船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種腐蝕狀態(tài)評(píng)估及控制方法，尤其涉及一種基于邊界元原理的船舶 及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)的評(píng)估及控制方法。主要涉及專利分類號(hào)GOl測(cè)量；測(cè)試GOlN 借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料G01N17/00測(cè)試材料的耐氣候，耐腐 蝕，或耐光照性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶及海洋結(jié)構(gòu)物通常采用腐蝕涂層和陰極保護(hù)復(fù)合的防腐系統(tǒng)，在保護(hù)周期 內(nèi)，其表面的保護(hù)狀態(tài)可以由一些參數(shù)來(lái)表征，主要包括保護(hù)電位，保護(hù)電流密度，陽(yáng)極電 流和陽(yáng)極電壓的測(cè)量。
[0003] 保護(hù)電位的大小直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果的好壞，隨著時(shí)間的推移，保護(hù)電 位會(huì)發(fā)生變化。電位只有在一定數(shù)值范圍以內(nèi)才能使船舶及海洋結(jié)構(gòu)物受到有效的保護(hù)， 電位過(guò)正（欠保護(hù)）和電位過(guò)負(fù)（過(guò)保護(hù)）都是應(yīng)該避免的。因此根據(jù)船舶及海洋結(jié)構(gòu)物 水下結(jié)構(gòu)外表面的保護(hù)電位分布情況進(jìn)行腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估，同時(shí)根據(jù)評(píng)估結(jié)果實(shí)時(shí)地對(duì) 陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流進(jìn)行調(diào)整從而控制其腐蝕防護(hù)狀態(tài)，對(duì)保證船舶及海洋結(jié)構(gòu)物安全 運(yùn)行以及預(yù)防失效事故的發(fā)生具有重大意義。
[0004] 專利號(hào)為CN101762622A的名為《非開(kāi)挖施工大口徑管道腐蝕控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》公開(kāi) 了一種非開(kāi)挖施工大口徑管道腐蝕控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅對(duì)于非開(kāi)挖施工大口徑管道 腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有技術(shù)僅給出了基于介質(zhì)中腐蝕速率電化學(xué)模型的管道剩余壽 命的預(yù)測(cè)方法，沒(méi)有建立腐蝕狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，也沒(méi)有將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)而評(píng) 估腐蝕狀態(tài)。專利號(hào)為CN202267645U的《井筒腐蝕評(píng)價(jià)裝置》公開(kāi)了一種井筒腐蝕評(píng)價(jià)裝 置，該裝置使用失重法評(píng)估腐蝕速率并預(yù)估剩余壽命，操作過(guò)程中產(chǎn)生人為誤差的可能性 較大，結(jié)果可信度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制的一種船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估 及控制方法，具有如下步驟：
[0006] 數(shù)據(jù)庫(kù)建立步驟：建立船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)邊界元模型，通過(guò)前處理得到 船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)的三角形單元編號(hào)、組成三角形單元的節(jié)點(diǎn)編號(hào)及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)； 通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，得出所述的三角形單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在全壽命周期內(nèi)，不同時(shí)間段內(nèi)保 護(hù)電位數(shù)據(jù)并建立腐蝕狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0007] 計(jì)算評(píng)估步驟：獲得參比電極監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中所述電極監(jiān)測(cè)點(diǎn) 所在的三角形網(wǎng)格三個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和各時(shí)間段內(nèi)的保護(hù)電位數(shù)據(jù)，使用面積坐標(biāo)下的 線性插值方法計(jì)算得出所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)間段內(nèi)的保護(hù)電位參考值；比較監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)得到的 保護(hù)電位實(shí)測(cè)值與所述保護(hù)電位參考值，確定最接近的電位參考值，查詢所述數(shù)據(jù)庫(kù)找到 所述最接近的電位參考值對(duì)應(yīng)的腐蝕狀態(tài)文件判定當(dāng)前船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)外表 面的腐蝕狀態(tài)；
