钢板桩码头靠泊船杂散电流腐蚀研究

论文摘要

船舶与海洋工程领域中经常出现腐蚀问题,其中一部分是杂散电流的腐蚀。杂散电流腐蚀是长期困扰国内外造船企业的一个共性问题,无论是造船业比较先进的日本以及欧洲,还是比较落后的国家,都遭受杂散电流腐蚀问题,它所造成的经济损失是巨大的。该问题已经逐渐引起国内外专家的高度重视,但是由于杂散电流腐蚀受到许多因素的影响,目前还没有找到彻底的解决方法。因此,对杂散电流腐蚀问题进行深入的研究,找出合理解决该问题的方法,具有十分重要的意义。本论文对外加电流阴极保护系统和牺牲阳极阴极保护系统进行了五方面的对比:工艺对比、安装对比、系统维修对比、发展趋势对比、经济性对比。最后确定钢板桩码头采用外加电流阴极保护系统对码头进行腐蚀防护,在此过程中阴极保护系统产生的电场会对系泊船产生杂散电流腐蚀。针对这一具体工程问题,本论文从理论上对杂散电流的腐蚀机理进行了深入的研究,查明了杂散电流腐蚀的根本原因是电位梯度。在数值模拟计算方面,首先,认真学习了各种数值计算的方法,如边界元计算方法和有限元计算方法,通过比较,采用边界元计算方法来计算海区电场。采用ANSYS软件分别建立海区电场计算模型和网格剖分模型。其次,通过边界元数值计算求得海区电场的电位分布情况。最后,提出防止杂散电流腐蚀的方法。如将船体与码头用导线连接,变成一个整体,将靠泊船纳入钢板桩外加电流阴极保护系统,使靠泊船成为临时被保护对象。还可以通过在船体周围悬挂牺牲阳极的方法来消除杂散电流腐蚀。因船体左侧的电力线比较密集,电场强度较强,应在船体左侧多加牺牲阳极。阳极的数量可以通过计算得到。本文的计算结果为解决实际的工程问题提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的理论意义和应用价值
• 1.2 国内外研究概况和发展趋势
• 1.3 本文的研究内容
• 2 码头的腐蚀与防护
• 2.1 码头的腐蚀
• 2.1.1 金属在海水中的电化学腐蚀
• 2.1.2 影响海水腐蚀的因素
• 2.2 码头的腐蚀防护
• 2.2.1 阴极保护的原理
• 2.2.2 阴极保护的主要设计参数
• 2.2.3 外加电流阴极保护系统
• 2.2.4 辅助阳极的性能要求
• 2.2.5 阴极保护方法的对比和选取
• 2.3 外加电流阴极保护系统设计计算
• 2.3.1 计算被保护体的保护面积
• 2.3.2 计算保护电流
• 2.3.3 辅助阳极的选取及数量
• 2.3.4 钢板桩码头外加电流阴极保护的设计
• 2.4 本章小结
• 3 杂散电流对船体的腐蚀
• 3.1 杂散电流的性质
• 3.2 杂散电流产生的原因
• 3.3 杂散电流腐蚀的防护方法
• 3.4 船舶与海洋结构物杂散电流腐蚀研究
• 3.4.1 船体遭受杂散电流腐蚀
• 3.4.2 船体杂散电流腐蚀防护方法
• 3.4.3 海洋钢结构阴极保护系统的自生杂散电流
• 3.4.4 自生电腐蚀的规律及其防止办法
• 3.4.5 靠泊船在钢板桩码头区域遭受杂散电流腐蚀的机理
• 3.4.6 靠泊船杂散电流腐蚀的防护方法
• 3.5 本章小结
• 4 电场的基本理论
• 4.1 电场和电场强度
• 4.2 电场线
• 4.3 方向导数和梯度
• 4.3.1 方向导数
• 4.3.2 梯度
• 4.4 通量和散度
• 4.4.1 通量
• 4.4.2 散度
• 4.5 环量与旋度
• 4.5.1 环量
• 4.5.2 旋度
• 4.6 静电场中的两个基本定律
• 4.6.1 高斯定律
• 4.6.2 静电场的环路定律
• 4.7 电位和电位差
• 4.8 电位的泊松方程和拉普拉斯方程
• 4.9 静电场中的电介质
• 4.10 静电场中的导体
• 4.11 静电屏蔽
• 4.11.1 静电屏蔽的物理性质
• 4.11.2 静电屏蔽的唯一性定理
• 4.11.3 静电屏蔽的性质
• 4.11.4 静电屏蔽的实质
• 4.12 本章小结
• 5 电场问题的计算方法研究
• 5.1 计算方法介绍
• 5.1.1 将微分方程转化为积分方程
• 5.1.2 拉普拉斯方程的基本解
• 5.1.3 边界积分方程的离散
• 5.1.4 插值函数
• 5.1.5 基本解的求解
• 5.1.6 高斯积分
• 5.1.7 奇异性
• 5.2 本章小结
• 6 钢板桩码头靠泊船杂散电流腐蚀防护问题的数值模拟
• 6.1 计算模型
• 6.2 电场分布的数值计算
• 6.3 防护方法
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