CN113569390A - 一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。所述方法包括：基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型；建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型以及破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型；根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。本发明由于在保护效能计算中引入了防腐层破损率，并考虑了破损率随时间的动态变化引起的牺牲阳极输出电流的变化，相对现有技术采用指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率进行保护效能计算，明显提高了测评的精度。

Description

一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置

技术领域

本发明属于管道保护技术领域，具体涉及一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。

背景技术

目前，管道腐蚀已经成为影响管道安全运行的重要因素。据统计，某地区近几年85％的外腐蚀管道泄漏发生于防腐层管道，95％的外腐蚀穿孔发生在无阴极保护或阴极保护失效的管道上。该数据表明管道的有效阴极保护及防腐涂层性能对于管道外腐蚀的防护非常重要。由于建设年代不同，在役管道防腐层种类较多，性能、质量参差不齐。20世纪70年代主要以石油沥青防腐层为主，80年代出现环氧煤沥青，90年代开始使用塑化沥青防蚀带，2000年之后开始逐渐使用FBE及3PE涂层。据统计，石油沥青、环氧煤沥青防腐层管道长度约占24％，塑化沥青胶带管道占39％，3PE管道约占34％。由此可见防腐层服役年限基本已超过30年，最大年限接近50年。防腐层性能影响着管网的运行安全，主要由以下两个因素：一是防腐层性能随服役年限退化严重，由于该地区燃气50％以上钢质管道未施加阴极保护，仅仅依靠外防腐层，因此外防腐层是埋地钢质管道免遭外界腐蚀的第一道防线，其保护效果直接影响着管道整体的安全运行；二是沥青防腐层的性能退化严重影响阴极保护效果，随着沥青防腐层退化，面电阻率逐年降低，管道对于阴极保护电流的需求持续加大，大大影响了阴极保护效果及使用寿命。

现有的管道防腐层防护性能评估，多是以指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率评价防腐层质量，粗略预测管道有效保护年限，没有考虑防腐层在未来时间随时间的动态变化，因此预测精度往往不尽人意。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

第一方面，本发明提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，包括以下步骤：

基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

进一步地，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

进一步地，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

更进一步地，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

更进一步地，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

第二方面，本发明提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，包括：

第一建模模块，用于基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

第二建模模块，用于建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

第一计算模块，用于基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

第二计算模块，用于根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

进一步地，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

进一步地，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

更进一步地，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

更进一步地，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

本发明通过建立管道防腐层破损率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型，基于所述关系模型计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流，根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限，实现了牺牲阳极保护年限的自动测评。本发明由于在保护效能计算中引入了防腐层破损率，并考虑了破损率随时间(年份)的动态变化引起的牺牲阳极输出电流的变化，相对现有技术采用指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率进行保护效能计算，明显提高了测评的精度。

附图说明

图1为本发明的实施例一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法的流程图。

图2为管道阴极保护系统的示意图。

图3为实验室测量的裸钢在土壤中的阴极极化曲线，横轴为牺牲阳极输出电流密度，纵轴为裸钢对地电位。

图4为本发明的实施例一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置的方框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法的流程图，包括以下步骤：

步骤101，基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

步骤102，建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

步骤103，基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

步骤104，根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

本实施例给出了一种沥青类防腐层管道阴极保护效能的计算方法。为了防止管道腐蚀，一般采用阴极保护方法。常用的阴极保护方法有两种：一种是在管道和埋地保护电极之间加一个直流保护电源，提供保护电流，实现阴极保护电流以防止管道被腐蚀；一种是设置埋地的牺牲阳极，牺牲阳极的材料一般为镁、锌、铝，管道的材料一般为铁，管道与牺牲阳极之间存在电位差，牺牲阳极发生溶解反应产生电流即保护电流。本实施例采用的是第二种保护方法，其系统框图如图2所示。

