شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی با استفاده از منحنی پلاریزاسیون

 

    صفحه                                   عنوان

فصل اول : مقدمه

1-1مقدمه……………………………… 2

فصل دوم:مروری بر منابع

2-1 مروری بر پژوهش‏ها…………………… 7

2-2خوردگی……………………………. 10

2-3  هزينه هاي خوردگي ………………… 10

2-4 محیط های خورنده…………………… 10

2-5تعریف خوردگی الکتروشیمیایی………….. 11

2- 6 مفاهیم در الکتروشیمی خوردگی……….. 12

2-6-1 تعریف واژه الکترود………………. 12

2-6-2تعریف الکترولیت………………….. 12

2-6-3 واکنش های مرتبط با الکترود……….. 12

2-6-4تشکیل پیل ها با دو الکترود………… 13

2-7تعریف خوردگی ترمودینامیک……………. 15

2-8 پتانسیل و دانسیته جریان مورد نیاز حفاظت کاتدی    16

2-8-1پتانسیل…………………………. 16

2-8-2دانسیته جریان……………………. 16

2-9پتانسیل برگشت پذیر…………………. 17

2-10 سینتیک خوردگی …………………… 19

2-10-1تعریف پتانسیل استراحت…………….. 19

2-10-2مقدمه ای بر پتانسیل اضافی…………. 20

2-10-3 مفهوم پلاریزاسیون………………… 21

2-11 بررسی نمودار تافل ……………….. 23

2-11-1 معادله بر حسب پتانسیل اضافی………. 24

2-12 حفاظت کاتدی……………………… 26

2-12-1 حفاظت کاتدی به روش آند فدا شونده….. 27

2-12-2حفاظت کاتدی به روشجریان اعمالی…….. 28

2-13بررسی پارامترهای حفاظت کاتدی در خوردگی. 31

2-14معادله ریاضی جهت استفاده در مدل سازی… 31

2-15 المان مرزی………………………. 34

2-15-1 استفاده از دیورژانس و گرین در روش المان مرزی 36

2-15-2 بررسی جواب اساسی………………… 39

2-15-3به دست آوردن جواب اساسی…………… 40

2-16تعیین معادله انتگرال در نقاط مرزی…… 43

2-16-1ناحیه انتگرال گیری برای نقاط داخلی…. 44

2-16-2به دست آوردن انتگرال مرزی برای مرزها.. 46

2-16-3به دست آوردن معادله در مرز بی نهایت .. 49

2-17حل معادلات انتگرالی با روش المان مرزی… 51

فصل 3 : شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی با استفاده از منحنی پلاریزاسیون

3-1 روش حل…………………………… 56

3-2 فرضیات اعمال شده مساله…………….. 58

3-3 تعیین تعداد المان های بهینه در مدل دو بعدی  60

3-3-1 تعیین تعداد المان های بهینه روی لوله.. 60

3-3-2 تعیین تعداد المان های بهینه روی آند .. 61

3-3-3تعیین تعداد المان های بهینه در مرز بی نهایت    62

3-4 بررسی مدل سازی سه بعدی…………….. 63

3-5 تعیین المان های بهینه برای مدل سه بعدی. 64

3-5-1تعیین تعداد المان های بهینه روی لوله .. 64

3-5-2تعیین تعداد المان های بهینه روی آند … 65

3-5-3تعیین تعداد المان های بهینه در مرز بی نهایت    66

3-6 فرضیات اعمال شده مساله در حالت سه بعدی. 67

3-7 منحنی پلاریزاسیون روی لوله………….. 68

3-7-1منحنی پلاریزاسیون خط لوله مدفون در خاک.. 68

3-7-2منحنی پلاریزاسیون خط لوله مدفون در آب… 69

3-8 مدل سازی مرز در بی نهایت…………… 71

3-8-1نحوه شبکه بندی در مرزها …………… 72

3-9 روش المان مرزی در حل مساله…………. 74

3-10 حل عددی مساله……………………. 74

3-11 نحوه حصول اطمینان از عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی    78

3-12 الگوریتم برنامه………………….. 78

3-12-1الگوریتم کلی برنامه شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی    79

