的有效性和准确性，并避免盲目开挖造成的人力物力浪费。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，包括以下步骤：

一、根据燃气厂站建设资料，查询燃气厂站内埋地管道的基础信息，并依据该基础信息，采用北斗定位装置探测每一条埋地管道的精确走向及埋深，以确定其沿线坐标；所述基础信息包括燃气厂站内埋地管道的数量、规格、材质、外防腐涂层和分布位置；

二、根据步骤一中的基础信息和每一条埋地管道的沿线坐标，采用边界元阴保数值模拟方法建立燃气厂站内埋地管道的几何模型；

三、根据步骤一中的基础信息，采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，并依据每一条埋地管道的断电电位和阴极保护-850mV电位准则，计算获得燃气厂站内总阴保电流需求量；

四、根据步骤一中的基础信息，采用绝缘接头测试仪测试燃气厂站内绝缘接头的性能，并对性能失效的绝缘接头进行更换；

五、根据步骤一中的基础信息，采用电化学工作站和三电极法测试燃气厂站内每一条埋地管道的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率；

六、根据步骤二的几何模型，以每一条埋地管道的极化曲线作为阴极边界，采用边界元求解方法计算每一条埋地管道的极化电位；依次比较每一条埋地管道经计算得到的极化电位与步骤三中经测试得到的断电电位，当两者的差值超过±10％时，通过调整涂层面电阻率和破损率对阴极边界进行调整，直至两者的差值在±10％以内，并最终得到每一条埋地管道对应的阴极边界；

七、根据步骤三得到的总阴保电流需求量和步骤五得到的土壤电阻率，确定区域阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤六得到的每一条埋地管道对应的阴极边界以及阴极保护-850mV电位准则，采用边界元阴保数值模拟方法确定阳极地床的类型、位置、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，由此就确定了燃气厂站区域阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护或牺牲阳极阴极保护，所述阳极地床的几何参数是指阳极地床的长度、宽度和埋深。

进一步的，本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其中，在上述步骤三中，所述采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，按以下方法实现：

(1)按照材质和外防腐涂层相同的原则，对燃气厂站内的埋地管道进行分类；

(2)对于同类的埋地管道只选取一测试点，并采用恒电位仪和临时阳极地床搭建临时阴极保护系统；

(3)通过恒电位仪采集测试点对应埋地管道的断电电位，并将该断电电位作为同类埋地管道的断电电位。

进一步的，本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其中，在上述步骤五中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率，按以下方法实现：

(1)在燃气厂站内选取分散的三个测试点，并使三个测试点呈等边三角形分布；

(2)采用电阻测试仪和温纳四极法分别测试三个测试点的土壤电阻率；

(3)计算三个测试点土壤电阻率的平均值，将平均值作为燃气厂站内的土壤电阻率。

本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过利用北斗定位装置精准定位燃气厂站埋地管道的位置，并为几何模型提供几何信息，由于北斗定位系统的定位精度高达亚米级，能有效提高燃气厂站区域阴极保护设计的有效性和准确性，并可避免盲目开挖造成的人力物力浪费。采用本发明可为燃气厂站区域阴极保护提供高效的设计流程；同时，本发明通过采用边界元阴保数值模拟方法进行阳极地床的优化，能够预测阳极地床的保护效果，进一步提高了燃气厂站区域阴极保护设计的准确性。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法中根据土壤电阻率和阴保电流需求量决定阴极保护方式的示意图。

具体实施方式

如图1所示本发明基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法的具体实施方式，具体包括以下步骤：

一、根据燃气厂站建设资料，查询燃气厂站内埋地管道的基础信息，并依据该基础信息，采用北斗定位装置探测每一条埋地管道的精确走向及埋深，以确定其沿线坐标；所述基础信息包括燃气厂站内埋地管道的数量、规格、材质、外防腐涂层和分布位置。

二、根据步骤一中的基础信息和每一条埋地管道的沿线坐标，采用边界元阴保数值模拟方法建立燃气厂站内埋地管道的几何模型。

三、根据步骤一中的基础信息，采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，并依据每一条埋地管道的断电电位和阴极保护-850mV电位准则，计算获得燃气厂站内总阴保电流需求量。

四、根据步骤一中的基础信息，采用绝缘接头测试仪测试燃气厂站内绝缘接头的性能，并对性能失效的绝缘接头进行更换。

五、根据步骤一中的基础信息，采用电化学工作站和三电极法测试燃气厂站内每一条埋地管道的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率。

六、根据步骤二的几何模型，以每一条埋地管道的极化曲线作为阴极边界，采用边界元求解方法计算每一条埋地管道的极化电位；依次比较每一条埋地管道经计算得到的极化电位与步骤三中经测试得到的断电电位，当两者的差值超过±10％时，通过调整涂层面电阻率和破损率对阴极边界进行调整，直至两者的差值在±10％以内，并最终得到每一条埋地管道对应的阴极边界。通过该步骤确定的阴极边界与埋地结构物极化特性具有较高的贴合度。

七、根据步骤三得到的总阴保电流需求量和步骤五得到的土壤电阻率，确定区域阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤六得到的每一条埋地管道对应的阴极边界以及阴极保护-850mV电位准则，采用边界元阴保数值模拟方法确定阳极地床的类型、位置、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，由此就确定了燃气厂站区域阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护或牺牲阳极阴极保护，所述阳极地床的几何参数是指阳极地床的长度、宽度和埋深。

