一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，通过对实际结构区域划分来实现不同区域的适应性阴极保护，使得复杂的结构也能得到有效保护。另外，根据受保护区域表面上的保护电位分布并结合牺牲阳极块输出电流密度来判断牺牲阳极的失效时间，来预测牺牲阳极块的有效寿命，为牺牲阳极块更换提供指导，使得最大限度地降低保护成本的同时也能保证海洋结构物在牺牲阳极块全寿命阶段受到有效保护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法
本专利技术涉及海洋结构物保护的
，尤其涉及到一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法。
技术介绍
牺牲阳极的保护法是一种防止金属腐蚀的一种经济、可靠的好办法，是一项广泛应用的技术，尤其对海洋结构物的保护中起着重要作用，如海上风力发电平台，船舶等。目前牺牲阳极材料有锌基、铝基、镁基三大合金材料，在实现阴极保护过程中，工程师通过相关标准和设计手册确定牺牲阳极的用量及尺寸，在适当的位置进行安装，一般同一工程中阳极块的尺寸是相同的，而阳极块一般总体设计按布置执行，由于海洋构筑物的复杂性，在某些交汇处可能导致保护效果不好或过保护，这在传统阴极保护设计中是个明显的不足，同时无法直观了解保护结构的全体保护电位分布状态。随着保护时间的延长，在复杂的海洋环境中设计寿命可能与实际寿命不符，牺牲阳极块的有效性无法准确判断。目前对海洋结构物阴极系统的阳极块有效性判断没有明确的标准，在实际的工程中，阳极块的更换往往是根据其目测形貌或经验来进行，这就带来了不确定性，阳极块更换过早提高保护成本或过晚导致保护结构受损。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，使得最大限度地降低保护成本的同时也能保证海洋结构物在牺牲阳极块全寿命阶段受到有效保护。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，先对受保护结构进行区域划分，再对划分后的每个区域进行阴极保护设计；利用设计后的牺牲阳极块参数结合环境因子进行数值模拟确定牺牲阳极块的有效寿命；最后对海洋结构物结构整体阴极保护进行数值模拟，验证整体保护效果。进一步地，上述保护方法包括以下具体步骤：S1、对受保护的海洋结构物进行保护区域划分；S2、对其中单个区域按照标准或设计手册进行牺牲阳极的阴极保护设计，确定牺牲阳极块的材料、尺寸在内的参数；S3、根据划分的保护区域和牺牲阳极块，利用专业电化学仿真软件建立几何模型，设置电极边界条件，输入电解质的环境因子，对此区域牺牲阳极块的寿命进行阴极保护数值模拟预测；S4、在所有划分区域阴极保护设计后，建立海洋结构物整体模型进行数值模拟，验证整体阴极的保护效果。进一步地，所述步骤S1根据结构特征进行，避免某个区域中出现复杂结构；在划分区域后，避免最大区域面积Smax大于3倍的最小区域面积Smix。进一步地，所述步骤S2中，单个划分区域内只安装一块牺牲阳极块。进一步地，单个划分区域内的牺牲阳极块根据其发生电流按相关手册中的阳极型号规格确定牺牲阳极块的材料和尺寸(不同区域的阳极块大小可能是不同的)。进一步地，所述步骤S3的具体过程如下：S3-1、利用专业电化学软件对划分后的区域建立模型，包括受保护区域、牺牲阳极块、电解质；输入各部分电极边界条件：电解质中导入相关环境因子；电极表面添加相关的电极反应，以及材料的电化学性能参数；S3-2、进行偏微分方程组的求解，得到阳极输出电流等整体计算结果，以及各节点的电位和电流密度等，并以云图或曲线的形式可视化计算结果，根据受保护对象表面上的保护电位分布并结合牺牲阳极块输出电流密度变化来判断阳极的失效时间，来预测牺牲阳极块的有效寿命。进一步地，所述环境因子包括海水流速、温度以及溶解氧含量。进一步地，所述电极边界条件还包括表面膜阻的变化规律。进一步地，所述牺牲阳极块的失效条件为：1)保护区域电位分布不在有效保护范围-0.8V～-1.05V内；2)牺牲阳极块的电流密度小于0.8发生电流密度。现有技术中，牺牲阳极的阴极保护设计采用整体式设计，采用的牺牲阳极块规格相同，一般总体设计按布置执行，由于海洋构筑物的复杂性，在某些交汇处可能导致保护效果不好或过保护；另外，牺牲阳极块的更换往往是根据其目测形貌或经验来进行，这就带来了不确定性，牺牲阳极块更换过早会提高保护成本或过晚会导致保护结构受损。与现有技术相比，本方案原理及优点如下：本方案结合实际结构及使用环境，并通过对实际结构区域划分来实现不同区域的适应性阴极保护，使得复杂的结构也能得到有效保护。