3-12-2الگوریتم محاسبه ماتریس G…………. 80

3-12-3الگوریتم محاسبه ماتریس H…………. 82

3-12-4الگوریتمحدس اولیه برای پتانسیل روی لوله و جریان روی آند    83

فصل 4 : نتایج و تحلیل

4-1 مقدمه……………………………. 91

4-2 مدل سازی دو بعدی حفاظت کاتدی……….. 91

4-2-1 بررسی توزیع پتانسیل روی لوله با تغییر فاصله آند تا لوله    92

4-2-2 بررسی توزیع پتانسیل سطح لوله با تغییر اندازه آند   93

4-2-3 بررسی تاثیر نوع خاک………………. 94

4-3 شبیه سازی لوله به صورت سه بعدی……… 96

4-3-1 توزيع پتانسيل روي لوله با يك آند…… 96

4-3-2 بررسی توزيع پتانسيل روي لوله با دو آند 97

4-2-3 بررسی توزیع پتانسیل روی لوله با وجود پوشش ناقص 98

فصل 5 :نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1نتیجه گیری……………………….. 102

5-2پیشنهادات………………………… 103

منابع

منابع………………………………. 105

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                                            صفحه

جدول 3-1 :پارامترهای پیش فرض شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی 59

جدول 4-2 : فرضیات به کار رفته در مدل سه بعدی 67

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                        صفحه

شکل 2-1: نمونه پیل الکترولیتی……………. 14

شکل 2-2: ترمودینامیک خوردگی مس و یون های مس.. 15

شکل 2-3: نمودار پتانسيل به شدت جريان و تعیین ميزان جريان حفاظت    17

شکل 2-4 : مفهوم آند فدا شونده با استفاده از پتانسیل برگشت پذیر    18

 شکل 2-5 : منحنی پلاریزاسیون برای خوردگی فلزات 21

شکل 2-6 : تفاوت پتانسیل اضافی و پلاریزاسیون… 22

شکل 2-7 : نمودار تافل برای الکترود مس و یون های مس   24

شکل 2-8 : حفاظت کاتدی به روش آند فداشونده…. 28

شکل 2-9 :سیستم حفاظت کاتدی به روش جریان اعمال 30

شکل 2-10 : یکسو کننده در جریان اعمالی و یک نمونه از آند مصرفی 30

شکل 2-11 : مقایسه روش های عددی در شبکه بندی مرزها    35

شکل 2-12 : ناحیه محاسباتی به صورت شماتیک….. 36

شکل 2-13 : شکل به مرکز چشمه نقطه ای X^’……. 41

شکل 2-14 : نقاط داخلی برای تعیین انتگرال مرزی 44

شکل 2-15 : جداسازی مرز برای نقاط مرزی…….. 47

شکل 2-16 : زاویه داخلی برای نقاط در مرز…… 48

شکل 2-17 : ناحیه بی نهایت……………….. 50

شکل 2-18 : شبکه بندی با المان ثابت……….. 52

شکل 2-19 : شبکه بندی با المان خطی………… 52

شکل 2-20 : شبکه بندی با المان درجه دو…….. 52

شکل 3-1: مدل دو بعدی سیستم حفاظت کاتدی لوله مدفون در خاک 58

شکل3-2: تعداد المان های بهینه برای شبکه بندی لوله    60

شکل 3-3: تعیین تعداد المان های بهینه روی مرز آند در حالت دو بعدی  61

شکل3-4:المان های بهینه برای شبکه بندی مرز بی نهایت   62

شکل3-5: مدل سه بعدی لوله با یک آند……….. 63

شکل3-6: المان های بهینه روی لوله در مدل سه بعدی 64

شکل3-7: تعیین المان های آند در مدل سه بعدی… 65

شکل3-8: المان های بهینه برای مرز بی نهایت…. 66

شکل3-9: نمونه منحنی پلاریزاسیون فولاد در الکترولیت خاک 69

شکل3-10: مدل حفاظت کاتدی در شبکه بندی به روش مرز در بی نهایت 73

شکل3-11: مدل حفاظت کاتدی در شبکه بندی به روش جعبه    73

شکل3-12: نمودار جریان حل حفاظت کاتدی با استفاده از BEM  75

شکل 4-1: توزیع پتانسيل روي کاتد با آند ثابت و فاصله های مختلف آند تا کاتد…………………………………. 92

شکل 4-2: پتانسيل کاتد با اندازه های مختلف آند 94

شکل 4-3: پتانسيل روي سطح لوله به ازای خاک‏های مختلف   95

شکل 4-4: معیار حفاظت از خوردگی…………… 95

شکل 4-5: توزیع پتانسیل روی سطح لوله در خاک رس با یک آند در فاصله  cm10 ………………………………… 96

شکل 4-6: بررسی خوردگی در سطح کاتد با دو آند به صورت متقارن   97

شکل 4-7: کاتد با پوشش ناقص در بخش میانی لوله. .. 99

شکل 4-8: توزیع پتانسیل روی استوانه با پوشش ناقص و یک آند 99