本发明专利技术提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。所述方法包括：基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型；建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型以及破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型；根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。本发明专利技术由于在保护效能计算中引入了防腐层破损率，并考虑了破损率随时间的动态变化引起的牺牲阳极输出电流的变化，相对现有技术采用指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率进行保护效能计算，明显提高了测评的精度。明显提高了测评的精度。明显提高了测评的精度。
【技术实现步骤摘要】
一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置
[0001]本专利技术属于管道保护
，具体涉及一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。
技术介绍
[0002]目前，管道腐蚀已经成为影响管道安全运行的重要因素。据统计，某地区近几年85％的外腐蚀管道泄漏发生于防腐层管道，95％的外腐蚀穿孔发生在无阴极保护或阴极保护失效的管道上。该数据表明管道的有效阴极保护及防腐涂层性能对于管道外腐蚀的防护非常重要。由于建设年代不同，在役管道防腐层种类较多，性能、质量参差不齐。20世纪70年代主要以石油沥青防腐层为主，80年代出现环氧煤沥青，90年代开始使用塑化沥青防蚀带，2000年之后开始逐渐使用FBE及3PE涂层。据统计，石油沥青、环氧煤沥青防腐层管道长度约占24％，塑化沥青胶带管道占39％，3PE管道约占34％。由此可见防腐层服役年限基本已超过30年，最大年限接近50年。防腐层性能影响着管网的运行安全，主要由以下两个因素：一是防腐层性能随服役年限退化严重，由于该地区燃气50％以上钢质管道未施加阴极保护，仅仅依靠外防腐层，因此外防腐层是埋地钢质管道免遭外界腐蚀的第一道防线，其保护效果直接影响着管道整体的安全运行；二是沥青防腐层的性能退化严重影响阴极保护效果，随着沥青防腐层退化，面电阻率逐年降低，管道对于阴极保护电流的需求持续加大，大大影响了阴极保护效果及使用寿命。
[0003]现有的管道防腐层防护性能评估，多是以指定周期内检测到的防腐层绝缘电阻率评价防腐层质量，粗略预测管道有效保护年限，没有考虑防腐层在未来时间随时间的动态变化，因此预测精度往往不尽人意。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法及装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，包括以下步骤：
[0007]基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；
[0008]建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；
[0009]基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；
[0010]根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。
[0011]进一步地，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：
[0012]R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)
[0013]式中，R为面电阻率，x为服役年限；
[0014]面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：
[0015]R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)+C
[0016]C＝R0‑
2137.9exp(
‑
x0/55.2)
[0017]式中，C为修正常数，R0为当前年份实际测量的面电阻率，x0为当前年份管道的服役年限，x≥x0。
[0018]进一步地，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：
[0019]在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；
[0020]用J1乘以破损率得到实际的牺牲阳极输出电流密度J2；
[0021]用J2乘以牺牲阳极的面积得到牺牲阳极的输出电流。
[0022]更进一步地，破损率与面电阻率的关系模型M2的建立方法包括：
[0023]计算单个破损点的对地电阻r和所有破损点的对地电阻r
m
：
[0024][0025][0026][0027]式中，m为破损点的数量，ρ为土壤电阻率，d、S1分别为单个破损点的直径和面积；
[0028]计算管道侧面总面积S：
[0029]S＝πDl
[0030]式中，D、l分别为管道直径和长度；
[0031]计算未损坏的防腐层面积S2和电阻r2：
[0032]S2＝S
‑
mS1[0033][0034]式中，R0为未损坏防腐层的面电阻率；
[0035]计算管道等效面电阻r3和面电阻率R：
[0036][0037]R＝S
×
r3[0038]根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m
×
S1/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。
[0039]更进一步地，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：
[0040]假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：
[0041][0042]式中，M为牺牲阳极的质量，M0为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M0的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I
n
为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。
[0043]第二方面，本专利技术提供一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，包括：
[0044]第一建模模块，用于基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；
[0045]第二建模模块，用于建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；
[0046]第一计算模块，用于基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；
[0047]第二计算模块，用于根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。
[0048]进一步地，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：
[0049]R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)
[0050]式中，R为面电阻率，x为服役年限；
[0051]面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：
[0052]R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)+C
[0053]C＝R0‑
2137.9exp(
‑
x0/55.2)
[0054]式中，C为修正常数，R0为当前年份实际测量的面电阻率，x0为当前年份管道的服役年限，x≥x0。
[0055]进一步地，牺牲阳极输出电流的计算方法包括：
[0056]在阴极极化曲线上查找管道对地电位对应的电流密度J1，所述曲线是在实验室测量的裸钢在土壤中的对地电位与牺牲阳极输出电流密度的关系曲线；
[0057]用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
式中，R0为未损坏防腐层的面电阻率；计算管道等效面电阻r3和面电阻率R：R＝S
×
r3根据上述各式得到用m与R的关系式，将m代入破损率公式P＝m
×
S1/S，得到破损率P与电阻率R的关系式，即所求M2模型。5.根据权利要求4所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算方法，其特征在于，计算牺牲阳极保护年限的方法包括：假设牺牲阳极的有效保护年限为N年，求解满足下列不等式的N：式中，M为牺牲阳极的质量，M0为牺牲阳极能够实现有效保护的最小质量，M、M0的单位均为千克；k为牺牲阳极的消耗率，单位为千克/(安培*年)；I
n
为牺牲阳极埋地后第n年的输出电流，单位为安培，与破损率有关。6.一种沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，包括：第一建模模块，用于基于历史数据建立管道防腐层面电阻率与管道服役年限的关系模型，进而得到面电阻率与未来年份对应的管道服役年限的关系模型M1；第二建模模块，用于建立管道防腐层破损率与面电阻率的关系模型M2，将M1代入M2得到破损率与未来年份对应的服役年限的关系模型M3；第一计算模块，用于基于关系模型M3计算未来年份的破损率，根据管道接近牺牲阳极端的对地电位和破损率计算未来年份牺牲阳极的输出电流；第二计算模块，用于根据未来年份牺牲阳极的输出电流和所述牺牲阳极的消耗率计算牺牲阳极的保护年限。7.根据权利要求6所述的沥青类防腐层管道阴极保护效能计算装置，其特征在于，基于历史数据建立的面电阻率与管道服役年限的关系模型为：R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)式中，R为面电阻率，x为服役年限；面电阻率R与未来年份对应的管道服役年限x的关系模型M1为：R＝2137.9exp(
‑
x/55.2)+CC＝R0‑
2137.9...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉星，车明，乔佳，马旭卿，郭保玲，邸鑫，程韦豪，
申请(专利权)人：北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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