本申請(qǐng)涉及測(cè)量電變量，具體而言，涉及一種海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、近岸風(fēng)電場(chǎng)海水動(dòng)力條件復(fù)雜，水下構(gòu)筑物與海水的相互作用在加速構(gòu)筑物腐蝕老化，由于構(gòu)筑物形結(jié)構(gòu)多樣、海底環(huán)境復(fù)雜，腐蝕電場(chǎng)分布受構(gòu)筑物的幾何結(jié)構(gòu)、陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)、海水物理化學(xué)條件、海底沉積物特性以及周圍其他金屬結(jié)構(gòu)等多重因素控制，物理場(chǎng)控制方程多樣且耦合關(guān)系復(fù)雜。腐蝕電流密度的強(qiáng)度和方向的重構(gòu)對(duì)于海底復(fù)雜構(gòu)筑物的保護(hù)是非常重要的，但是現(xiàn)有技術(shù)中，在對(duì)腐蝕電流密度的強(qiáng)度和方向進(jìn)行重構(gòu)過(guò)程中，無(wú)法有效判斷水下復(fù)雜構(gòu)筑物腐蝕電場(chǎng)的空間分布規(guī)律，導(dǎo)致無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)筑物陰極的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于無(wú)法有效判斷水下復(fù)雜構(gòu)筑物腐蝕電場(chǎng)的空間分布規(guī)律，導(dǎo)致無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)筑物進(jìn)行陰極保護(hù)的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)的技術(shù)方案：

3、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法，包括：

4、對(duì)目標(biāo)區(qū)域的水下構(gòu)筑物建立構(gòu)筑物三維模型；

5、基于三維模型，執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算，其中，電位方程為：

6、，

7、為海水中的腐蝕電場(chǎng)，是海水的電導(dǎo)率，為海水中的電流密度矢量，為海水中的體電流密度；

8、獲取目標(biāo)區(qū)域電場(chǎng)傳感器所測(cè)得的三分量數(shù)據(jù)；

9、基于三維模型和三分量數(shù)據(jù)，對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演；

10、基于線性三維反演，得到水下構(gòu)筑物表面的電位分布和電流密度分布；

11、基于正演計(jì)算、電位和電流密度分布的結(jié)果，評(píng)估陰極保護(hù)方案。

12、進(jìn)一步地，所述建立復(fù)雜構(gòu)筑物三維模型中，通過(guò)有限元方法離散控制方程，模擬不同賦存環(huán)境下水下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的陰極保護(hù)狀態(tài)。

13、進(jìn)一步地，所述的基于三維模型，執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算，具體的：根據(jù)陽(yáng)極或陰極材料以及所處環(huán)境的不同引入不同的極化邊界條件，獲得極化曲線圖，其中：極化曲線的計(jì)算公式為：

14、

15、其中，表示局部的電流密度，表示陽(yáng)極產(chǎn)生的電流密度，為陰極產(chǎn)生的電流密度，為犧牲陽(yáng)極溶解時(shí)的交換電流密，為陽(yáng)極方向的電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，為陰極方向的電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，f為法拉第常數(shù)，為陰極和陽(yáng)極的過(guò)電位， r為氣體常數(shù)， t為絕對(duì)溫度，為氧氣受限情況下的最大交換電流密度。

16、進(jìn)一步地，所述的執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算，還包括：

17、對(duì)電解液和構(gòu)筑物之間界面處電化學(xué)電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行模擬；

18、基于犧牲陽(yáng)極在工作過(guò)程中的溶解效應(yīng)，確定溶解效應(yīng)的輸出隨時(shí)間的變化參數(shù)。

19、進(jìn)一步地，還包括：

20、根據(jù)電場(chǎng)分布結(jié)果，確定目標(biāo)檢測(cè)區(qū)域復(fù)雜水下構(gòu)筑物局部異常熱點(diǎn)的位置；

21、獲取局部異常熱點(diǎn)位置的異常幅值參數(shù)。

22、進(jìn)一步地，所述的對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演，其中，反演計(jì)算公式為：

