一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法技术

本发明专利技术涉及一种管道数值模拟评价方法，具体涉及一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法。所述方法包括以下步骤：模拟深穿管道防腐层受损情况，找出对应的入土点和出土点阴极保护电位及其他参数的变化规律和对应关系，建立数据分析模型；对数据分析模型进行修正或改进；采集深穿段管道参数信息，将信息输入数据分析模型，模拟出电位和电流密度分布图；分析电位和电流密度分布图，得出深穿管道阴极保护检测结果。本发明专利技术方法通过测量测量深穿段管道入土点、出土点保护电位及其他参数，推算深穿段管道阴极保护电流密度等相关参数，进而对深穿段管道防腐层完好情况进行评估，克服了管道深穿段防腐层状态难以检测的难题。深穿段防腐层状态难以检测的难题。深穿段防腐层状态难以检测的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法


[0001]本专利技术涉及一种管道数值模拟评价方法，具体涉及一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法。

技术介绍

[0002]国内外资料研究发现，对于定向钻穿越段管道防腐层的评价，人们已进行了一些探索。这些探索大致可总结为三种方法：电流电位法、通电电位切换法(通电电位法、极化偏移准则)和防腐层面电阻率法。
[0003]电位
‑
电流馈电法：该方法计算结果受一些不确定因素的影响，需在管道未碰口时测试。对于已经碰口的在线管道，只能采用馈电法检测防腐层，估算电阻。只适用于水平定向钻穿越完成后尚未与其他管段连接的管道，不适用于在用钢质管道。通电电位偏移等方法受影响因素较多，结果偏差较大。R.A.Gummow提出的方法，数据获得困难，现场并不实用。
[0004]黄雪松等人在《输气管道第三方破坏数值分析及安全评价方法》中通过经典赫兹接触理论，采用ANSYS有限元仿真软件，建立第三方挖掘机斗齿作用管道的数值模型，研究了不同斗齿冲击角度和冲击深度对管道的损伤程度。结果表明：随着挖掘机斗齿吃入深度增大，管道内外壁面的变形越大，卸载内压后管道凹坑变形更加明显。基于输气管道残余应力研究分析，本文考虑凹坑深度及应力综合评价，对破损管道进行了系统分析。结论以管道应变的百分之六为临界值，管道外表面凹坑深度的最大值为参考，给出破损管道更换的评价标准。最后，对某管段施工过程中挖掘机斗齿的影响进行了风险评价分析，为实际现场输气管道第三方破坏的风险防控预案提供科学依据。
[0005]中国专利申请CN111027240A公开了一种埋地管道安全评估方法及相关设备，在建立埋地管道的管
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土三维非线性有限元模型之后，根据不同工况的管道应力影响参数和管道应力的对应关系建立训练集，其中，通过有限元数值模拟的方法得到对应不同工况的管道应力影响参数的管道应力，较理论计算的方式更精确、便捷；而由于神经网络具有强大的非线性处理能力，可以利用训练集进行神经网络训练以得到管道应力预测模型，在根据管道结构可靠度计算算法计算埋地管道的结构可靠度时，可以利用管道应力预测模型快速获取管道应力，在保证计算结果的准确度的前提下，减少管道应力所需的计算时间，提高了埋地管道的结构可靠度的计算效率，提高对埋地管道的安全运行管理及技术的水平。
[0006]中国专利申请CN110020399A公开了一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，属于管道腐蚀领域。所述方法包括：将目标管道划分成多个子管道；获取所述子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率；将所述积水概率与所述腐蚀概率相乘，获取所述子管道的腐蚀总概率；当所述子管道的腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值时，确定所述子管道为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。该专利技术提供的方法同时考虑了积水概率、腐蚀概率以及持液率对管道内腐蚀的影响，能准确地确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，可为管道整体内腐蚀评价提供可靠的判断依据。
[0007]中国专利申请CN106777760A公开了一种基于数值分析的金属管道杂散电流预测
方法。目前，直接输电系统接地极会引起附近金属管道杂散电流而导致金属管道被电化学腐蚀。本专利技术先对目标金属管道与直流输电系统接地极情况进行简化处理；接着构建直流输电系统接地极导致的金属管道杂散电流的数学模型；然后基于数学模型，对金属管道及直流输电系统接地极的区域进行限制并确定相应的边界条件；构建目标金属管道的几何模型；最后利用所述的数学模型与几何模型，使用数值模拟软件进行模拟仿真，计算金属管道杂散电流的大小。该专利技术通过预估出直流输电系统接地极对附近金属管道的杂散电流大小，从而为金属管道的防腐蚀措施提供依据。
[0008]目前，需要提供一种对管道深穿段防腐层评价更为准确、且易于操作的方法。

