 |
حفاظت در برابر خوردگی سکوهای نفتی متعدد
معرفی
این مثال تجزیه و تحلیل سیستم حفاظت از خوردگی حفاظت از خوردگی یک پلت فرم نفتی با استفاده از نمونه آند قربانی را گسترش می دهد. در آن مثال مشاهده شد که قسمت‌های پایین پایه‌های ساختار سکو، قسمت‌هایی از کاتد هستند که کمترین محافظت را در برابر خوردگی دارند. اکنون می‌خواهیم بررسی کنیم که چه تأثیری بر این پتانسیل‌ها در یک مجموعه ساختاری بزرگ‌تر، در این مورد متشکل از مجموعه‌ای از سکوهای نفتی، چه خواهد بود.
این هندسه‌ها معمولاً تمایل دارند تا اندازه‌های بزرگی از مشکلات را ارائه دهند، و به دلایل عملکرد و حافظه، ما تصمیم می‌گیریم تمام الکترودهای مدل را به‌عنوان استوانه‌هایی با شعاع معین در امتداد لبه‌های هندسه قاب سیمی، که در شکل 1 برای یک پلت فرم منفرد نشان داده شده است، تقریب بزنیم . با استفاده از رابط توزیع فعلی، عناصر مرزی.
شکل 1: هندسه قاب سیم تک پلت فرم.
تعریف مدل
تنظیمات فیزیکی این مشکل مانند نمونه حفاظت از خوردگی یک پلت فرم نفتی با استفاده از آند قربانی است . تفاوت مفهومی در نحوه تنظیم مدل این است که تمام شعاع‌هایی که توسط فرمول عناصر مرزی (BEM) استفاده می‌شود، باید در رابط فیزیک مشخص شوند و یک صفحه تقارن در کف دریا قرار می‌گیرد. توجه داشته باشید که فرمول BEM تا بی نهایت گسترش می یابد و این نشان می دهد که اثر عایق سطح دریا در مدل گنجانده نشده است، اما از آنجایی که این مثال روی قسمت پایینی پاها تمرکز دارد، تأثیر آن بر تجزیه و تحلیل کم تلقی می شود.
نتایج و بحث
شکل 2 توزیع پتانسیل را هنگامی که تنها یک پلت فرم شبیه سازی شده است نشان می دهد. نتایج شبیه به مثال حفاظت از خوردگی یک پلت فرم روغن با استفاده از آندهای قربانی است که از هندسه کامل سه بعدی و فرمول استاندارد FEM استفاده می کرد.
شکل 2: توزیع پتانسیل برای یک پلت فرم واحد.
شکل 3 توزیع پتانسیل الکترولیت را در آرایه ای از چهار سکو، از جمله آندهای قربانی نشان می دهد. شکل 4 پتانسیل فولاد روی کاتدها را در مقابل مرجع Ag/AgCl برای همان داده ها نشان می دهد. پتانسیل در پایین پایه های داخلی 40 میلی ولت جابجا می شود که نشان دهنده محافظت بدتر از این قسمت ها است.
شکل 3: توزیع پتانسیل برای پلتفرم های متعدد.
شکل 4: توزیع پتانسیل روی سازه فولادی در مقابل الکترود مرجع Ag/AgCl.
مسیر کتابخانه برنامه: Corrosion_Module/Cathodic_Protection/multiple_oil_platforms
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Primary and Secondary Current Distribution>Current Distribution، Boundary Elements (cdbem) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
با بارگیری هندسه قاب سیمی یک سکوی نفتی از یک فایل شروع کنید. ابتدا مشکل را روی یک پلتفرم مدل می‌کنید و سپس هندسه را با استفاده از یک آرایه در مرحله بعد گسترش می‌دهید.
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل oil_platform_wireframe.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
هندسه وارد شده شما اکنون باید مانند شکل 1 باشد .
تعاریف
مرحله بعدی ایجاد تعدادی انتخاب لبه هندسی است. با آندها و کاتدها شروع کنید.
آندها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 10-22، 123-129، 154-160، 225-237 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
(می توانید اعداد لبه را در پنجره محاوره ای تایپ کنید یا آنها را از فایل مستندات مدل کپی و جایگذاری کنید.)
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Anodes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
کاتدها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 1-9،23-122، 130-153، 161-224، 238-240 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Cathodes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
از انتخاب های زیر برای اختصاص شعاع های مختلف به قسمت های مختلف هندسه وایرفریم استفاده می شود.
