CN114737192A - 一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置，其中方法包括：S1，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；S2，利用电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果交流电密度超过预设值，则执行步骤S3；如果交流电密度不超过预设值，则执行步骤S5；S3，确定交流电密度超过预设值的管段位置；S4，通过电磁干扰数值模拟计算对超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并返回执行步骤S2；S5，确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按分布位置分布镯式锌合金牺牲阳极。

Description

一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置
技术领域
本发明涉及海洋环境腐蚀防护领域，尤其涉及一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置。
背景技术
近年来，随着海底电缆大规模建设，海底电缆与海底管道不可避免的产生长距离的并行或多次交叉，海底管道面临的交流腐蚀风险不断升高，可能引起腐蚀泄漏、防腐层破损等危害，严重威胁着海底油气安全输送及工作人员的人身安全。目前，国内外在陆地中常用的缓解措施主要有安装绝缘接头、集中接地极、相位消除线、缓解线等方式。而缓解线凭借其安装简单，缓解效果好，成为最常用的缓解措施。但是当管道处于海洋环境下，由于缓解线的铺设需要的人力物力耗费较高，因此会使用安装镯式阳极的方法，即使用“手镯”形式的阳极固定在管道上并与管道一同敷设在海底。
交流缓解的设计与环境电阻率、干扰源特性、管道属性以及干扰源与管道的相对位置等多种因素有关。传统交流干扰缓解设计是根据现场检测数据，实际经验和简单公式进行。待缓解措施安装完成后测量管道交流干扰电压、交直流电流密度等参数来评定缓解效果。这种方法简单易行，但是未将管道作为整体进行设计，且对许多影响交流干扰的参数考虑不足，设计粗糙易造成偏差。此外，由于海底管道处于海水中，海底环境相较于陆地更为复杂，并且施工测试困难。
发明内容
本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明的一个方面提供了一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法，包括：S1，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；S2，利用所述电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果所述交流电密度超过预设值，则执行步骤S3；如果所述交流电密度不超过预设值，则执行步骤 S5；S3，确定所述交流电密度超过预设值的管段位置；S4，通过电磁干扰数值模拟计算对所述超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并返回执行步骤S2；S5，确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极。
其中，所述预设值为30A/m2。
其中，所述电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；所述海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；所述环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
其中，所述镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
其中，在确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极之前，步骤S5还包括：确定所述镯式锌合金牺牲阳极的重量。
本发明另一方面提供了一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置，包括：建立模块，用于针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；计算模块，用于利用所述电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果所述交流电密度超过预设值，则通知确定模块；如果所述交流电密度不超过预设值，则通知分布模块；所述确定模块，用于确定所述交流电密度超过预设值的管段位置；所述调整模块，用于通过电磁干扰数值模拟计算对所述超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并通知所述计算模块；分布模块，用于确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极。
其中，所述预设值为30A/m2。
其中，所述电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；所述海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；所述环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
其中，所述镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
其中，分布模块，还用于在确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极之前，确定所述镯式锌合金牺牲阳极的重量。
由此可见，通过本发明提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法及装置，可为海底管道提供高效的交流防护方法；同时，通过采用交流干扰数值模拟方法进行镯式牺牲阳极在高风险管段的加密分布，能够预测镯式阳极的保护效果，进一步提高了海底管道的交流腐蚀防护设计的准确性。因此，将数值模拟技术引入到海底管道交流缓解防护设计中，具有效率高、准确度高、效果好的优点，对于确保海底管道的安全运行具有十分重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法的框架图；
图2为本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参见图1，本发明的核心在于：通过镯式锌合金牺牲阳极在海底管道上高风险管段加密分布来实现交流腐蚀防护，镯式锌合金牺牲阳极的分布位置根据电磁干扰模拟计算分析确定。
具体实现方法如下：
调研电缆、还低管道及环境参数基础信息；
建立海底电缆及附近管道的几何模型，计算确定高风险管段位置；
对镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行优化，直至满足防护目标；
综合考虑现场施工及交直流干扰影响，确定海底管道交流腐蚀最终防护方案。
图2示出了本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法的流程图，参见图2，本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法，包括：
S1，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，电磁干扰计算模型可以为基于麦克斯韦方程组的边界元数值计算模型。
高压交流电缆对海底管道产生电磁干扰，物理过程满足麦克斯韦方程组，描述如下：
Figure BDA0003529703530000041
Figure BDA0003529703530000042
Figure BDA0003529703530000043
Figure 2
式中：
Figure BDA0003529703530000045
·为散度算符；
Figure BDA0003529703530000046
×为旋度算符；
Figure BDA0003529703530000047
为对于时间的偏导数；ρ为总电荷密度；
Figure BDA0003529703530000048
电场强度；
Figure BDA0003529703530000049
磁感应强度；
Figure BDA00035297035300000410
为总电流密度；ε为介电常数；μ为真空磁导率。
具体实施时，可以采用电磁干扰计算分析软件CDEGS根据海底电缆和海管的基础参数与相对位置建立三维1:1几何模型，并进行数值模拟计算，获得干扰电位及电流密度的分布。
S2，利用电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果交流电密度超过预设值，则执行步骤S3；如果交流电密度不超过预设值，则执行步骤S5；
S3，确定交流电密度超过预设值的管段位置。
