Оптимизация параметров электрического поля катодной защиты от коррозии газонефтепродуктопроводов
Актуальность исследования обусловлена встречающимися расхождениями при проектировании катодной защиты трубопроводов. Электрический ток, стекающий с анодного заземления в грунт, распространяется по нему и поступает на защищаемый трубопровод, поляризуя его катод. Для описания закономерностей изменения наложенных потенциалов и силы поляризующего тока по длине трубопровода при катодной защите применяются определенные допущения. При расчете катодной защиты трубопроводов имеются существенные расхождения между проектными и реальными параметрами защиты. В последнее время применяют компьютерные вычислительные эксперименты, позволяющие проводить исследования по проектированию и оптимизации катодной защиты в кратчайшие сроки и меньшими затратами. Цель. Основываясь на методе фиктивных источников, необходимо предложить алгоритм решения краевой задачи для потенциала электрического поля катодной защиты подземного трубопровода вертикальным глубинным анодом. Объекты: газонефтепроводы, для которых защита от электрохимической коррозии является необходимым условием обеспечения оптимального срока их работы. Методы: применение метода фиктивных источников обосновано принципом электростатической аналогии для пространственных задач распределения электрического поля. Чтобы применить установленные соотношения к рассматриваемой задаче в полупространстве, в алгоритме дополнительно используется метод зеркальных отражений, позволяющий перевести задачу из полупространства в пространство. Результаты. Разработана программа на языке программирования C++ для проведения численных расчетов электрических полей в системах катодной защиты трубопроводов глубинными анодами с учетом ограничений, накладываемых на потенциал защищаемого сооружения и плотность тока, стекающего с анода. Компьютерная модель дает возможность проведения серий вычислительных экспериментов для выбора геометрических и электрохимических параметров проектируемых глубинных анодов с целью повышения надежности катодной защиты подземных сооружений и увеличения срока их службы. Приведены графики, иллюстрирующие особенности распределений плотности тока вдоль глубинного анода и защитного потенциала трубопровода, при изменениях внешних условий за определенный период эксплуатации. Показано, что при уменьшении сопротивления изоляции для поддержания необходимого защитного потенциала трубопровода требуется увеличение тока катодной станции. Растет плотность тока на границе «анод-грунт», что в свою очередь приводит к более интенсивному растворению анода. Приведены примеры численных результатов, полученных на основе расчетов с реальными исходными данными. Анализ результатов подтверждает эффективность, устойчивость и универсальность разработанного алгоритма.