CN111695251A - 低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法 - Google Patents

低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法 Download PDF

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蒋金岩
贾京鹿
庄大伟
刘国
葛彩刚
尹志彪
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Beijing Kaisituo Technology Co ltd
Beijing Yongyishuke Anti Corrosion Technology Co ltd
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Beijing Gas Group Co Ltd
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Beijing Kaisituo Technology Co ltd
Beijing Yongyishuke Anti Corrosion Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法，包括以下步骤：采用现场勘察和图档调研确定埋地低压燃气管网的坐标；使用边界元电场计算方法建立低压燃气管网埋地管道的几何模型；现场建立临时性的阴极保护现场试验获得不同保护电流条件下埋地管道的保护电位分布规律；测试低压燃气管网钢材在所考察土壤中的极化曲线；测试土壤电阻率；结合极化曲线和现场试验，反复计算获得带防腐层管道的极化特性(包含防腐层破损率和面电阻率信息)，得到不同区域埋地燃气管道对应的阴极边界；根据几何模型、低压燃气管网的阴极边界以及阴极保护‑850mV电位准则，利用数值模拟计算确定浅埋分布式阳极的优化分布位置，具有效率高、准确度高、效果好的优点。

Description

低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法
技术领域
本发明涉及一种低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法。
背景技术
近年来，随着埋地燃气管网地下服役环境的日益复杂，燃气管道外腐蚀泄漏事故频发，经统计北京燃气管网每年因腐蚀导致的泄漏事故高达200余起，低压管道约占60％，90％的腐蚀事故发生在没有施加阴极保护的管道上，而且有些小区频繁发生泄漏，如何有效控制低压燃气管网的腐蚀风险已成为实际生产的迫切需求。
目前低压燃气管网的外腐蚀控制仅采用外防腐层的方法，由于防腐层质量较差，且随着运行时间的增长，性能会逐年下降。加上低压燃气管网小区内埋地金属设施分布复杂，除了埋地的燃气管道外，还存在自来水管道，供暖管道，还有楼房建筑防雷接地系统，同时一些小区还设有地下车库，充电桩等设施，这些因素都会增加低压燃气管网小区地下服役环境的复杂性，对管道的腐蚀造成影响。阴极保护作为防止埋地金属管道腐蚀的有效方法已经在国内外得到了广泛应用，但传统的阴极保护要通过绝缘装置将保护电流限定到一定的范围内，但低压燃气管网区域电连接点众多，电流散失情况严重，阴极保护效果难以保障，目前国内围绕这种情况探索较少。本专利申请团队近年来针对低压燃气管道阴极保护电流开放特征，开展了低压燃气管网的开放式阴极保护技术研究，通过开放式阴极保护电流的扩散范围，有效阴极保护参数选取原则，阳极地床的分布数量、位置、埋深等参数确定方法的研究，提出了一种低压燃气管网区域开放式阴极保护优化设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供低压燃气管网开放式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，可提高开放式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。
低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、根据低压燃气管网区域的建设资料，查询其数量、规格、坐标、材质、外防腐涂层和分布位置等基础信息，现场考察核实基础信息的准确性，采用现场电流分布实验考察电流的流向与分布的范围，测试每条管道不同位置的断电电位；
二、使用三电极体系测试低压燃气管网区域内管道钢材和接地材料在所考察土壤环境中的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网中的土壤电阻率；
三、根据步骤一的基础信息，建立低压燃气管网区域的几何模型；
四、根据步骤三中的几何模型，使用步骤二的低压燃气管网区域的极化曲线作为阴极边界条件，使用边界元电场计算；比较计算得到的极化电位与步骤一中的低压燃气管网的断电电位，当两者的相对误差超过±10％时，调整涂层面电阻率和破损率，再次使用边界元电场计算，直至两者的相对误差在±10％以内，计算得到得到低压燃气管网区域的每一条埋地管道的阴极边界条件；
五、根据开放式低压燃气管网的特点，采用浅埋分布式阳极为开放式阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤三得到的低压燃气管网的边界条件以及阴极保护-850mVCSE电位准则，采用阴极保护边界元电场计算确定浅埋阳极的位置、数量、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，确定了开放式阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护，所述浅埋分布式阳极的几何参数是指浅埋阳极的长度、宽度和埋深。
进一步的，本发明基于低压燃气管网开放式阴极保护的优化设计方法，其中，在上述步骤一中，所述测试每条管道不同位置的断电电位，按以下方法实现：
(1)根据材质和外防腐涂层，对低压燃气管网进行分类；
(2)在低压燃气管网上取合适测试点，进行现场电流分布实验；
(3)使用恒电位仪采集低压燃气管网的测试点断电电位。
在上述步骤二中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网内的土壤电阻率，按以下方法实现：
(1)在低压燃气管网区域根据土壤性质选取测试点；
