一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法技术

本发明专利技术公开一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其包括如下步骤：S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁

【技术实现步骤摘要】
一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法


[0001]本专利技术应用于钢质管道防腐层破损点定位
，具体是一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国城市建设的迅速发展，许多城市都建立了轨道交通系统并铺设了完整的埋地管道系统。地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，发展极为迅速。地铁通过变电所供电，供应电流将走行轨作为回流线，大部分电流能够按照规定路线回流。由于技术、环境等因素的限制，走行轨绝缘层无法做到完全绝缘，故有小部分电流不可避免地泄漏到土壤中，该部分不能按预设回路流回电流源的电流称之为杂散电流。地铁杂散电流对埋地管道的危害极大，有资料显示，北京地铁运营数年后，其隧道内的水管遭到严重腐蚀。调查研究后发现，腐蚀原因来自于杂散电流。上海地铁二号线运行区段的埋地管道同样由于杂散电流干扰，发生数次的腐蚀泄漏事故，造成极大损失。美国、英国等国家也遭到地铁杂散电流的困扰。因此，对埋地管道防腐层破损点进行精准定位是本领域所需解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其包括如下步骤：
[0005]S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁-管道-土壤3D仿真模型；
[0006]S2，将地铁-管道-土壤3D仿真模型导入COMSOL有限元模拟软件；
>[0007]S3，在COMSOL有限元模拟软件中设置材料参数；
[0008]S4，将地铁-管道-土壤3D仿真模型进行网格划分；
[0009]S5，计算求得电解质中杂散电场分布和金属表面二次电流分布；
[0010]S6，对土壤-走行轨-管道有限元模型施加边界条件；
[0011]S7，利用COMSOL有限元软件自带的稳态求解器进行求解；
[0012]S8，利用COMSOL有限元软件获得的数据和图形绘制沿管道的电位分布线图，获取破损点位置。
[0013]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S1的参数包括土壤尺寸、管长、管道壁厚、防腐层厚度、走行轨尺寸和走行轨绝缘层厚度。
[0014]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S3中的材料参数包括土壤电阻率、管道电阻率、防腐层电阻率、走行轨电阻率和走行轨绝缘层电阻率。
[0015]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S5具体为将土壤-走行轨-管道有限元模型带入欧姆定律和三维电流守恒连续性方程满足式进行计算，其中的欧姆定律为：
式中：σ为电解质电阻率(S/m)，为电场强度矢量(V/m)，为外部电流引起的电流密度矢量(A/m2)，为电解质电流密度矢量(A/m2)；三维电流守恒连续性方程满足式为：其中Qj为外加电流密度(A/m2)；φ为电解质电位(V)；d为第三维度方向的厚度(m)。
[0016]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S4中的网格采用软件内置的自由四面体单元，其中土壤最小单元尺寸为10mm，最大单元尺寸为0.44m，管道及走行轨最小单元尺寸为0.01mm，最大单元尺寸为2mm，共包括23156个域单元、4561个面单元、316个边单元。
[0017]本专利技术采用以上技术方案，具有以下有益效果：
[0018]本专利技术利用地铁运行时泄漏至土壤的杂散电流对埋地管道的干扰，使管地电位出现波动，从而判断管道防腐层破损严重程度和破损位置，这为加强埋地管道的日常管理，及时发现缺陷点并进行修补和改造提供了参考价值，提高了管道破损排查的效率，能够做到早预防早解决，将由于管道破损而导致的损失降到最低。
附图说明
[0019]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明：
[0020]图1是本专利技术步骤流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例中的管道、走行轨和土壤几何简化模型图；
[0022]图3是本专利技术实施例中的网格划分模型图；
[0023]图4是本专利技术实施例中的地铁杂散电流分布模型图；
[0024]图5是本专利技术实施例中的管地电位分布图；
[0025]图6是本专利技术实施例中的防腐层破损点局部放大图；
[0026]图7是本专利技术实施例中的多破损点位置管地电位分布图；
[0027]图8是本专利技术实施例中的不同防腐层破损面积管地电位分布图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0029]本专利技术提供了一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其包括如下步骤：
[0030]S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁-管道-土壤3D仿真模型；
[0031]S2，将地铁-管道-土壤3D仿真模型导入COMSOL有限元模拟软件；
[0032]S3，在COMSOL有限元模拟软件中设置材料参数；
[0033]S4，将地铁-管道-土壤3D仿真模型进行网格划分；
[0034]S5，计算求得电解质中杂散电场分布和金属表面二次电流分布；
[0035]S6，对土壤-走行轨-管道有限元模型施加边界条件；
[0036]S7，利用COMSOL有限元软件自带的稳态求解器进行求解；
[0037]S8，利用COMSOL有限元软件自带的后处理功能获得后续对比分析所需要的数据和图形，绘制沿管道的电位分布线图，获取破损点位置，判断管道可能会发生杂散电流腐蚀的危险区域。
[0038]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S1的参数包括土壤尺寸、管长、管道壁厚、防腐层厚度、走行轨尺寸和走行轨绝缘层厚度。
[0039]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S3中的材料参数包括土壤电阻率、管道电阻率、防腐层电阻率、走行轨电阻率和走行轨绝缘层电阻率。
[0040]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S5具体为将土壤-走行轨-管道有限元模型带入欧姆定律和三维电流守恒连续性方程满足式进行计算，在理想状态下认为土壤作为电介质材料属性均匀且各向同性，当杂散电流作用于土壤介质时，会在其中形成杂散电场，此时满足欧姆定律，其中的欧姆定律为：式中：σ为电解质电阻率(S/m)，为电场强度矢量(V/m)，为外部电流引起的电流密度矢量(A/m2)，为电解质电流密度矢量(A/m2)；三维电流守恒连续性方程满足式为：其中Qj为外加电流密度(A/m2)；φ为电解质电位(V)；d为第三维度方向的厚度(m)。
[0041]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S4中的网格采用软件内置的自由四面体单元，由于管道防腐层厚度较薄，故采用自定义尺寸进行网格划分。其中土壤最小单元尺寸为10mm，最大单元尺寸为0.44m，管道及走行轨最小单元尺寸为0.01mm，最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其特征在于：其包括如下步骤：S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁-管道-土壤3D仿真模型；S2，将地铁-管道-土壤3D仿真模型导入COMSOL有限元模拟软件；S3，在COMSOL有限元模拟软件中设置材料参数；S4，将地铁-管道-土壤3D仿真模型进行网格划分；S5，计算求得电解质中杂散电场分布和金属表面二次电流分布；S6，对土壤-走行轨-管道有限元模型施加边界条件；S7，利用COMSOL有限元软件自带的稳态求解器进行求解；S8，利用COMSOL有限元软件获得的数据和图形绘制沿管道的电位分布线图，获取破损点位置。2.根据权利要求1所述的一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其特征在于：所述步骤S1的参数包括土壤尺寸、管长、管道壁厚、防腐层厚度、走行轨尺寸和走行轨绝缘层厚度。3.根据权利要求1所述的一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其特征在于：所述步骤S3中的材料参数包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯阳，赖文沁，陈文杰，汤彬坤，吴涛，曾小康，钟剑锋，钟舜聪，
申请(专利权)人：厦门华润燃气有限公司，
类型：发明
国别省市：