船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种腐蚀状态评估及控制方法，尤其涉及一种基于边界元原理的船舶 及海洋结构物腐蚀防护状态的评估及控制方法。主要涉及专利分类号GOl测量；测试GOlN 借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料G01N17/00测试材料的耐气候，耐腐 蚀，或耐光照性能。
【背景技术】
[0002] 船舶及海洋结构物通常采用腐蚀涂层和阴极保护复合的防腐系统，在保护周期 内，其表面的保护状态可以由一些参数来表征，主要包括保护电位，保护电流密度，阳极电 流和阳极电压的测量。
[0003] 保护电位的大小直接关系到钢结构的保护效果的好坏，随着时间的推移，保护电 位会发生变化。电位只有在一定数值范围以内才能使船舶及海洋结构物受到有效的保护， 电位过正（欠保护）和电位过负（过保护）都是应该避免的。因此根据船舶及海洋结构物 水下结构外表面的保护电位分布情况进行腐蚀防护状态评估，同时根据评估结果实时地对 阴极保护系统输出电流进行调整从而控制其腐蚀防护状态，对保证船舶及海洋结构物安全 运行以及预防失效事故的发生具有重大意义。
[0004] 专利号为CN101762622A的名为《非开挖施工大口径管道腐蚀控制监测系统》公开 了一种非开挖施工大口径管道腐蚀控制监测系统，但该系统仅对于非开挖施工大口径管道 腐蚀数据进行相关监测，现有技术仅给出了基于介质中腐蚀速率电化学模型的管道剩余寿 命的预测方法，没有建立腐蚀状态数据库，也没有将监测数据与数据库中数据对比进而评 估腐蚀状态。专利号为CN202267645U的《井筒腐蚀评价装置》公开了一种井筒腐蚀评价装 置，该装置使用失重法评估腐蚀速率并预估剩余寿命，操作过程中产生人为误差的可能性 较大，结果可信度低。
【发明内容】
[0005] 本发明针对以上问题的提出，而研制的一种船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估 及控制方法，具有如下步骤：
[0006] 数据库建立步骤：建立船舶及海洋结构物水下结构边界元模型，通过前处理得到 船舶及海洋结构物水下结构的三角形单元编号、组成三角形单元的节点编号及节点坐标； 通过数值模拟计算，得出所述的三角形单元的每个节点在全寿命周期内，不同时间段内保 护电位数据并建立腐蚀状态评估数据库；
[0007] 计算评估步骤：获得参比电极监测点的空间坐标，调取数据库中所述电极监测点 所在的三角形网格三个节点的空间坐标和各时间段内的保护电位数据，使用面积坐标下的 线性插值方法计算得出所述监测点各时间段内的保护电位参考值；比较监测点实测得到的 保护电位实测值与所述保护电位参考值，确定最接近的电位参考值，查询所述数据库找到 所述最接近的电位参考值对应的腐蚀状态文件判定当前船舶及海洋结构物水下结构外表 面的腐蚀状态；
[0008] 直流电源输出控制步骤：使用数值模拟分别计算每个直流电源的影响区域；选取 每个影响区域内的控制点；设定每个控制点的保护电位参考值，比较控制点参比电极实测 的保护电位值与所述的保护电位参考值从而控制所述的直流电源输出相应的电位值。
[0009] 所述线性差值方法具体如下：
[0010] 已知所述监测点e的空间坐标（Xe，ye，Ze)及其所在三角形单元三个顶点的坐标 和保护电位；所述监测点e位于三个节点a、b、c构成的三角形中或位于三角形边界或顶点 上；
[0011] 利用面积坐标，e点的位置可以由下面两个数决定
【主权项】
1. 一种船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，具有如下步骤： 数据库建立步骤；建立船舶及海洋结构物水下结构的边界元模型，通过前处理得到船 舶及海洋结构物水下结构的=角形单元编号、组成=角形单元的节点编号及节点坐标；通 过数值模拟计算，得出所述的=角形单元的每个节点在全寿命周期内，不同时间段内保护 电位数据并建立腐蚀状态评估数据库； 计算评估步骤；获得参比电极监测点的空间坐标，调取数据库中所述电极监测点所在 的S角形网格S个节点的空间坐标和各时间段内的保护电位数据，使用面积坐标下的线性 插值方法计算得出所述监测点各时间段内的保护电位参考值；比较监测点实测得到的保护 电位实测值与所述保护电位参考值，确定最接近的电位参考值，查询所述数据库找到所述 最接近的电位参考值对应的腐蚀状态文件判定当前船舶及海洋结构物水下结构外表面的 腐蚀状态； 直流电源输出控制步骤：使用数值模拟分别计算每个直流电源的影响区域；选取每个 影响区域内的控制点；设定每个控制点的保护电位参考值，比较控制点参比电极实测的保 护电位值与所述的保护电位参考值从而控制所述的直流电源输出相应的电位值。