(2)在管道附近取土，采用电阻测试仪和温纳四极法测量土壤电阻率；
(3)根据土壤性质，分区块计算的实际电阻率作为不同区域低压燃气管网的土壤电阻率。
本发明低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法与现有技术相比，具有以下优点：采用本发明可为低压燃气管网开放式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极保护电场计算进行阳极地床的优化，能够预测阳极地床的保护效果，进一步提高了低压燃气管网的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低压燃气管网极保护优化设计方法作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法流程图。
具体实施方式
低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法，包括以下步骤：
一、根据低压燃气管网区域的建设资料，查询其数量、规格、坐标、材质、外防腐涂层和分布位置等基础信息，现场考察核实基础信息的准确性，采用现场电流分布实验考察电流的流向与分布的范围，测试每条管道不同位置的断电电位；
二、使用三电极体系测试低压燃气管网区域内管道钢材和接地材料在所考察土壤环境中的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网中的土壤电阻率；
三、根据步骤一的基础信息，建立低压燃气管网区域的几何模型；
四、根据步骤三中的几何模型，使用步骤二的低压燃气管网区域的极化曲线作为阴极边界条件，使用边界元电场计算；比较计算得到的极化电位与步骤一中的低压燃气管网的断电电位，当两者的相对误差超过±10％时，调整涂层面电阻率和破损率，再次使用边界元电场计算，直至两者的相对误差在±10％以内，计算得到得到低压燃气管网区域的每一条埋地管道的阴极边界条件；
五、根据开放式低压燃气管网的特点，采用浅埋分布式阳极为开放式阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤三得到的低压燃气管网的边界条件以及阴极保护-850mVCSE电位准则，采用阴极保护边界元电场计算确定浅埋阳极的位置、数量、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，确定了开放式阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护，所述浅埋分布式阳极的几何参数是指浅埋阳极的长度、宽度和埋深。
进一步的，本发明基于低压燃气管网开放式阴极保护的优化设计方法，其中，在上述步骤一中，所述采用恒电位仪测试低压燃气管网埋地管道的断电电位，按以下方法实现：
(1)根据材质和外防腐涂层，对低压燃气管网进行分类；
(2)在低压燃气管网上取合适测试点，进行现场电流分布实验；
(3)使用恒电位仪采集低压燃气管网的测试点断电电位。
在上述步骤二中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网内的土壤电阻率，按以下方法实现：
(1)在低压燃气管网区域根据土壤性质选取测试点；
(2)在管道附近取土，采用电阻测试仪和温纳四极法测量土壤电阻率；
(3)根据土壤性质，分区块计算的实际电阻率作为不同区域低压燃气管网的土壤电阻率。
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，由于低压燃气管网附近存在的接地系统会吸收阴极保护电流，为提高开放式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。在经过步骤五确定低压燃气管网开放式阴极保护优化方案后，在施工中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.低压燃气管网开放式阴极保护优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、根据低压燃气管网区域的建设资料，查询其数量、规格、坐标、材质、外防腐涂层和分布位置等基础信息，现场考察核实基础信息的准确性，采用现场电流分布实验考察电流的流向与分布的范围，测试每条管道不同位置的断电电位；
二、使用三电极体系测试低压燃气管网区域内管道钢材和接地材料在所考察土壤环境中的极化曲线；并采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网中的土壤电阻率；
三、根据步骤一的基础信息，建立低压燃气管网区域的几何模型；
四、根据步骤三中的几何模型，使用步骤二的低压燃气管网区域的极化曲线作为阴极边界条件，使用边界元电场计算；比较计算得到的极化电位与步骤一中的低压燃气管网的断电电位，当两者的相对误差超过±10％时，调整涂层面电阻率和破损率，再次使用边界元电场计算，直至两者的相对误差在±10％以内，计算得到得到低压燃气管网区域的每一条埋地管道的阴极边界条件；
五、根据开放式低压燃气管网的特点，采用浅埋分布式辅助阳极为开放式阴极保护方式，根据步骤二得到的几何模型、步骤三得到的低压燃气管网的边界条件以及阴极保护-850mVCSE电位准则，采用阴极保护边界元电场计算确定浅埋阳极的位置、数量、几何参数以及通电点位置和恒电位仪运行模式，确定了开放式阴极保护优化方案；所述阴极保护方式为外加电流阴极保护，所述浅埋分布式阳极的几何参数是指浅埋阳极的长度、宽度和埋深。
2.按照权利要求1所述的基于开放式阴极保护在低压燃气管网的优化设计方法，其特征在于，在步骤一中，所述测试每条管道不同位置的断电电位，按以下方法实现：
(1)根据材质和外防腐涂层，对低压燃气管网进行分类；
(2)在低压燃气管网上取合适测试点，进行现场电流分布实验；
(3)使用恒电位仪采集低压燃气管网的测试点断电电位。
3.按照权利要求1所述的基于开放式阴极保护在低压燃气管网的优化设计方法，其特征在于，在步骤二中，所述采用电阻测试仪和温纳四极法测试低压燃气管网内的土壤电阻率，按以下方法实现：
(1)在低压燃气管网区域根据土壤性质选取测试点；
(2)在管道附近取土，采用电阻测试仪和温纳四极法测量土壤电阻率；
(3)根据土壤性质，分区块计算的实际电阻率作为不同区域低压燃气管网的土壤电阻率。
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