本实施例中，步骤101主要用于建立管道防腐层面电阻率的预测模型。首先根据历史数据建立面电阻率与管道服役年限的关系模型，该模型能够很好地反映历史年份面电阻率与管道服役年限的关系，一般称为基础关系模型；然后对基础关系模型进行修正，使修正后的模型能够用来预测未来年份的面电阻率，因此也称为预测模型。预测模型是面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型。面电阻率是服役年限的单调减函数，为了简化模型，可以选取一个包含待定参数的初等函数(如指数函数)作为基础模型，然后利用历史数据进行训练确定待定参数。值得说明的是，面电阻率的测量方法有两种：一种是电位电流法，一种是选频变频法。依据标准CJJ95-2013《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》中4.3.2节防腐层绝缘性能评价，选频变频法测得的面电阻率近似是电位电流法的两倍。防腐层的真实绝缘电阻是通过电流电位法测得的，因此为了后续计算防腐层对于阴极保护效果的影响，需要进行折算。由于历史数据一般是采用选频变频法得到的，因此，基于历史数据得到的基础模型还需减小二分之一后作为最终的基础模型。

本实施例中，步骤102主要用于通过建立破损率与面电阻率的关系模型得破损率的预测模型。破损率等于防腐层破损面积与防腐层总面积(管道圆柱侧面面积)的比。为了计算方便，本实施例将破损区域看成是由多个形状和面积都相同的破损点组成，破损区域的面积等于所有破损点面积的和。本实施例将一个破损点定义为一个直径或面积固定(如50平方厘米)的圆。面电阻率等于面积与电阻的积。可根据电工学原理(电阻串并联)建立破损率与面电阻率的关系模型，后面将给出一个建立该模型的具体实施例。有了破损率与面电阻率的关系模型M2，将上一步建立的面电阻率的预测模型M1代入M2，便可得到破损率的预测模型，也就是破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3。根据M3就可得到未来年份的破损率。

本实施例中，步骤103主要用于计算未来年份牺牲阳极的输出电流。首先根据关系模型M3计算未来年份的破损率，然后根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流。牺牲阳极输出电流的后果是牺牲阳极本身被腐蚀，从而导致失重(质量减小)，实际上是以牺牲自己为代价保护管道不被腐蚀，因此称为牺牲阳极。牺牲阳极的输出电流与管道对地电位和管道对地电阻有关，而破损率直接影响管道对地电阻，因此本实施例根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算牺牲阳极的输出电流。牺牲阳极输出电流的计算方法很多，本实施例对具体的计算方法不做限定，后面的实施例将给出一种具体的计算方法。

本实施例中，步骤104主要用于计算牺牲阳极的保护年限。本实施例根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。消耗率是单位输出电流、单位时间(年)内牺牲阳极质量的减小量，可以通过实验测得。要使管道能够得到有效保护，需保证管道对地电位的绝对值大于一定值，一般规定-850毫伏为管道能够得到有效保护的最小管道对地电位。可通过实验测得管道对地电位为-850毫伏时牺牲阳极的质量，并据此计算管道得到有效保护期间牺牲阳极质量相对初始质量的减小量。牺牲阳极质量的减小量等于牺牲阳极输出电流对时间的积分，据此可以得到牺牲阳极的保护年限。由于计算机一般不能直接计算积分，可通过求和或近似方法计算积分。本实施例由于采用随年份变化的破损率和牺牲阳极输出电流计算保护年限，相对现有技术采用指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率进行保护效能计算，明显提高了计算精度。

作为一可选实施例，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

本实施例给出了一种具体的关系模型M1。首先给出了基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的基础关系模型。如上式，基础关系模型是一种简单的指数函数模型。然后对基础关系模型进行修正，即增加一个修正常数C，得到关系模型M1。增加C后可使当前年份的数据(服役年限和面电阻率)满足M1。M1与基础关系模型的另一个不同点是，自变量服役年限的取值大于或等于当前年份对应的服役年限，也就是说可以用来预测未来年份的面电阻率。

