[发明专利]一种评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法

权利要求书

1.一种评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定保护对象的结构、尺寸及环境工况，初步确定牺牲阳极的类型、尺寸、数量和安装位置；

步骤2，通过现场或实验室测试管道支撑钢构连接件及牺牲阳极的电位与电流密度关系，作为边界元计算时的边界条件；

步骤3，根据隧道内管道支撑钢构连接件实际结构、尺寸和牺牲阳极的尺寸、数量、布置位置建立三维几何模型，所述三维几何模型包括支撑钢构连接件和牺牲阳极；

步骤4，对所述三维几何模型进行网格划分，将三维几何模型离散成若干个小单元；

步骤5，根据Laplace方程建立所述三维几何模型的阴极保护电位分布数学模型；采用边界元法，将边界上的积分方程转化为线性方程组，在步骤2所得的边界条件下，对所述阴极保护电位分布数学模型进行求解，获得支撑钢构连接件各单元的阴极保护电位及牺牲阳极的输出电流；

步骤6，判断步骤5中所得出的支撑钢构连接件所有部位的阴极保护电位分布是否达标，若达标，则完成阴极保护电位评估，进行步骤8；若未达标，则继续步骤7；

步骤7，调整三维几何模型中牺牲阳极的布置，重复步骤3至步骤5，直至支撑钢构连接件所有部位的阴极保护电位分布达标；

步骤8，根据步骤5得到的牺牲阳极的输出电流和牺牲阳极消耗率，计算牺牲阳极的工作寿命，若满足阴极保护系统的设计寿命，则完成隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果评估；若未满足，则继续步骤7，直至牺牲阳极的工作寿命满足阴极保护系统的设计寿命。

2.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，步骤1中所述保护对象为隧道内管道支撑钢构连接件，包括管卡和螺栓，所述管卡卡在管道外部，所述管卡的两端通过螺栓连接，所述螺栓包括螺杆和螺母。

3.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，所述牺牲阳极位于保护对象周边，且与所述保护对象无直接接触。

4.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，步骤4中对所述三维几何模型进行网格划分时，保证支撑钢构连接件非规则表面单元的规整性，整体网格分布均匀。

5.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，步骤5中所述阴极保护电位分布数学模型如下：

式中：

V-计算求解的电解质区域，φ-求解区域内各处的电位，x、y、z-空间坐标；

Γ_A-包围牺牲阳极体的电解质边界，φ_a-牺牲阳极体电位，Δφ_a/s-牺牲阳极对电解质电位；

Γ_C-包围阴极体的电解质边界，φ_c-阴极体电位，σ_c-阴极附近电解质的电导率；

Γ_I-电解质绝缘边界；

n-单元表面的法向向量。

6.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，步骤7中调整三维几何模型中牺牲阳极的数量和安装位置方法如下：

(1)调整牺牲阳极的安装位置，包括：减小牺牲阳极与支撑钢构连接件之间的距离；调整牺牲阳极的分布，使其更均匀的布置在支撑钢构连接件周围；

(2)增加牺牲阳极的数量。

7.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，支撑钢构连接件的所有部位的阴极保护电位分布达标为：支撑钢构连接件的所有部位的阴极保护电位均负于-0.85V。

8.根据权利要求1所述的评估隧道内管道支撑钢构连接件阴极保护效果的方法，其特征在于，步骤8中所述牺牲阳极的工作寿命根据以下公式计算：

式中：

T-牺牲阳极工作寿命，a；

W-牺牲阳极的重量，kg；

ω-牺牲阳极消耗率，kg/A·a；

I-牺牲阳极平均输出电流，A。