基于启发式算法的油气管道阴极保护电位优化研究

发布时间：2022-12-07 00:59

　　随着石油化工行业的飞速发展,油气输送管道的敷设距离越来越长,管道腐蚀防护工作越来越困难。对于长输埋地油气管道,传输距离较长且埋设环境复杂,易造成土壤腐蚀,严重时会导致腐蚀穿孔,造成油气泄露,威胁人类安全造成大量经济损失,所以要加大保护力度。对于长输管道目前常采用防护层与外加电流阴极保护结合的防护方式。对于外加电流阴极保护,需要设置合理的阳极位置,合适的阴极保护阳极位置可以减小管道的腐蚀速率,但是依据实际经验评估所有的阳极位置是一个耗时的过程。同时为了检测阴极保护效果我们需要实时监测管道沿线的电位分布情况,目前常采用人工巡检的方式来获取有效电位,需要花费大量的人力物力,且效果不佳。为了解决这些问题,本文在电化学腐蚀与防护原理的基础上,运用外加电流阴极保护技术,结合数值模拟技术,主要是边界元算法、启发式算法中的改进遗传算法和COMSOL 3D建模技术对本课题进行研究,具体研究内容如下:首先,利用边界元算法结合静电场理论、电化学理论、格林公式、径向积分法等,对油气管道阴极保护系统进行建模,得到管道的边界积分方程,然后根据管道轴向电位变化远小于横截面电位变化,利用线单元对管道进行离散,得到各点... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 油气管道阴极保护技术研究现状
        1.2.1 阴极保护技术研究现状
        1.2.2 阴极保护电位数值模拟研究现状
        1.2.3 阴极保护电位分布优化研究现状
        1.2.4 阴极保护阳极位置优化研究现状
    1.3 章节安排
第二章 油气管道腐蚀与防护
    2.1 油气管道的土壤腐蚀
        2.1.1 土壤腐蚀的常见形式
        2.1.2 土壤腐蚀的影响因素
    2.2 油气管道的阴极保护
        2.2.1 阴极保护原理
        2.2.2 阴极保护参数
    2.3 本章小结
第三章 油气管道阴极保护电位分布数值模型的建立
    3.1 阴极保护电位分布数值模型的建立
        3.1.1 物理模型
        3.1.2 控制方程
        3.1.3 边界条件的建立
    3.2 阴极保护边界元法求解
        3.2.1 格林公式
        3.2.2 径向积分法
        3.2.3 边界积分方程
        3.2.4 边界积分方程的离散
    3.3 模型求解
    3.4 本章小结
第四章 改进遗传算法阳极配置优化研究
    4.1 埋地长输管道阴极保护电位分布影响因素研究
    4.2 影响管道油气管道电位分布的因素
        4.2.1 土壤电阻率
        4.2.2 阳极输出保护电流大小
    4.3 改进遗传算法
    4.4 阳极位置的优化
    4.5 管道表面电位COMSOL仿真实验
        4.5.1 阳极数量对管道电位分布的影响
        4.5.2 阳极埋设方式对管道电位分布的影响
        4.5.3 阳极埋设深度对管道电位分布的影响
        4.5.4 杂散电流的影响
    4.6 本章小结
第五章 数值模拟方法在阴极保护工程设计中的应用
    5.1 站场实际油气管道阴极保护工程概况
    5.2 管道敷设现场数据和设计方面
        5.2.1 阴极保护站个数计算
        5.2.2 阴极保护电流密度设计
        5.2.3 阴极保护辅助阳极地床的设计
        5.2.4 阴极保护恒电位仪输出电压设计
    5.3 阳极位置数值模拟计算
    5.4 结论分析
    5.5 本章小结
第六章 长输管道阴极保护电位监测系统设计
    6.1 阴极保护电位监测系统设计背景
    6.2 阴极保护电位监测系统设计结构
    6.3 阴极保护电位监测系统设计方案
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进遗传算法的管道阴极保护系统辅助阳极位置优化[J]. 张奇志,雷佳,李琳.  材料保护. 2020(01)
[2]基于遗传算法与方案优选的多目标优化模型求解方法[J]. 单宝英,郭萍,张帆,郭珊珊.  中国农业大学学报. 2019(06)
[3]基于遗传算法的舰载装备多目标作业调度优化研究[J]. 鲍劲松,李志强,周亚勤.  系统仿真学报. 2019(05)
[4]套管对埋地金属管道阴极保护电位影响的数值模拟[J]. 季廷伟,王树立,刘波,陈玉,赵书华.  腐蚀与防护. 2018(01)
[5]管道阴极保护数值计算方法的应用进展[J]. 寇杰,尹雪明.  腐蚀与防护. 2017(11)
[6]深井套管阴极保护干扰的数值模拟研究[J]. 王萌,卫续.  石油化工高等学校学报. 2017(05)
[7]基于边界元法的站场阴极保护数值模拟软件设计与开发[J]. 廖柯熹,马晓磊,张中放,周卫军,张瑶,任驰远.  腐蚀与防护. 2017(07)
[8]数值模拟在阴极保护中的应用进展[J]. 韩守志,杜敏.  材料科学与工艺. 2016(04)
[9]基于Comsol Multiphysics的金属储罐阴极保护方案的优化[J]. 辛艳萍,梁月.  石油化工高等学校学报. 2016(04)
[10]阳极极化对阴极保护数值模拟计算的影响[J]. 尚用甲,黄志强.  材料保护. 2016(03)

博士论文
[1]长输管道腐蚀防护系统安全性动态评价方法研究[D]. 赵志峰.西安科技大学 2017

硕士论文
[1]阵列天线波束赋形的遗传算法研究[D]. 万文钢.北京邮电大学 2016
[2]基于检查片检测的川气东送管道阴极保护有效性评价[D]. 伍欣.西南石油大学 2015
[3]阴极保护数值仿真可视化与高性能计算研究[D]. 涂三山.大连理工大学 2014
[4]管内阴极保护边界元法的程序设计及其数值实验[D]. 孙克磊.大连理工大学 2013
[5]加油站埋地管道改造工程[D]. 雷建平.西安石油大学 2011



本文编号：3711944