技术实现思路

[0009]为解决上述问题，本专利技术提供一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法，本专利技术方法通过测量测量深穿段管道入土点、出土点保护电位及其他参数，推算深穿段管道阴极保护电流密度等相关参数，进而对深穿段管道防腐层完好情况进行评估，克服了管道深穿段防腐层状态难以检测的难题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术提供一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法，其包括以下步骤：
[0012]模拟深穿管道防腐层受损情况，找出对应的入土点和出土点阴极保护电位及其他参数的变化规律和对应关系，建立数据分析模型；
[0013]对数据分析模型进行修正或改进；
[0014]采集深穿段管道参数信息，将信息输入数据分析模型，模拟出电位和电流密度分布图；
[0015]分析电位和电流密度分布图，得出深穿管道阴极保护检测结果。
[0016]优选地，采用边界元法建立杂散电流干扰和阴极保护数值、状态评估的数据分析模型。
[0017]进一步优选地，建立数学分析模型如下：
[0018][0019]式中，电缆、阴极体和阳极体的电压降对模型的影响极小，可忽略不计，即：Δφ
a
＝0、Δφ
c
＝0、Δφ
cable1
＝0和Δφ
cable2
＝0，故模型简化为：
[0020][0021]式中，V为计算求解的电解质区域；φ为求解区域内各处的电位；x、y、z为空间坐标；Γ
A
为围绕辅助阳极体的介质边界；φ
a/s
为辅助阳极体周围的土壤电位；φ
a
为辅助阳极体电位；Δφ
a/s
为辅助阳极对电解质电位，即通常所说的辅助阳极极化电位；j
a
为辅助阳极表面极化电流密度；σ为电解质的电导率；Γ
C
为包围阴极体的电解质边界，φ
c
为阴极体电位；Γ1为电解质绝缘边界。
[0022]优选地，入土点和出土点阴极保护电位采集方法：将管道阴极保护智能测试桩安装在在管道穿越段入土点和出土点，定时将采集的电位数据通过网络远程发送数据至计算机数据库，实现阴极保护电位的自动采集、存档。
[0023]优选地，对数据分析模型进行修正或改进的方法为：将数据模型应用到实际的管道上，采取开挖验证的方式采集管道入土点和出土点的实际电位及其他参数，对实验数据模块计算数据进行对比，对所建立的实验数据模型进行修正和改进；
[0024]再选取其他深穿段进行开挖，采集所需数据，对修正后的数学模型进行校核，再次进行修正和改进，直到符合要求。
[0025]进一步优选地，选取选取3
‑
5段深穿管道开挖，采集管道数据、保护电位、通电电位、断电电位、土壤电阻率、保护电位分布、保护电流密度。
[0026]优选地，采集深穿段管道参数信息包括深穿段管道牺牲阳极埋深、管道直径、分布走向、土壤电阻率，出入土点的阴极保护电位、断电电位。
[0027]优选地，将现场测量值与模型计算值绘制电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在用钢质管道深穿段数值模拟评价方法，其特征在于，其包括以下步骤：模拟深穿管道防腐层受损情况，找出对应的入土点和出土点阴极保护电位及其他参数的变化规律和对应关系，建立数据分析模型；对数据分析模型进行修正或改进；采集深穿段管道参数信息，将信息输入数据分析模型，模拟出电位和电流密度分布图；分析电位和电流密度分布图，得出深穿管道阴极保护检测结果。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，采用边界元法建立杂散电流干扰和阴极保护数值、状态评估的数据分析模型。3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，建立数学分析模型如下：式中，电缆、阴极体和阳极体的电压降对模型的影响极小，可忽略不计，即：Δφ
a
＝0、Δφ
c
＝0、Δφ
cable1
＝0和Δφ
cable2
＝0，故模型简化为：φ
a
‑
φ
c
＝Δφ
power
式中，V为计算求解的电解质区域；φ为求解区域内各处的电位；x、y、z为空间坐标；Γ
A
为围绕辅助阳极体的介质边界；φ
a/s
为辅助阳极体周围的土壤电位；φ
a
为辅助阳极体电位；Δφ
a/s
为辅助阳极对电解质电位，即通常所说的辅助阳极极化电位；j
a
为辅助阳极表面极化电流密度；σ为电解质的电导率；Γ
C
为包围阴极体的电解质边界，φ
c
为阴极体电位；Γ1为电解质绝缘边界。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，入土点和出土点阴极保护电位采集方法：将管道阴极保护智能测试桩安装在在管道穿越段入土点和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆钧，刘文广，徐水清，舒军星，史培玉，牛书水，赵鹏，孙燕辉，杨红，章玺，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司油气集输总厂，
类型：发明
国别省市：