2. 根据权利要求1所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征还 在于；所述线性差值方法具体如下： 已知所述监测点e的空间坐标（x,，y,，z。）及其所在S角形单元S个顶点的坐标和保护 电位；所述监测点e位于S个节点a、b、C构成的S角形中或位于S角形边界或顶点上； 利用面积坐标，e点的位置可W由下面两个数决定
其中A是二角形油C的面积，A1，Aj分别是二角形油e和二角形ace的面积，e(11，IP称为面积坐标； 如取直角坐标系化y，可W用X。和y。表示各S角形的面积，那么Ai的面积是
由于在均匀电场中，某一点的电位值只和该点位置坐标有关，因此在面积坐标系下e点电位， 巫e=f(Xe，Ye)=fQi，Ij) 另外，电场与距离成线性关系，因此设 巫e二mxe+nYe+C二Mli+Nlj+C 将a,b，c=点面积坐标w及电位值代入上式，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求出监测点e的保护电位参考值 巫e=(巫C-巫a)V(巫b-巫a)lj+巫a。
3. 根据权利要求2所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征 还在于：所述计算评估步骤中比较监测点实测得到的保护电位实测值与所述保护电位参考 值，判定当前监测点的腐蚀状态的方法如下： 提取各监测点的保护电位参考值，形成M*N的腐蚀状态矩阵；
其中M为腐蚀状态文件的个数，N为船舶及海洋结构物水下结构外表面监测点的数量； 将监测点参比电极的保护电位实测值形成一个N维向量，其中N为水下结构外表面监 测点数量； 求监测得到的N维向量和M*N的腐蚀状态矩阵中每个行向量差的模，其中与监测得到 的N维向量差的模最小的行向量所在的腐蚀状态文件即代表了当前腐蚀状态，通过该腐蚀 状态文件可W得到船舶及海洋结构物水下结构外表面的腐蚀状态。
4. 根据权利要求3所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征还 在于；还具有数据筛选步骤： t时刻电位向量为；Vit，V2t，. . .，Vw . . .，Vm; t~l~l时刻电化向里为；VgCt+l)，. . .，Vi(t+1)，. . .，VN(t+l); 如果Vutw-Vit〉e，则在N维向量中删掉数据Viftw，认为第i个监测点失效；同时删除 腐蚀状态矩阵中第i列的数据。
5. 根据权利要求1所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征还 在于；所述选取影响区域的方法具体为；利用数值模拟分别计算出在每个直流电源单独供 电情况下的水下结构外表面电位分布情况，找到直流电源供电区域的分界线，确定各直流 电源的影响区域。
6. 根据权利要求5所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征还 在于；所述选取控制点的方法具体为；设定多个直流电源输出电压，利用数值模拟计算，得 至IJ不同直流电源输出电压下的电位最高点和最低点的电位。并W直流电源输出电压为横坐 标，分别W电位最高点和最低点的电位为纵坐标绘制曲线。两条曲线中，斜率较大的一条代 表的点（最高点或最低点）即为各区域的控制点。
7. 根据权利要求4所述的船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，其特征还 在于；还具有报警步骤；如果Vutw-Vit〉e，则在N维向量中删掉数据VihW，认为第i个监 测点失效，发出报警。
【专利摘要】本发明公开了一种船舶及海洋结构物腐蚀防护状态评估及控制方法，具有数据库建立步骤：建立船舶及海洋结构物水下结构边界元模型，得出所述的三角形单元的每个节点在全寿命周期内，不同时间段内保护电位数据并建立腐蚀状态评估数据库；计算评估步骤：获得参比电极监测点的空间坐标，调取数据库中所述电极监测点所在的三角形网格三个节点的空间坐标和各时间段内的保护电位数据，判定当前船舶及海洋结构物水下结构外表面的腐蚀状态；保护电源输出控制步骤：比较控制点参比电极实测的保护电位值与所述的保护电位参考值从而控制所述的直流电源输出相应的电位值。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104794349
【申请号】CN201510196710
【发明人】刘磊, 宋世德
【申请人】大连科迈尔防腐科技有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月23日