作为本发明实施例一个可选实施方式，预设值为30A/m2。
具体地，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆与海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型，计算确定交流电流密度超过30A/m2的管段位置。
S4，通过电磁干扰数值模拟计算对超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并返回执行步骤S2。
具体地，通过电磁干扰数值模拟计算来对镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行优化，调整牺牲阳极间距和数量，使得高风险管段交流电流密度低于30A/m2。
此时，加密镯式锌合金牺牲阳极的分布，从而可以使得高风险管段交流电流密度低于 30A/m2。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，电磁干扰数值模拟计算的方式可以采用边界元数值计算方法。具体实施时，可以采用CDEGS电磁干扰计算软件进行模拟计算。
S5，确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按分布位置分布镯式锌合金牺牲阳极。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，在确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按分布位置分布镯式锌合金牺牲阳极之前，步骤S5还包括：确定镯式锌合金牺牲阳极的重量。具体地，镯式锌合金牺牲阳极的重量综合考虑交直流综合作用下的消耗速率确定。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。为了便于现场施工，本发明的镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
需要说明的是，确定海底管道交流腐蚀最终防护方案后，在施工中往往还需要根据现场条件对镯式阳极位置进行微调，以避免阳极处于不利于安装的区域，并使其与海底接地或其他材料保持1～2m的施工安全距离。
由此可见，本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆和管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型，计算确定交流电流密度超过30A/m2的管段位置；通过电磁干扰数值模拟计算来对镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行优化，使得高风险管段交流电流密度低于30A/m2；为了便于现场施工，镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m；每套镯式锌合金牺牲阳极的重量综合考虑交直流综合作用下的消耗速率确定。
因此，本发明通过镯式锌合金牺牲阳极在海底管道上高风险管段加密分布来实现交流腐蚀防护，镯式锌合金牺牲阳极的分布位置根据电磁干扰模拟计算分析确定；采用本发明可为海底管道提供高效的交流防护方法；同时，本发明通过采用交流干扰数值模拟方法进行镯式牺牲阳极在高风险管段的加密分布，能够预测镯式阳极的保护效果，进一步提高了海底管道的交流腐蚀防护设计的准确性。
本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法具有效率高、准确度高、效果好的优点，对于确保海底管道的安全运行具有十分重要的意义。
图3示出了本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置的结构示意图，该高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置应用上述方法，以下仅对高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置的结构进行简单说明，其他未尽事宜，请参照上述高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法中的相关描述，参见图3，本发明实施例提供的高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置，包括：
建立模块，用于针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；
计算模块，用于利用电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果交流电密度超过预设值，则通知确定模块；如果交流电密度不超过预设值，则通知分布模块；
确定模块，用于确定交流电密度超过预设值的管段位置；
调整模块，用于通过电磁干扰数值模拟计算对超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并通知计算模块；
分布模块，用于确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按分布位置分布镯式锌合金牺牲阳极。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，预设值为30A/m2。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，分布模块，还用于在确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按分布位置分布镯式锌合金牺牲阳极之前，确定镯式锌合金牺牲阳极的重量。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护方法，其特征在于，包括：
S1，针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；
S2，利用所述电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果所述交流电密度超过预设值，则执行步骤S3；如果所述交流电密度不超过预设值，则执行步骤S5；
S3，确定所述交流电密度超过预设值的管段位置；
S4，通过电磁干扰数值模拟计算对所述超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并返回执行步骤S2；
S5，确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设值为30A/m2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；所述海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；所述环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极之前，步骤S5还包括：确定所述镯式锌合金牺牲阳极的重量。
6.一种高压交流电缆对海底管道交流腐蚀防护装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于针对海底管道与高压交流电缆的相对位置、电缆基础参数、海底管道基础参数、环境参数，建立电磁干扰计算模型；
计算模块，用于利用所述电磁干扰计算模型计算管道的交流电流密度，如果所述交流电密度超过预设值，则通知确定模块；如果所述交流电密度不超过预设值，则通知分布模块；
所述确定模块，用于确定所述交流电密度超过预设值的管段位置；
所述调整模块，用于通过电磁干扰数值模拟计算对所述超过预设值的管道位置的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置进行重新排布，调整牺牲阳极间距和数量，并通知所述计算模块；
分布模块，用于确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置，并按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设值为30A/m2。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电缆基础参数包括电缆缆芯结构、几何尺寸、各相分层结构部件的物理电学参数、接地方式、载流量和不平衡度；所述海底管道基础参数包括材质、管径、壁厚、防腐层类型和埋深；所述环境参数包括海水电阻率、和海泥电阻率。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述镯式锌合金牺牲阳极的间距不小于3m。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分布模块，还用于确定管道的镯式锌合金牺牲阳极的分布位置后，按所述分布位置分布所述镯式锌合金牺牲阳极之前，确定所述镯式锌合金牺牲阳极的重量。
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