專利名稱：一種鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋工程領(lǐng)域中深水半潛式鉆井平臺(tái)壓載水艙的防腐設(shè)計(jì)技術(shù)，特別 是一種針對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)壓載水艙的犧牲陽(yáng)極進(jìn)行數(shù)量上的優(yōu)化與空間上的合理 布置的鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
深水半潛式鉆井平臺(tái)常年在遠(yuǎn)海作業(yè)，結(jié)構(gòu)鋼板的腐蝕將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)儲(chǔ)備強(qiáng)度的下 降，降低作業(yè)安全性；同時(shí)，平臺(tái)在遠(yuǎn)海作業(yè)，入塢維護(hù)的成本較高。為減少結(jié)構(gòu)腐蝕，需針 對(duì)平臺(tái)整體開(kāi)展防腐設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化。
傳統(tǒng)的防腐設(shè)計(jì)方法采用依據(jù)一定的船級(jí)社規(guī)范，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式的方式來(lái)進(jìn)行防 腐設(shè)計(jì)?；静襟E如下
1、確認(rèn)平臺(tái)要加入的船級(jí)社，據(jù)此來(lái)選取防腐設(shè)計(jì)中參照的規(guī)范，常見(jiàn)的規(guī)范有 ABS規(guī)范、DNV規(guī)范等等；
2、在所選取的規(guī)范中查詢適用于目標(biāo)平臺(tái)的防腐設(shè)計(jì)相關(guān)公式；
3、將目標(biāo)平臺(tái)的各個(gè)參數(shù)輸入相關(guān)公式，得出防腐設(shè)計(jì)的最終參數(shù)，例如犧牲陽(yáng) 極數(shù)量、質(zhì)量、形狀、安裝位置等等。
傳統(tǒng)的防腐設(shè)計(jì)方法最大的弊端在于，規(guī)范中提供的基本上都是經(jīng)驗(yàn)公式。即在 計(jì)算某一設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，公式本身的一些系數(shù)需要人為的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定；或者該公式本身 即為經(jīng)驗(yàn)所得，并非科學(xué)推導(dǎo)而來(lái)。這樣便使得最終結(jié)果是粗糙的，即防腐系統(tǒng)的防腐效果 與經(jīng)濟(jì)性均不是最優(yōu)的。并且傳統(tǒng)方法不能解決如下的問(wèn)題
1、由管路系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備等導(dǎo)致的“吸收式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題；
2、由復(fù)雜結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致的“遮擋式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題。
上述兩項(xiàng)問(wèn)題在深水半潛式鉆井平臺(tái)表現(xiàn)十分明顯，極大地影響了防腐系統(tǒng)的保 護(hù)效率。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以解決由管路系統(tǒng)和 相關(guān)設(shè)備等導(dǎo)致的“吸收式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題和由復(fù)雜結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致的“遮擋式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題、 確立壓載水艙犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的全壽命期優(yōu)化方案，提高壓載水艙犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的保護(hù)效率 的鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系 統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，基于邊界元數(shù)值模擬仿真計(jì)算，包括以下步驟
A、建立幾何模型采用計(jì)算機(jī)建模軟件對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行幾何建模；所述的目標(biāo)平 臺(tái)是需進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的鉆井平臺(tái)，所述的建模軟件包括ANSYS、PANTRAN等商 用工程軟件；
B、建立邊界元模型對(duì)建立好的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確立邊界元模型各單元與各節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、空間坐標(biāo)等信息；
C、加載陽(yáng)極控制模塊加載陽(yáng)極控制模塊生成數(shù)字化后的犧牲陽(yáng)極信息；所述的 犧牲陽(yáng)極信息包括陽(yáng)極個(gè)數(shù)、陽(yáng)極形狀、陽(yáng)極質(zhì)量、各個(gè)陽(yáng)極的空間位置坐標(biāo)；首次加載時(shí)， 犧牲陽(yáng)極信息依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得出；當(dāng)整個(gè)計(jì)算完成后，計(jì)算結(jié)果不滿足優(yōu)化要求時(shí)，陽(yáng)極控 制模塊將自動(dòng)對(duì)陽(yáng)極信息進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完畢后重新開(kāi)始計(jì)算；所述優(yōu)化要求是預(yù)先設(shè)定 的優(yōu)化指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)電位值、陽(yáng)極總重量和保護(hù)年限；