تیرها 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 1، 4، 7، 117، 119، 121، 161، 163، 165، 238-240 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Beams 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
تیرها 2
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 2-3، 26، 29، 42-45، 50، 57، 64، 71، 90-93، 96، 100، 104، 108، 111، 114، 118، 162، 167، را تایپ کنید. 170, 173-176, 179, 183, 187, 191, 204-211, 221, 223 در قسمت انتخاب متن. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Beams 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
تیرها 3
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 5-6، 32، 35، 46، 48، 53، 56، 59، 62، 67، 70، 73، 75-76، 83، 94، 99، 102، 107، 110 را تایپ کنید. 120، 130، 136، 143، 149، 164، 177، 182، 185، 190، 193-194، 199، 217، 219 در قسمت انتخاب متن. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Beams 3 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
تیرها 4
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Cathodes را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
8 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، Beams 1 ، Beams 2 و Beams 3 را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Beams 4 را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
توزیع فعلی، عناصر مرزی (CDBEM)
در این مدل ما علاقه مند به تجزیه و تحلیل پتانسیل نزدیک به کف دریا هستیم. یک تقارن را در xy -plane در z = 0 فعال کنید و سپس فیزیک واقعی را تنظیم کنید. یعنی: هدایت الکترولیت، شرایط پتانسیل الکترولیت روی آندها و شرایط چگالی جریان روی کاتد. توجه داشته باشید که چندین گره چگالی جریان برای تنظیم شعاع های مختلف به پرتوهای پلت فرم استفاده می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Current Distribution, Boundary Elements (cdbem) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع فعلی ، عناصر مرزی ، برای گسترش بخش Symmetry کلیک کنید . |
3 | از Symmetry در لیست xy plane ، Symmetric را انتخاب کنید . |
الکترولیت 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Current Distribution، Boundary Elements (cdbem) روی Electrolyte 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات الکترولیت ، بخش الکترولیت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن σ l ، 5[S/m] را تایپ کنید . |
پتانسیل الکترولیت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  لبه ها کلیک کنید و Electrolyte Potential را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پتانسیل الکترولیت ، قسمت انتخاب لبه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Anodes را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Edge Radius را پیدا کنید . در قسمت متن Edge radius ، 0.86[m] را تایپ کنید . |
5 | بخش پتانسیل الکترولیت را پیدا کنید . در قسمت متن φ l,bnd ، 1.05[V] را تایپ کنید . |
چگالی جریان الکترولیت 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و چگالی جریان الکترولیت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چگالی جریان الکترولیت ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Beams 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Edge Radius را پیدا کنید . در قسمت متنی Edge radius ، 1.26[m] را تایپ کنید . |
5 | بخش چگالی جریان الکترولیت را پیدا کنید . در قسمت متن i n ,l ، -0.1[A/m^2] را تایپ کنید . |
چگالی جریان الکترولیت 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و چگالی جریان الکترولیت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چگالی جریان الکترولیت ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Beams 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Edge Radius را پیدا کنید . در قسمت متنی Edge radius ، 0.64[m] را تایپ کنید . |
5 | بخش چگالی جریان الکترولیت را پیدا کنید . در قسمت متن i n ,l ، -0.1[A/m^2] را تایپ کنید . |
چگالی جریان الکترولیت 3
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و چگالی جریان الکترولیت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چگالی جریان الکترولیت ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Beams 3 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Edge Radius را پیدا کنید . در قسمت متنی Edge radius ، 0.43[m] را تایپ کنید . |
5 | بخش چگالی جریان الکترولیت را پیدا کنید . در قسمت متن i n ,l ، -0.1[A/m^2] را تایپ کنید . |
چگالی جریان الکترولیت 4
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و چگالی جریان الکترولیت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چگالی جریان الکترولیت ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Beams 4 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Edge Radius را پیدا کنید . در قسمت متنی Edge radius ، 0.229[m] را تایپ کنید . |
5 | بخش چگالی جریان الکترولیت را پیدا کنید . در قسمت متن i n ,l ، -0.1[A/m^2] را تایپ کنید . |
مطالعه 1
مدل اکنون آماده حل است. این مدل از تنظیمات مش و حل کننده پیش فرض استفاده می کند. چک باکس Generate default defaults را پاک کنید و به صورت دستی پتانسیل الکترولیت و چگالی جریان الکترولیت معمولی را رسم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پتانسیل الکترولیت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Electrolyte Potential را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
خط 1
1 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Line کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Line ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع خط ، لوله را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن بیان شعاع لوله ، cdbem.redge را تایپ کنید . |
5 | چک باکس Radius scale factor را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
چگالی جریان طبیعی الکترولیت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrolyte Potential کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، چگالی جریان الکترولیت معمولی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
خط 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Normal Electrolyte Current Density را گسترش دهید ، سپس روی Line 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خط ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، cdbem.nIl را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Normal Electrolyte Current Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
مطالعه 1
تنظیمات حل کننده
یک کپی از راه حل برای مراجعات بعدی تهیه کنید.
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations را گسترش دهید . |
2 | روی Solution 1 (sol1) کلیک راست کرده و Solution>Copy را انتخاب کنید . |
راه حل 1 – پلت فرم واحد
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Study 1>Solver Configurations ، روی Solution 1 – Copy 1 (sol2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Solution 1 – Single Platform را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
راه حل 2 – پلتفرم های متعدد
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی راه حل 1 (sol1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Solution 2 – Multiple Platforms را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
هندسه 1
هندسه را با اضافه کردن یک آرایه اصلاح کنید و مشکل را حل کنید.
آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی imp1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی اندازه y ، 2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن x اندازه 2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 50[m] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، 50[m] را تایپ کنید . |
8 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
مطالعه 1
COMSOL به طور خودکار تنظیمات فیزیک مناسب را در هندسه جدید با مرتبط کردن تنظیمات موجودات هندسی جدید به موارد مربوط به پلت فرم واحد اختصاص می دهد. بنابراین مشکل آماده برای حل است.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پتانسیل الکترولیت
1 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل فولاد در مقابل Ag/AgCl
1 | روی Electrolyte Potential کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، پتانسیل فولاد در مقابل Ag/AgCl را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
خط 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره پتانسیل فولاد در مقابل Ag/AgCl را گسترش دهید ، سپس روی خط 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خط ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text -phil را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی خط 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cathodes را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار پتانسیل فولاد در مقابل Ag/AgCl ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