[0008] 直流電源輸出控制步驟：使用數(shù)值模擬分別計(jì)算每個(gè)直流電源的影響區(qū)域；選取 每個(gè)影響區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)；設(shè)定每個(gè)控制點(diǎn)的保護(hù)電位參考值，比較控制點(diǎn)參比電極實(shí)測(cè) 的保護(hù)電位值與所述的保護(hù)電位參考值從而控制所述的直流電源輸出相應(yīng)的電位值。
[0009] 所述線性差值方法具體如下：
[0010] 已知所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)e的空間坐標(biāo)（Xe，ye，Ze)及其所在三角形單元三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo) 和保護(hù)電位；所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)e位于三個(gè)節(jié)點(diǎn)a、b、c構(gòu)成的三角形中或位于三角形邊界或頂點(diǎn) 上；
[0011] 利用面積坐標(biāo)，e點(diǎn)的位置可以由下面兩個(gè)數(shù)決定
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，具有如下步驟： 數(shù)據(jù)庫(kù)建立步驟；建立船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)的邊界元模型，通過(guò)前處理得到船 舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)的=角形單元編號(hào)、組成=角形單元的節(jié)點(diǎn)編號(hào)及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；通 過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，得出所述的=角形單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在全壽命周期內(nèi)，不同時(shí)間段內(nèi)保護(hù) 電位數(shù)據(jù)并建立腐蝕狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)； 計(jì)算評(píng)估步驟；獲得參比電極監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中所述電極監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在 的S角形網(wǎng)格S個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和各時(shí)間段內(nèi)的保護(hù)電位數(shù)據(jù)，使用面積坐標(biāo)下的線性 插值方法計(jì)算得出所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)間段內(nèi)的保護(hù)電位參考值；比較監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)得到的保護(hù) 電位實(shí)測(cè)值與所述保護(hù)電位參考值，確定最接近的電位參考值，查詢所述數(shù)據(jù)庫(kù)找到所述 最接近的電位參考值對(duì)應(yīng)的腐蝕狀態(tài)文件判定當(dāng)前船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)外表面的 腐蝕狀態(tài)； 直流電源輸出控制步驟：使用數(shù)值模擬分別計(jì)算每個(gè)直流電源的影響區(qū)域；選取每個(gè) 影響區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)；設(shè)定每個(gè)控制點(diǎn)的保護(hù)電位參考值，比較控制點(diǎn)參比電極實(shí)測(cè)的保 護(hù)電位值與所述的保護(hù)電位參考值從而控制所述的直流電源輸出相應(yīng)的電位值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征還 在于；所述線性差值方法具體如下： 已知所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)e的空間坐標(biāo)（x,，y,，z。）及其所在S角形單元S個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)和保護(hù) 電位；所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)e位于S個(gè)節(jié)點(diǎn)a、b、C構(gòu)成的S角形中或位于S角形邊界或頂點(diǎn)上； 利用面積坐標(biāo)，e點(diǎn)的位置可W由下面兩個(gè)數(shù)決定
其中A是二角形油C的面積，A1，Aj分別是二角形油e和二角形ace的面積，e(11，IP稱為面積坐標(biāo)； 如取直角坐標(biāo)系化y，可W用X。和y。表示各S角形的面積，那么Ai的面積是
由于在均勻電場(chǎng)中，某一點(diǎn)的電位值只和該點(diǎn)位置坐標(biāo)有關(guān)，因此在面積坐標(biāo)系下e點(diǎn)電位， 巫e=f(Xe，Ye)=fQi，Ij) 另外，電場(chǎng)與距離成線性關(guān)系，因此設(shè) 巫e二mxe+nYe+C二Mli+Nlj+C 將a,b，c=點(diǎn)面積坐標(biāo)w及電位值代入上式，可得如下方程，