D、前處理將步驟C生成的陽(yáng)極信息加載到步驟B生成的單元與節(jié)點(diǎn)信息上，得出 兩大部分的數(shù)據(jù)其一為材料極化曲線數(shù)據(jù)，其二為加入陽(yáng)極后的單元與節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；
E、計(jì)算利用邊界元算法進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，得出目標(biāo)平臺(tái)結(jié)構(gòu)表面完整的保護(hù) 電位信息，所述保護(hù)電位信息包括陽(yáng)極電流、各節(jié)點(diǎn)處電位和電流密度；
F、判斷是否符合極化特征將步驟E的計(jì)算結(jié)果與步驟D生成的極化曲線進(jìn)行對(duì) 比分析；如符合極化曲線，即所得到的值均在極化曲線上，則進(jìn)入步驟G進(jìn)行下一步校核； 如不符合極化曲線，則將不在極化曲線上的值所對(duì)應(yīng)的單元和節(jié)點(diǎn)信息通過(guò)調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行 空間位置的微調(diào)，然后返回步驟E，重新開(kāi)始計(jì)算；
G、判斷是否滿足優(yōu)化要求根據(jù)步驟E的計(jì)算結(jié)果以及所對(duì)應(yīng)的步驟C生成的陽(yáng) 極信息進(jìn)行判斷，若滿足預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化要求，則輸出優(yōu)化方案，本次計(jì)算結(jié)束；若不滿足， 返回步驟C，通過(guò)陽(yáng)極控制模塊進(jìn)行陽(yáng)極調(diào)節(jié)，重新計(jì)算；所述的優(yōu)化方案包括犧牲陽(yáng)極的 形狀、大小、數(shù)量以及空間位置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1、由于本發(fā)明是基于邊界元法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以得到連續(xù)的結(jié)構(gòu)表面的電位信 息，任何一個(gè)局部結(jié)構(gòu)的保護(hù)電位不滿足要求，都將會(huì)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行調(diào)整，重新開(kāi)始計(jì)算，直 至任意位置的保護(hù)電位全部滿足要求為止，因此，本發(fā)明完美地解決了 “吸收式屏蔽效應(yīng)” 和“遮擋式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題；而傳統(tǒng)方法由于是基于經(jīng)驗(yàn)公式，完全忽略這兩種屏蔽效應(yīng)對(duì) 防腐效果的影響。
2、由于本發(fā)明利用邊界元仿真計(jì)算技術(shù)，精確地確定出了整個(gè)犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的各 項(xiàng)參數(shù)。在較高精度范圍內(nèi)保證防腐效果的前提下，減輕了犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的總重量。從而 減輕了半潛式平臺(tái)的重量，提高平臺(tái)的可變載荷，提升半潛式鉆井平臺(tái)的作業(yè)能力，提高平 臺(tái)的使用壽命；又帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


本發(fā)明僅有附圖1張，其中
圖1是本發(fā)明的流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的有益效果進(jìn)行進(jìn)一步地描述。本發(fā)明以某在役深水半潛 式鉆井平臺(tái)的壓載水艙為例進(jìn)行計(jì)算如下
設(shè)計(jì)要求的基本參數(shù)設(shè)計(jì)壽命為12年，保護(hù)面積為59228m2，服役海洋環(huán)境參m絕絕5ζΧ · · ·寸寸。
采用傳統(tǒng)方法時(shí)，參考DNV規(guī)范，并結(jié)合其提供的經(jīng)驗(yàn)公式，得出陽(yáng)極布置方案A
陽(yáng)極位置(略)；
陽(yáng)極總重量36117.Ikg ；
陽(yáng)極數(shù)量1184塊。
而采用本發(fā)明的方法時(shí)，對(duì)方案A的設(shè)置進(jìn)行單次計(jì)算，即不進(jìn)行優(yōu)化，得出方案 A的實(shí)際保護(hù)壽命只有10. 81年。所述的保護(hù)壽命可以通過(guò)保護(hù)電位來(lái)描述，通過(guò)實(shí)地檢 測(cè)，證實(shí)本發(fā)明的計(jì)算結(jié)果是可靠的。
按照?qǐng)D1所示的流程圖對(duì)該平臺(tái)的壓載水艙進(jìn)行建模并優(yōu)化計(jì)算，得出優(yōu)化后的 陽(yáng)極布置方案B:
陽(yáng)極位置(略)；
陽(yáng)極總重量32822.6kg ；
陽(yáng)極數(shù)量1076塊。
通過(guò)比較，我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法由于不考慮兩種屏蔽效應(yīng)的影響，使其得出的方案 往往達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命要求。并且傳統(tǒng)方法在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的是經(jīng)驗(yàn)公式，偏于保守，致使 過(guò)多地采用陽(yáng)極塊。本發(fā)明的方法基于邊界元計(jì)算，在精確保證設(shè)計(jì)壽命的前提下，通過(guò)合 理布置陽(yáng)極，減少了陽(yáng)極塊數(shù)目。在本例中，和傳統(tǒng)方法比較，減少了 9. 12%的陽(yáng)極用量。
