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【論文精選】埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤芫W(wǎng)地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)模擬

2021-07-02 11:14:49 作者：鄭焱文，等來(lái)源：煤氣與熱力雜志分享至：

1 概述

隨著城市的不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，為了滿(mǎn)足人們出行的需求，緩解城市交通堵塞，截至2017年末，中國(guó)內(nèi)地共計(jì)34個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)，開(kāi)通軌道交通線(xiàn)路165條，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)達(dá)5 033 km，其中地鐵3 884 km，占比77.2%。2017年新增運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路32條，同比增長(zhǎng)24.1%；新增運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路880 km，同比增長(zhǎng)21.2%，增長(zhǎng)速度前所未有［1］。位于城市中心區(qū)的地鐵線(xiàn)路往往優(yōu)先建設(shè)運(yùn)行，但城市中心區(qū)的燃?xì)夤艿婪笤O(shè)較為密集，加之管網(wǎng)運(yùn)行多年，防腐層老舊，若不采取適當(dāng)措施對(duì)管網(wǎng)給予保護(hù)，城市地鐵產(chǎn)生的雜散電流對(duì)埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)的影響將引起嚴(yán)重的安全事故。上海地鐵二號(hào)線(xiàn)沿線(xiàn)世紀(jì)大道下的燃?xì)夤艿溃捎陔s散電流腐蝕，已經(jīng)發(fā)生了數(shù)十次泄漏事故［2］。2012年7月8日，遼寧省鞍山市產(chǎn)生了一起由電氣化鐵路雜散電流造成燃?xì)夤艿栏g穿孔的爆炸事故。

現(xiàn)今，雜散電流引起的鋼質(zhì)燃?xì)夤艿栏g問(wèn)題，已經(jīng)得到了各地燃?xì)夤炯把芯咳藛T的高度重視。川氣東送金陵支線(xiàn)管道與城際高鐵以及地鐵并行，受雜散電流干擾嚴(yán)重，采取絕緣隔離、鋅帶排流等措施，有效遏制了管道電位的正向偏移［3］。佛山市禪城區(qū)綠景苑小區(qū)燃?xì)夤艿溃詮V佛地鐵開(kāi)通后，受到了強(qiáng)烈的雜散電流干擾，在安裝一段PE管道阻斷雜散電流在鋼質(zhì)管道內(nèi)流動(dòng)，并安裝定向排流器后，管道管地電位符合規(guī)范要求［4］。核心區(qū)域人口密度大、開(kāi)挖難度大、不易施工等問(wèn)題，使各地燃?xì)夤緦?duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗┘臃雷o(hù)措施時(shí)，難度加大。周吉祥［5］、方衛(wèi)林等人［6］利用模擬軟件，對(duì)實(shí)際燃?xì)夤艿朗芨蓴_及保護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行仿真模擬，并優(yōu)化其排流措施后，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知，管道的運(yùn)行工況符合規(guī)范要求。雜散電流的防治非常復(fù)雜，影響因素眾多，若盲目采用防護(hù)措施，可能付出較大代價(jià)卻不能獲得預(yù)期效果。若采用模擬仿真軟件對(duì)管網(wǎng)區(qū)域中的雜散電流擴(kuò)散行為進(jìn)行模擬仿真，進(jìn)而對(duì)各種方法的防護(hù)效果進(jìn)行考量，則可優(yōu)選出最有效的防護(hù)方法，以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

本文將基于COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)軟件以及燃?xì)夤芫W(wǎng)分布及防護(hù)現(xiàn)狀，對(duì)某管網(wǎng)受到的雜散電流干擾及施加的防護(hù)措施進(jìn)行模擬，并進(jìn)一步提出更加有效的管網(wǎng)防護(hù)措施。

2 雜散電流腐蝕及防護(hù)的模擬仿真方法

在腐蝕防護(hù)數(shù)值模擬中，通常基于有限元以及邊界元兩種數(shù)值計(jì)算方法。早在1990年，有限元法就應(yīng)用于受海水腐蝕影響的平臺(tái)的陰極保護(hù)模擬。在埋地管道模擬中，除了土壤與空氣交界處，周邊的土壤環(huán)境無(wú)邊界可言，且土壤環(huán)境相對(duì)于管道來(lái)說(shuō)較大，若單純地用有限元法去計(jì)算，將大大增加計(jì)算量。邊界元法，由于計(jì)算量小，能將三維問(wèn)題轉(zhuǎn)化成二維問(wèn)題，二維問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一維問(wèn)題，現(xiàn)已在無(wú)限域的模擬中廣泛應(yīng)用，尤其適用于長(zhǎng)條形的物體建模。本文采用邊界元法對(duì)片區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的受干擾及保護(hù)情況進(jìn)行數(shù)值模擬。

2.1 控制方程