另外，根据受保护区域表面上的保护电位分布并结合牺牲阳极块输出电流密度来判断牺牲阳极的失效时间，来预测牺牲阳极块的有效寿命，为牺牲阳极块更换提供指导，使得最大限度地降低保护成本的同时也能保证海洋结构物在牺牲阳极块全寿命阶段受到有效保护。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图1为本专利技术实施例所要保护的某海洋风力发电平台的结构示意图；图2为本专利技术实施例所要保护的某海洋风力发电平台中区域①的阴极保护的数值模拟结果图；图3为本专利技术实施例所要保护的某海洋风力发电平台中区域①处牺牲阳极块的输出电流密度的时间梯度变化示意图；图4为本专利技术实施例所要保护的某海洋风力发电平台的整体阴极保护效果检验示意图。具体实施方式下面结合附图1所示的某海洋风力发电平台对本专利技术作进一步说明：本专利技术实施例所述的一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，包括以下步骤：S1、对附图1所示的某海洋风力发电平台进行保护区域划分，具体为：结合结构特征和保证保护效果，将某海洋风力发电平台的结构划分为四个区域，具体见附图1；另外考虑到受保护的区域为圆柱形，且面积过大，单一牺牲阳极块在圆弧面保护效果不好，结合具体面积进一步将每个区域的圆柱面进行划分，分割后所要计算的区域①是由区域I等分为8个小区域获得。S2、对其中单个区域按照标准或设计手册进行牺牲阳极的阴极保护设计，确定牺牲阳极块的材料和尺寸；本步骤中，区域①的面积为：S①＝Dπ1/8＝3.14m2(D为区域①圆柱体的直径，l为区域①圆柱体的高度)；选取的保护电流密度为：i＝100[mA/m2]，计算得到保护电流：I＝i·S＝314mA；由于考虑一个区域只安装一个牺牲阳极块，所以牺牲阳极块的发生电流If＝I；然后根据牺牲阳极块的发生电流If按相关手册阳极型号规格确定牺牲阳极块的材料和尺寸；这里区域①阳极块的选择为：200x100x35mm的锌基牺牲阳极。S3、进行区域①内牺牲阳极块的寿命预测，预测步骤如下：S3-1、利用专业电化学软件对划分后的区域建立模型，包括受保护区域、牺牲阳极块、电解质；输入各部分电极边界条件：电解质中导入相关环境因子；电极表面添加相关的电极反应，以及材料的电化学性能参数；其中，由于海洋是一个无限的电解质区域，认为一些环境因素不变，有保护区域电解质均匀，酸碱度恒定等，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，其特征在于，先对受保护结构进行区域划分，再对划分后的每个区域进行阴极保护设计；利用设计后的牺牲阳极块参数结合环境因子进行数值模拟确定牺牲阳极块的有效寿命；最后对海洋结构物结构整体阴极保护进行数值模拟，验证整体保护效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，其特征在于，先对受保护结构进行区域划分，再对划分后的每个区域进行阴极保护设计；利用设计后的牺牲阳极块参数结合环境因子进行数值模拟确定牺牲阳极块的有效寿命；最后对海洋结构物结构整体阴极保护进行数值模拟，验证整体保护效果。


2.根据权利要求1所述的一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对受保护的海洋结构物进行保护区域划分；
S2、对其中单个区域按照标准或设计手册进行牺牲阳极的阴极保护设计，确定牺牲阳极块的材料、尺寸在内的参数；
S3、根据划分的保护区域和牺牲阳极块，利用专业电化学仿真软件建立几何模型，设置电极边界条件，输入电解质的环境因子，对此区域牺牲阳极块的寿命进行阴极保护数值模拟预测；
S4、在所有划分区域阴极保护设计后，建立海洋结构物整体模型进行数值模拟，验证整体阴极的保护效果。


3.根据权利要求2所述的一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，其特征在于，所述步骤S1根据结构特征进行，避免某个区域中出现复杂结构；在划分区域后，避免最大区域面积Smax大于3倍的最小区域面积Smix。


4.根据权利要求2所述的一种基于阴极保护及牺牲阳极块寿命预测的海洋结构物保护方法，其特征在于，所述步骤S2中，单个划分区域内只安装一块牺牲阳极块。


5.根据权利要求4所述的一种基于阴极保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：关蕾，蔡建敏，王冠，张永康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44