求解上述方程可得，M=巫c_巫。，N=巫b_巫。，C=巫。。 因此可W求出監(jiān)測(cè)點(diǎn)e的保護(hù)電位參考值 巫e=(巫C-巫a)V(巫b-巫a)lj+巫a。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征 還在于：所述計(jì)算評(píng)估步驟中比較監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)得到的保護(hù)電位實(shí)測(cè)值與所述保護(hù)電位參考 值，判定當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)的腐蝕狀態(tài)的方法如下： 提取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)電位參考值，形成M*N的腐蝕狀態(tài)矩陣；
其中M為腐蝕狀態(tài)文件的個(gè)數(shù)，N為船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)外表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量； 將監(jiān)測(cè)點(diǎn)參比電極的保護(hù)電位實(shí)測(cè)值形成一個(gè)N維向量，其中N為水下結(jié)構(gòu)外表面監(jiān) 測(cè)點(diǎn)數(shù)量； 求監(jiān)測(cè)得到的N維向量和M*N的腐蝕狀態(tài)矩陣中每個(gè)行向量差的模，其中與監(jiān)測(cè)得到 的N維向量差的模最小的行向量所在的腐蝕狀態(tài)文件即代表了當(dāng)前腐蝕狀態(tài)，通過(guò)該腐蝕 狀態(tài)文件可W得到船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)外表面的腐蝕狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征還 在于；還具有數(shù)據(jù)篩選步驟： t時(shí)刻電位向量為；Vit，V2t，. . .，Vw . . .，Vm; t~l~l時(shí)刻電化向里為；VgCt+l)，. . .，Vi(t+1)，. . .，VN(t+l); 如果Vutw-Vit〉e，則在N維向量中刪掉數(shù)據(jù)Viftw，認(rèn)為第i個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)失效；同時(shí)刪除 腐蝕狀態(tài)矩陣中第i列的數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征還 在于；所述選取影響區(qū)域的方法具體為；利用數(shù)值模擬分別計(jì)算出在每個(gè)直流電源單獨(dú)供 電情況下的水下結(jié)構(gòu)外表面電位分布情況，找到直流電源供電區(qū)域的分界線，確定各直流 電源的影響區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征還 在于；所述選取控制點(diǎn)的方法具體為；設(shè)定多個(gè)直流電源輸出電壓，利用數(shù)值模擬計(jì)算，得 至IJ不同直流電源輸出電壓下的電位最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的電位。并W直流電源輸出電壓為橫坐 標(biāo)，分別W電位最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的電位為縱坐標(biāo)繪制曲線。兩條曲線中，斜率較大的一條代 表的點(diǎn)（最高點(diǎn)或最低點(diǎn)）即為各區(qū)域的控制點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，其特征還 在于；還具有報(bào)警步驟；如果Vutw-Vit〉e，則在N維向量中刪掉數(shù)據(jù)VihW，認(rèn)為第i個(gè)監(jiān) 測(cè)點(diǎn)失效，發(fā)出報(bào)警。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶及海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕防護(hù)狀態(tài)評(píng)估及控制方法，具有數(shù)據(jù)庫(kù)建立步驟：建立船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)邊界元模型，得出所述的三角形單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在全壽命周期內(nèi)，不同時(shí)間段內(nèi)保護(hù)電位數(shù)據(jù)并建立腐蝕狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)；計(jì)算評(píng)估步驟：獲得參比電極監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中所述電極監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在的三角形網(wǎng)格三個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和各時(shí)間段內(nèi)的保護(hù)電位數(shù)據(jù)，判定當(dāng)前船舶及海洋結(jié)構(gòu)物水下結(jié)構(gòu)外表面的腐蝕狀態(tài)；保護(hù)電源輸出控制步驟：比較控制點(diǎn)參比電極實(shí)測(cè)的保護(hù)電位值與所述的保護(hù)電位參考值從而控制所述的直流電源輸出相應(yīng)的電位值。
【IPC分類】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104794349
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510196710
【發(fā)明人】劉磊, 宋世德
【申請(qǐng)人】大連科邁爾防腐科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日