作为一可选实施例，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

本实施例给出了计算牺牲阳极输出电流的一种技术方案。本实施例利用实验测量的阴极极化曲线求解牺牲阳极输出电流。所述曲线是裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线，如图3所示，横轴是牺牲阳极输出电流密度，纵轴是对地电位。首先在曲线中查找实际测得的管道的对地电位对应的电流密度J1。由于裸钢相当于没有涂防腐层或破损率为100％，因此实际的电流密度J2等于J1乘以破损率。然后根据电流密度的定义，用牺牲阳极的面积乘以电流密度J2得到牺牲阳极输出电流。

作为一可选实施例，所述方法还包括关系模型M2的建立方法：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

本实施例给出了建立破损率与面电阻率关系模型M2的一种技术方案。本实施例主要是根据电工学原理，基于破损点的定义和面电阻率与电阻和面积的关系，得出破损率与面电阻率的关系模型。首先是根据破损点的定义，基于经验公式得出单个破损点的对地电阻，并根据电阻串并联原理得出多个破损点的对地电阻，即破损防腐层的对地电阻。然后，根据单个破损点的面积和破损点的数量得到破损的防腐层面积，以及未破损的防腐层面积S₂，再根据防腐层的面电阻率R₀得到未破损防腐层的对地电阻r₂＝R₀/S₂。将破损防腐层的对地电阻和未破损防腐层的对地电阻并联得到管道的等效面电阻。管道的等效面电阻乘以管道总面积得到管道面电阻率，从而得到了面电阻率与破损点数量的关系式，反求得到破损点数量与面电阻率的关系式。将该关系式代入破损率公式，得到破损率与电阻率的关系式，也就是所求M2模型。

作为一可选实施例，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

本实施例给出了计算牺牲阳极保护年限的一种技术方案。本实施例是根据当前年份后每年牺牲阳极的输出电流I_n和牺牲阳极的消耗率k，计算每年牺牲阳极质量减小的量I_n×k，然后求和得到质量减小的逐年累积量。当所述累积量刚好超过牺牲阳极进行有效保护需要消耗的质量M-M₀时，累积的年限N就是有效保护年限。本实施例是基于一年内牺牲阳极的输出电流近似不变的假设通过求和代替求积分实现保护年限求解的。由于一年内输出电流的变化较小，因此这种近似计算的结果还是能够满足测评的精度要求的。

图4为本发明实施例一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置的组成示意图，所述装置包括：

第一建模模块11，用于基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

第二建模模块12，用于建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

第一计算模块13，用于基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

第二计算模块14，用于根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

本实施例的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。后面的实施例也是如此，均不再展开说明。

作为一可选实施例，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

作为一可选实施例，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

作为一可选实施例，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

作为一可选实施例，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

2.根据权利要求1所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

3.根据权利要求1所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

4.根据权利要求3所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

5.根据权利要求4所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

6.一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，包括：

第一建模模块，用于基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；

第二建模模块，用于建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；

第一计算模块，用于基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；

第二计算模块，用于根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。

7.根据权利要求6所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)

式中，R为面电阻率，x为服役年限；

面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：

R＝2137.9exp(-x/55.2)+C

C＝R₀-2137.9exp(-x₀/55.2)

式中，C为修正常数，R₀为当前年份实际测量的面电阻率，x₀为当前年份管道的服役年限，x≥x₀。

8.根据权利要求6所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：

在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；

用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；

用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。

9.根据权利要求8所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：

计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r_m：

式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S₁分别为单个破损点的直径和面积；

计算管道侧面总面积S：

S＝πDl

式中，D、l分别为管道直径和长度；

计算未损坏的防腐层面积S₂和电阻r₂：

S₂＝S-mS₁

式中，R₀为未损坏防腐层的面电阻率；

计算管道等效面电阻r₃和面电阻率R：

R＝S×r₃

根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m×S₁/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。

10.根据权利要求9所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：

假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：

式中，M为牺牲阳极的质量，M₀为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M₀的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I_n为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。

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