本发明通过利用北斗定位装置精准定位燃气厂站埋地管道的位置，并为几何模型提供几何信息，由于北斗定位系统的定位精度高达亚米级，能有效提高燃气厂站区域阴极保护设计的有效性和准确性，并可避免盲目开挖造成的人力物力浪费。采用本发明可为燃气厂站区域阴极保护提供高效的设计流程；同时，本发明通过采用边界元阴保数值模拟方法进行阳极地床的优化，能够预测阳极地床的保护效果，进一步提高了燃气厂站区域阴极保护设计的准确性。

进一步的，在上述步骤三中，所述采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，具体按以下方法实现：

(1)按照材质和外防腐涂层相同的原则，对燃气厂站内的埋地管道进行分类；

(2)对于同类的埋地管道只选取一测试点，并采用恒电位仪和临时阳极地床搭建临时阴极保护系统；

(3)通过恒电位仪采集测试点对应埋地管道的断电电位，并将该断电电位作为同类埋地管道的断电电位。

本发明通过上述方法测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，可简化工序，有效提高效率。

进一步的，在上述步骤五中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率，按以下方法实现：

(1)在燃气厂站内选取分散的三个测试点，并使三个测试点呈等边三角形分布；

(2)采用电阻测试仪和温纳四极法分别测试三个测试点的土壤电阻率；

(3)计算三个测试点土壤电阻率的平均值，将平均值作为燃气厂站内的土壤电阻率。

本发明通过上述方法测试燃气厂站内的土壤电阻率，可保证测试的准确度和有效性。

需要说明的是，在实际应用中，由于燃气厂站内调压间和室外金属设备的地下防雷接地材料往往会吸收一部分阴保电流，为提高区域阴极保护设计的准确性和有效性，在步骤一中，还可采用同样的方式确定地下防雷接地材料的坐标，并在步骤二的几何建模中表现出地下防雷接地材料的几何信息，以便在后续步骤中采取与埋地管道相同的方式进行处理。在经过步骤七确定燃气厂站区域阴极保护优化方案后，在施工中往往往还需要根据现场条件对阳极地床位置进行微调，以避免阳极地床处于岩石区，并使其与埋地管道或地下防雷接地材料保持 1～2m的施工安全距离。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、根据燃气厂站建设资料，查询燃气厂站内埋地管道的基础信息，并依据该基础信息，采用北斗定位装置探测每一条埋地管道的精确走向及埋深，以确定其沿线坐标；所述基础信息包括燃气厂站内埋地管道的数量、规格、材质、外防腐涂层和分布位置；

二、根据步骤一中的基础信息和每一条埋地管道的沿线坐标，采用边界元阴保数值模拟方法建立燃气厂站内埋地管道的几何模型；

三、根据步骤一中的基础信息，采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，并依据每一条埋地管道的断电电位和阴极保护-850mV电位准则，计算获得燃气厂站内总阴保电流需求量；

四、根据步骤一中的基础信息，采用绝缘接头测试仪测试燃气厂站内绝缘接头的性能，并对性能失效的绝缘接头进行更换；

五、根据步骤一中的基础信息，采用电化学工作站和三电极法测试燃气厂站内每一条埋地管道的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率；

六、根据步骤二的几何模型，以每一条埋地管道的极化曲线作为阴极边界，采用边界元求解方法计算每一条埋地管道的极化电位；依次比较每一条埋地管道经计算得到的极化电位与步骤三中经测试得到的断电电位，当两者的差值超过±10％时，通过调整涂层面电阻率和破损率对阴极边界进行调整，直至两者的差值在±10％以内，并最终得到每一条埋地管道对应的阴极边界；

七、根据步骤三得到的总阴保电流需求量和步骤五得到的土壤电阻率，确定区域阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤六得到的每一条埋地管道对应的阴极边界以及阴极保护-850mV电位准则，采用边界元阴保数值模拟方法确定阳极地床的类型、位置、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，由此就确定了燃气厂站区域阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护或牺牲阳极阴极保护，所述阳极地床的几何参数是指阳极地床的长度、宽度和埋深。

2.按照权利要求1所述的基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其特征在于，在步骤三中，所述采用恒电位仪测试燃气厂站内每一条埋地管道的断电电位，按以下方法实现：

(1)按照材质和外防腐涂层相同的原则，对燃气厂站内的埋地管道进行分类；

(2)对于同类的埋地管道只选取一测试点，并采用恒电位仪和临时阳极地床搭建临时阴极保护系统；

(3)通过恒电位仪采集测试点对应埋地管道的断电电位，并将该断电电位作为同类埋地管道的断电电位。

3.按照权利要求1所述的基于北斗的燃气厂站区域阴极保护优化设计方法，其特征在于，在步骤五中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试燃气厂站内的土壤电阻率，按以下方法实现：

(1)在燃气厂站内选取分散的三个测试点，并使三个测试点呈等边三角形分布；

(2)采用电阻测试仪和温纳四极法分别测试三个测试点的土壤电阻率；

(3)计算三个测试点土壤电阻率的平均值，将平均值作为燃气厂站内的土壤电阻率。