權(quán)利要求
1. 一種鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于基于邊界元數(shù) 值模擬仿真計(jì)算，包括以下步驟A、建立幾何模型采用計(jì)算機(jī)建模軟件對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行幾何建模；所述的目標(biāo)平臺(tái)是 需進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的鉆井平臺(tái)，所述的建模軟件包括ANSYS、PANTRAN等商用工 程軟件；B、建立邊界元模型對(duì)建立好的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確立邊界元模型各單元與各 節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、空間坐標(biāo)等信息；C、加載陽(yáng)極控制模塊加載陽(yáng)極控制模塊生成數(shù)字化后的犧牲陽(yáng)極信息；所述的犧牲 陽(yáng)極信息包括陽(yáng)極個(gè)數(shù)、陽(yáng)極形狀、陽(yáng)極質(zhì)量、各個(gè)陽(yáng)極的空間位置坐標(biāo)；首次加載時(shí)，犧牲 陽(yáng)極信息依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得出；當(dāng)整個(gè)計(jì)算完成后，計(jì)算結(jié)果不滿足優(yōu)化要求時(shí)，陽(yáng)極控制模 塊將自動(dòng)對(duì)陽(yáng)極信息進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完畢后重新開(kāi)始計(jì)算；所述優(yōu)化要求是預(yù)先設(shè)定的優(yōu) 化指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)電位值、陽(yáng)極總重量和保護(hù)年限；D、前處理將步驟C生成的陽(yáng)極信息加載到步驟B生成的單元與節(jié)點(diǎn)信息上，得出兩大 部分的數(shù)據(jù)其一為材料極化曲線數(shù)據(jù)，其二為加入陽(yáng)極后的單元與節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；E、計(jì)算利用邊界元算法進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，得出目標(biāo)平臺(tái)結(jié)構(gòu)表面完整的保護(hù)電位 信息，所述保護(hù)電位信息包括陽(yáng)極電流、各節(jié)點(diǎn)處電位和電流密度；F、判斷是否符合極化特征將步驟E的計(jì)算結(jié)果與步驟D生成的極化曲線進(jìn)行對(duì)比分 析；如符合極化曲線，即所得到的值均在極化曲線上，則進(jìn)入步驟G進(jìn)行下一步校核；如不 符合極化曲線，則將不在極化曲線上的值所對(duì)應(yīng)的單元和節(jié)點(diǎn)信息通過(guò)調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行空間 位置的微調(diào)，然后返回步驟E，重新開(kāi)始計(jì)算；G、判斷是否滿足優(yōu)化要求根據(jù)步驟E的計(jì)算結(jié)果以及所對(duì)應(yīng)的步驟C生成的陽(yáng)極 信息進(jìn)行判斷，若滿足預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化要求，則輸出優(yōu)化方案，本次計(jì)算結(jié)束；若不滿足，返 回步驟C，通過(guò)陽(yáng)極控制模塊進(jìn)行陽(yáng)極調(diào)節(jié)，重新計(jì)算；所述的優(yōu)化方案包括犧牲陽(yáng)極的形 狀、大小、數(shù)量以及空間位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉆井平臺(tái)壓載水艙陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，基于邊界元數(shù)值模擬仿真計(jì)算，包括以下步驟采用計(jì)算機(jī)建模軟件對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行幾何建模確立邊界元模型各單元與各節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、空間坐標(biāo)等信息；加載陽(yáng)極控制模塊生成數(shù)字化后的犧牲陽(yáng)極信息；利用邊界元算法進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算；判斷是否符合極化特征；判斷是否滿足優(yōu)化要求。本發(fā)明是基于邊界元法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以得到連續(xù)的結(jié)構(gòu)表面的電位信息，任何一個(gè)局部結(jié)構(gòu)的保護(hù)電位不滿足要求，都將會(huì)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行調(diào)整，重新開(kāi)始計(jì)算，直至任意位置的保護(hù)電位全部滿足要求為止，因此，本發(fā)明完美地解決了“吸收式屏蔽效應(yīng)”和“遮擋式屏蔽效應(yīng)”問(wèn)題；提高了平臺(tái)的使用壽命。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102043888SQ20111002667
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者黃一 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)