[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及海洋结构物保护的技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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S_max大于3倍的最小区域面积S_mix。

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；