[發明專利]一種受地鐵雜散電流腐蝕影響的埋地管線剩余壽命預測方法有效
| 申請號： | 202110726421.2 | 申請日： | 2021-06-29 |
| 公開（公告）號： | CN113609640B | 公開（公告）日： | 2023-09-29 |
| 發明（設計）人： | 王承濤;李威;王禹橋;楊雪峰;許少毅;范孟豹 | 申請（專利權）人： | 中國礦業大學 |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20;G06F113/14;G06F119/04 |
| 代理公司： | 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249 | 代理人： | 李悅聲 |
| 地址： | 221116 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 地鐵 電流 腐蝕 影響 管線 剩余 壽命 預測 方法 | ||
1.一種受地鐵雜散電流腐蝕影響的埋地管線剩余壽命預測方法，其特征在于：利用預測系統進行埋地管線剩余壽命預測，所述的預測系統包括雜散電流干擾分布計算模塊、坐標轉換模塊、缺陷極限尺寸計算模塊和累計腐蝕深度實驗及分布計算模塊，其中：
雜散電流干擾分布計算模塊：用以計算在地鐵機車牽引電流和位置不斷變化下的動態干擾，對牽引電流曲線進行離散化處理以近似計算單位腐蝕時間Δt下對埋地管的腐蝕深度；用于獲得埋地管線在單位腐蝕時間Δt內恒定雜散電流流入所造成的電位偏移分布和因雜散電流所造成土壤電位的偏移；
坐標轉換模塊：當地鐵隧道與埋地管線互相不為平行關系時，用以將隧道沿長度方向上的離散坐標轉換至埋地管線沿長度方向上的離散坐標；
缺陷極限尺寸計算模塊：通過管線內壓、管線直徑、管線壁厚、體積擴張系數、管線流動壓力、管線的屈服極限和強度極限計算埋地管線極限壁厚Hl；
累計腐蝕深度實驗及分布計算模塊：用以計算雜散電流作用下累計腐蝕缺陷深度在埋地管線上的分布，在△t離散時間內考慮自然腐蝕作用與雜散電流腐蝕作用的累積腐蝕深度Hd為累積腐蝕缺陷在管線上分布的最小值通過比對管線極限壁厚Hl即可預測管線剩余壽命；
首先利用雜散電流干擾分布計算模塊計算在地鐵機車牽引電流和位置不斷變化下的動態干擾，對牽引電流曲線進行離散化處理以近似計算單位腐蝕時間Δt下對埋地管的腐蝕深度，從而獲得埋地管線在單位腐蝕時間Δt內恒定雜散電流流入所造成的電位偏移分布和因雜散電流所造成土壤電位的偏移；然后利用坐標轉換模塊將隧道沿長度方向上的離散坐標轉換至埋地管線沿長度方向上的離散坐標；通過缺陷極限尺寸計算模塊計算埋地管線的極限壁厚；最后利用累計腐蝕深度實驗及分布計算模塊計算雜散電流動態干擾下累計腐蝕缺陷深度在埋地管線上的分布，在離散時間△t內考慮自然腐蝕作用與雜散電流腐蝕作用的累積腐蝕深度Hd為累積腐蝕缺陷在管線上分布的最小值通過比對當前檢測到的腐蝕深度即可預測的管線剩余壽命；
離散化處理具體為對地鐵機車牽引曲線f(t)和地鐵機車位置曲線G(t)進行離散化處理：首先通過地鐵監測系統數據獲得地鐵機車牽引電流曲線為f(t)，地鐵機車位置曲線為G(t)，獲得地鐵隧道中的固定參數為：鋼軌縱向電阻、排流網縱向電阻、埋地管線縱向電阻、鋼軌對排流網過渡電阻、排流網對管線過渡電阻，其中通過電阻網絡分布模型計算得到埋地管線內電流計算模型I3(·)，埋地管線內電流計算模型I3(·)為f(t)和G(t)的函數，獲取一個區間周期內的地鐵機車運行時間t，利用電阻網絡模型：{I3(f(t),G(t)，S1’),I3(f(t),G(t)，S2’),…,I3(f(t),G(t)，Si’),…,I3(f(t),G(t)，Sn’)}＝I3(f(t),G(t)，S)，獲得沿埋地管線長度方向上的雜散電流分布，S’表示埋地管線長度方向上的絕對任意位置，S1’,S2’,…,Si’,…,Sn’分別表示在隧道坐標系上的絕對坐標；單位腐蝕時間Δt與一個區間周期內地鐵機車運行時間t的關系為：nΔt＝t，n為將地鐵機車運行時間t離散為Δt的個數；
離散化腐蝕時間Δt的個數n的具體計算方法為：
初始設定參數：將收斂精度p定為0.01；
步驟1：首先根據當前迭代次數ni(ni＝i)，進行如下計算：
步驟2：將ni+1進行累加：ni+1＝ni+1進行迭代計算
步驟3：利用計算L(ni+1):
步驟4：重復步驟1至步驟3，將計算結果L(ni+1)與上一次的計算結果L(ni)做差，若滿足L(ni+1)-L(ni)≤p，則判斷迭代結束，ni+1則為所求離散化位腐蝕時間Δt的個數n；若L(ni+1)-L(ni)p，則重復步驟2至步驟3，直至求出滿足L(ni+1)-L(ni)≤p，t為地鐵機車運行時間,f(t)為地鐵機車牽引電流曲線；
累計腐蝕深度實驗及分布計算具體為：
首先通過埋地管線周圍土壤的雜散電流腐蝕實驗和自然腐蝕實驗，兩個實驗中所用工作電極均與預測目標管線使用同種鋼材，雜散電流腐蝕實驗中將管線鋼工作電極和石墨電極埋置于土壤中，埋置深度均為150mm，通過可控直流電源通電實現雜散電流腐蝕過程，其中管線鋼工作電極與石墨電極相距200mm且相對布置，工作電極的尺寸為10mm×10mm×5mm，石墨電極的尺寸為10mm×10mm×2mm，通電電流為is；自然腐蝕實驗中將管線鋼工作電極埋置于土壤中，埋置深度為150mm，管線鋼工作電極的尺寸為10mm×10mm×5mm，模擬管線的自然腐蝕過程；根據雜散電流腐蝕實驗和自然腐蝕實驗，通過三維數字顯微鏡在通電電流大小為is作用的情況下確定離散時間Δt內的管線鋼工作電極表面平均腐蝕深度ΔH1和自然腐蝕作用下的平均腐蝕深度ΔH2，根據Kn＝ΔH2/ΔH1確定自然腐蝕因子Kn，通過擬合獲得通電電流is與Kn的關系Kn(is)，通過擬合通電電流is與ΔH1/Δt獲得通電電流與腐蝕速率的關系C(is)；其次，計算在地鐵機車運行時間t至t+△t離散時間雜散電流作用下累計缺陷深度在管線上的分布{Ha(S1’),Ha(S2’),…,Ha(Si’),…,Ha(Sm’)}，計算方法為：
Ha(S′i)＝C(Is(f(t+△t),G(t+△t),Si’))·△t
最終地鐵機車運行時間t至t+△t離散時間內考慮自然腐蝕作用與雜散電流腐蝕作用的累積腐蝕深度Hd為累積腐蝕缺陷在管線上分布的最小值，即為：
其中，min{·}為取最小值的函數；
重復上述過程，直至其中j為滿足時累積腐蝕深度累加的次數，Hi為預測時刻的管線當前腐蝕深度，則m×△t為所預測的管線剩余壽命。
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