23、

24、是觀測(cè)數(shù)據(jù)，是計(jì)算預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的正演模型，是觀測(cè)誤對(duì)角矩陣，、是模型加權(quán)矩陣，和是加權(quán)最小二乘矩陣。

25、進(jìn)一步地，所述的復(fù)雜構(gòu)筑物三維模型的建立方式為激光三維掃描或三維聲吶，其中通過(guò)回波數(shù)據(jù)重構(gòu)構(gòu)筑物表面。

26、進(jìn)一步地，所述的對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演，具體的：

27、反演網(wǎng)格在三維邊界進(jìn)行離散；

28、降低反演參數(shù)的求解自由度；

29、優(yōu)化rov的觀測(cè)路徑。

30、進(jìn)一步地，所述的基于正演計(jì)算、電位和電流密度分布的結(jié)果，確定陰極保護(hù)方案，具體的：

31、犧牲陽(yáng)極的剩余壽命計(jì)算公式為：

32、

33、其中：

34、

35、式中為陽(yáng)極的剩余壽命，為陽(yáng)極的初始凈重，為利用率，為陽(yáng)極材料的消耗量，為反演得到的陽(yáng)極電流，為陽(yáng)極消耗率，為調(diào)查的年份，為陽(yáng)極的安裝年份。

36、本申請(qǐng)的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

37、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法，通過(guò)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域海水中腐蝕電場(chǎng)矢量的空間分布、正演計(jì)算、線性三維反演，獲得復(fù)雜構(gòu)筑物腐蝕電場(chǎng)響應(yīng)的空間分布特征，確定陰極保護(hù)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，判斷腐蝕電場(chǎng)形態(tài)的主要受控因素，確定多因素耦合作用下腐蝕電場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)腐蝕電流密度的強(qiáng)度和方向重構(gòu)提供有效的支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)筑物陰極的保護(hù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于無(wú)法有效判斷水下復(fù)雜構(gòu)筑物腐蝕電場(chǎng)的空間分布規(guī)律，導(dǎo)致無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)筑物進(jìn)行陰極保護(hù)的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述建立復(fù)雜構(gòu)筑物三維模型中，通過(guò)有限元方法離散控制方程，模擬不同賦存環(huán)境下水下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的陰極保護(hù)狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的基于三維模型，執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算，具體的：根據(jù)陽(yáng)極或陰極材料以及所處環(huán)境的不同引入不同的極化邊界條件，獲得極化曲線圖，其中：極化曲線的計(jì)算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)建方法，其特征在于，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演，其中，反演計(jì)算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的復(fù)雜構(gòu)筑物三維模型的建立方式為激光三維掃描或三維聲吶，其中通過(guò)回波數(shù)據(jù)重構(gòu)構(gòu)筑物表面。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演，具體的：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的基于正演計(jì)算、電位和電流密度分布的結(jié)果，確定陰極保護(hù)方案，具體的：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及測(cè)量電變量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海底構(gòu)筑物陰極保護(hù)電場(chǎng)構(gòu)建方法，該方法包括：建立構(gòu)筑物三維模型；基于三維模型，執(zhí)行電場(chǎng)分布的正演計(jì)算；獲取目標(biāo)區(qū)域電場(chǎng)傳感器所測(cè)得的三分量數(shù)據(jù)；基于三維模型和三分量數(shù)據(jù)，對(duì)水下構(gòu)筑物執(zhí)行線性三維反演；基于線性三維反演，得到水下構(gòu)筑物表面的電位分布和電流密度分布；基于正演計(jì)算、電位和電流密度分布的結(jié)果，評(píng)估陰極保護(hù)方案。本申請(qǐng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于無(wú)法有效判斷水下復(fù)雜構(gòu)筑物腐蝕電場(chǎng)的空間分布規(guī)律，導(dǎo)致無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)筑物進(jìn)行陰極保護(hù)的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：朱忠民,周建平,陶春輝,韓沉花,陳寧特,高彥,聶佐夫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：自然資源部第二海洋研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2