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电厂海水冷却系统泵体阴极保护数值仿真和优化设计

作　者: 张明
导　师: 王贵
学　校: 广东海洋大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 泵体阴极保护数值仿真优化设计
分类号: TM62
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国沿海地区电厂的冷却系统普遍采用海水冷却，其冷却系统中所有与海水接触的的金属构件都存在不同程度的腐蚀问题。在腐蚀防护实践中，作为防腐手段之一的阴极保护，由于其方案制定大都采用经验估计方式，易造成欠保护、过保护现象的发生。本文以电厂冷却水系统中的泵体为保护对象，采用COMSOL软件对泵体阴极保护表面电位进行数值仿真模拟，获取其电位分布，能够克服传统阴极保护工程设计中经验估计的缺陷，实现有预测性的防腐系统优化设计，为工程实施提供理论参考。本文的主要研究内容为：（1）电厂冷却系统腐蚀与防护分析对电厂冷却系统具体腐蚀环境进行探讨分析，明确海水泵腐蚀机理及阴极保护原理，为分析判定泵体边界条件提供前提条件。（2）仿真模型推导及边界条件确定为建立阴极保护数学模型，在简化条件下依据经典电场理论及欧姆定律，以微小单元角度进行分析，推导出描述海水电解质区域内电位状态数学方程；然后结合实际腐蚀环境，从腐蚀动力学原理角度分析确定极化过程混合控制步骤，确定与实际情况更加符合的极化特性，改善了边界条件的单纯活化控制步骤的不可靠性。（3）阴极保护验证模型实验及影响因素分析采用实测阴极保护电位方法对仿真模型进行验证，以确保数学模型及边界条件的可靠性。同时，通过算例探讨了钢管电位随阳极排布、数量、位置等因素的影响规律，为阴极保护方案设计提供理论参考。（4）泵体阴极保护实施方案优化设计基于数值计算软件COMSOL采用参数化扫描进行优化运算求解，最终确定辅助阳极各种设置参数的最佳保护方案，为工程实践提供理论参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 引言  9
  1.2 阴极保护国内外研究现状及发展趋势  9-12
    1.2.1 阴极保护国内外研究现状  9-10
    1.2.2 阴极保护数值仿真的研究现状  10-12
  1.3 论文主要研究内容和意义  12
  1.4 本章小结  12-13
2 电厂海水冷却系统泵体腐蚀与防护分析  13-20
  2.1 泵体腐蚀及防护情况  13-14
  2.2 泵体腐蚀机理分析  14-16
    2.2.1 腐蚀条件和环境影响因素  14-15
    2.2.2 海水环境下金属腐蚀机理  15-16
  2.3 泵体强制电流阴极保护原理及保护参数  16-19
    2.3.1 阴极保护原理  16-17
    2.3.2 阴极保护参数  17-19
  2.4 本章小结  19-20
3 建立阴极保护数值模型  20-28
  3.1 模型简化分析  20
  3.2 阴极保护控制方程推导  20-22
  3.3 阴极保护边界条件分析  22-26
  3.4 非线性边界条件的处理  26-27
    3.4.1 牛顿迭代法  26-27
    3.4.2 分段线性拟合法  27
  3.5 本章小结  27-28
4 数学模型验证实验及其影响因素分析  28-39
  4.1 数学模型验证实验方案  28-30
    4.1.1 实验器材及方案  28
    4.1.2 泵体材料极化曲线测试  28-30
  4.2 阴极保护验证实验  30-32
  4.3 实验结果与仿真结果对比分析  32-34
  4.4 辅助阳极参数对电位影响规律  34-38
    4.4.1 不同辅助阳极距离 L 对阴极保护电位分布影响  34-35
    4.4.2 不同辅助阳极大小 H 对阴极保护电位分布影响  35-36
    4.4.3 不同辅助阳极数量 N 对阴极保护电位分布影响  36-37
    4.4.4 不同横向距离 M 对阴极保护电位分布影响  37-38
  4.5 本章小结  38-39
5 72LKSA-21 海水泵泵体阴极保护仿真及优化设计  39-47
  5.1 物理模型创建  39-40
  5.2 边界条件和保护参数确定  40-42
  5.3 腐蚀保护电位数值仿真和优化设计  42-46
  5.4 本章小结  46-47
6 总结与展望  47-48
  6.1 全文总结  47
  6.2 创新点  47
  6.3 展望  47-48
参考文献  48-53
攻读学位期间发表的学术论文  53-54
致谢  54-55
作者简介  55-56
导师简介  56

电厂海水冷却系统泵体阴极保护数值仿真和优化设计

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