Аннотация
Коррозия металла представляет собой электрохимическое явление окисления металла, вызываемое коррозионным электрическим током, обусловленным естественным потенциалом металла и наличием свободных ионов в окружающей почве или воде. Принцип катодный защиты заключается в предотвращении этого путем создания защитного электрического тока, противоположного по направлению коррозионному току. Процесс коррозии будет остановлен, если защитный электрический ток имеет достаточную величину и правильным образом распределен на защищаемой конструкции. Ток катодной защиты обычно обеспечивается специальными электрическими станциями катодной защиты. Интенсивность коррозии подземных металлических конструкций в основном зависит от состава грунта, его удельного электрического сопротивления, наличия в грунте воды, кислорода и т.д. Наиболее агрессивными типами грунтов являются глины, суглинки, пески с высокой соленостью. Очень серьезные последствия коррозии могут иметь место по трубе, проходящей через грунты различного состава. В системах катодной защиты подземных трубопроводов, электрический ток, создаваемый станциями катодной защиты, течет от анодов через грунт к защищаемой конструкции. В результате происходит смещение электрического потенциала защищаемой конструкции в отрицательную сторону, что обеспечивает катодную защиту. Тип, количество и расположение анодов должны быть выбраны так, чтобы обеспечить лучшую защиту для конструкции или трубопровода в конкретной среде. В данной работе на основе метода фиктивных источников предложен алгоритм решения краевой задачи для потенциала электрического поля катодной защиты подземного трубопровода глубинным анодом. Разработана программа на языке программирования C++ для проведения численных расчетов электрических полей в системах катодной защиты подземных трубопроводов. Компьютерная модель дает возможность проведения серий вычислительных экспериментов для выбора геометрических и электрохимических параметров проектируемых систем катодной защиты с целью повышения надежности подземных сооружений и увеличения срока их службы. Анализ результатов подтверждает эффективность, устойчивость и универсальность разработанного алгоритма.
Ключевые слова
Компьютерное моделирование, электрическое поле, катодная защита, математическое моделирование, краевая задача, численные методы, метод фиктивных источников.
1. Глазов, Н.П. Подземная коррозия трубопроводов, ее прогнозирование и диагностика / Н.П. Глазов. – М.: Газпром, 1994. – 92 с.
2. Ткаченко, В.Н. Анализ поля токов катодной защиты трубопроводной сети / В.Н. Ткаченко. // Защита металлов. – 2006 – Т.42. – №5. – С. 132-135.
3. Ильин, В.П. Численные методы решения задач электрофизики / В.П. Ильин. – М.: Наука, 1985. – 336 с.
4. Болотнов, А.М. Математическое моделирование и численное исследование электрических полей в системах с протяженными электродами / А.М. Болотнов, Н.П. Глазов, В.Д. Киселев, Ф.З. Хисаметдинов // Вестник Башкирского университета. – 2006. – № 2. – C. 17-21.
5. Болотнов, А.М. Математическая модель и алгоритм расчета электрического поля катодной защиты трубопровода протяженными анодами / А.М. Болотнов, Н.Н. Глазов, Н.П. Глазов, К.Л. Шамшетдинов, В.Д. Киселев // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2008. – Т. 44. – № 4. – C. 438-441.
6. Болотнов, А.М. Компьютерное моделирование электрических полей в системах катодной защиты трубопроводов / А.М. Болотнов, С.Р. Гарифуллина, Н.Н. Глазов, Н.П. Глазов, М.А. Башаев // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2009. – №5. – С. 27-32.
7. Шимони, К. Теоретическая электротехника / К. Шимони – М.: Мир, 1964. – 773 с.
8. Болотнов, А.М. Математическое моделирование тепловых и электрических полей в цилиндрических областях / А.М. Болотнов, М.М. Махмутов, Ф.З. Хисаметдинов // Вестник Башкирского университета. – 2005. – Т.10. – № 3. – C. 18-22.
9. Махмутов, М.М. Совместное математическое моделирование физических полей в электролитах / М.М. Махмутов, Ф.З. Хисаметдинов, Я.Я. Мансуров // Мат. моделирование и краевые задачи: Тр. Второй Всерос. научн. конф. ¬– Самара: СамГТУ. – 2005. – С. 173-176.
10. Махмутов, М.М. Расчет параметров электрического поля на поверхности цилиндрического электрода в неоднородной среде [Текст] / М.М. Махмутов, Ф.З. Хисаметдинов, Я.Я. Мансуров // Сб. тр. регион. науч.-техн. конф. – Магнитогорск: МаГТУ, 2004. – C. 182-185.
11. Кухта, Ю.Б. Описание сложных технологических процессов с использованием аппарата прикладной математики и средств вычислительной техники / Кухта Ю.Б., Ильина Е.А. // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. – 2011. – №1-2. – С. 142-147.
12. Zamani, N.G. Numerical simulation of electrodeposition problems / N.G. Zamani, J.M. Chuang, C.C. Hsiung // Int. J. Numer. Meth. Eng., – 1987. 24, № 8. P. 1479–1497.
Болотнов А.М., Хисаметдинов Ф.З. Компьютерное моделирование электрических полей катодной защиты подземных трубопроводов // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. – 2015. – №1. – C. 2-8.