CM BEASY阴极防护系统设计及腐蚀控制模拟软件

BEASY 是 Computational Mechanics BEASY (简称 CMBEASY) 旗下的基于边界元技术的高级工程预测软件。CM BEASY隶属英国 Computational Mechanics集团，  创建于1978 年，总部位于南安普顿。集团成员 Wessex 工学院，作为国际边界元技术的学术中心，为BEASY软件开发提供坚实的理论与技术后援。BEASY提供了一套包括阴极防护系统设计，腐蚀性能分析与优化的完整的腐蚀与防护解决方案。在40多个国家和地区的机械，、航空航天、国防、汽车、铁路、船舶和海洋平台，石化行业，拥有广泛应用。典型的腐蚀控制用户包括GE，雪佛龙，美国海军实验室，海军水面战中心，NorthropGrummen，英国国防研究总署，Bombardier，澳大利亚国防科技，美孚石油，壳牌石油，挪威 Conoco，韩国油气等。

 一、软件的特点文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

被置于恶劣的环境中而处于无防护状态的金属结构将很容易受到腐蚀。表面涂装可有效地阻止腐蚀过程。但为起到更长时间的保护作用，经常采用以消耗阳极为代价的阴极保护系统和ICCP(外加电流腐蚀防护)系统。一旦被防护的结构表面电势控制在一个适当的水平，就可以在电解液(如海水)中建立起一个能够保护结构免受腐蚀影响的系统。BEASY提供全面的腐蚀与防腐预测优化工具包，帮助腐蚀设计人员设计有效的腐蚀防护措施。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

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二、技术优势:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      易于建模,只划分表面网格,  建模时间比有限元降低至少一个量级文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      减少网格复杂性,  工程师易于查出数据错误,易于改变问题几何文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      模型简单,  计算结果存储量减少文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      直接计算得到高精度表面电位等变量文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      精确模拟电化学动力学等表面现象文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/software/equipment/14698.html

-      简便的大区域和无限区域建模,擅长模拟腐蚀类无限域问题

三、软件功能

1、改进设计

2、预测涂层状况

3、评估新的CP设计

4、综合模拟

5、电场分析

6、腐蚀相关的磁场分析

7、预测和控制杂散电流干扰

8、腐蚀优化

9、阳极电流

10、精确预测

11、腐蚀优化

12、电流属性

四、腐蚀控制解决方案

BEASY 提供了完整的腐蚀控制解决方案:

-      创建模型与结果可视化处理

-      将有限元模型转换为 BEASY 模型

-      广义的阴极防护建模求解器

-      求解腐蚀及相关电磁场

-      海洋平台牺牲阳极腐蚀系统建模器

-      腐蚀优化工具

-      ICCP 腐蚀性能与控制系统模拟等。

这一解决方案成功应用于船舶与海洋结构，油气储存和输送管线的腐蚀控制，以及军用舰船的信号管理。

五、实例:

1、海洋腐蚀防护系统设计

-     预测所设计的腐蚀控制策略的实际作用，以及在整个腐蚀防护系统生命周期中的防护性能

-      设计ICCP  系统

-      识别涂层损伤

-      优化设计腐蚀防护系统

-      校核腐蚀防护设计

货船的杂散电流腐蚀:海洋平台和海上行走结构在海洋环境中的腐蚀防护系统，  是通过利用经济的电极在结构周围水域形成所需的电压和电流密度起到防护作用。当这些防护系统靠近大型金属结构或穿过导电体，  便可能产生杂散电流腐蚀问题，对船舶结构和码头造成严重腐蚀，  需要昂贵的修复。

利用BEASY模拟货船附近的钢板引起的杂散电流腐蚀，发现从货船的ICCP系统流出的电流更易选择经过较低电阻路径也就是钢板而不是海水。浸在海水中的钢板在船舶的ICCP系统附近激起相当大的电流。当电流进入钢板， 钢板得到防护。而当电流离开钢板进入海水时， 腐蚀就大大增加。钢板的低电阻路径影响参比电极的电位，造成错误的读数，引起船舶防护不足或过度防护， 损害船壳和涂层。BEASY模型的分析表明，为达到所需的参比电极读数，ICCP输出电流需要提供没有钢板杂散电流干扰时的两倍。

2、舰船腐蚀防护系统设计

BEASY 的集成的腐蚀防护和相关信号控制的工具作为 电磁信号预测的完整解决方案，帮助工程师:

-      预测电磁信号

-      优化信号 (UEP， CRM)

-      利用载船数据或信号预测船舶涂层状况

-      模拟ICCP  控制系统

模拟舰船腐蚀防护和水下电磁信号: BEASY可应用于预测海船近海或远场水下电位和腐蚀相关的磁场信号。基于边界元技术的 BEASY 非常适于模拟半无限区域问题，  例如在一大片海域中的海船。只有船壳水线下需要离散成单元，大大降低模型构造和计算时间，而分析所获得的船舶周围的电位场结果即使在远离船舶的地方，  精度仍然极好。利用BEASY 支持的材料极化数据库定义船壳材料的非线性电化学行为，包括稳态或瞬态极化数据等。BEASY后处理功能能清晰显示整个系统包括水下区域的电位场，以及水面舰船在海面上的电位分布和磁场分布。

优化船舶 ICCP 系统性能和信号:对船舶的维护和适用性评估的重要内容使改进腐蚀损伤。涂料和船上外加电流阴极防护 (ICCP)  系统是降低电流对船舶损伤的重要手段。ICCP  系统是利用电化学腐蚀现象而设计的船壳防腐装置。将外电源加到船壳电流的阳极，通过周围海水流到需要保护的船壳。设计ICCP系统需要确保从阳极流出的电流能够保持船壳的电位低于一定值，以防止引起电化学反应。由于电磁信号关系到军船探测和鱼雷引爆，因此与直流电腐蚀或通过船体周围海水产生的阴极防护电流相关的静电信号(也叫水下电位)，在ICCP系统设计时就显得极为关键;由腐蚀相关的电流在电极与船壳间的海水中产生的腐蚀相关的磁场(CRM)，同样不可忽视。国防机构设计阴极防护系统时，不但要保护船舶结构完整性，而且也要控制 ICCP 系统在海水中产生的信号。 利用BESY 能够预测由于海水与船舶金属结构相互的电流干扰产生的电场，预测船舶防护级别和相关电场磁场信号，  自动优化阳极达到所要求的船舶特性，  如:

-      找到需要防护结构的最小阳极电流

-      找到需要在船壳形成均匀防护电位的阳极位置

-      找到需要最小化电信号的阳极电流

-      找到达到某个目标信号所需的阳极设计

例如在某护卫舰螺舷浆轴线附近安放七个阳极的 ICCP 系统，经过船舶阳极位置优化后， ICCP  系统达到约束条件，  表面电位的变化已经减少70%，确保舰船获得均匀的防护级。同时完成了最小电位的优化模拟，在海面以下 30 米放置一串点来模拟测量电场的传感器位置(船舶相对于声纳的运动由移动传感器模拟)。设计要求在这些传感器处的电场应达到最小或者达到某个设定目标值。

BEASY 对于舰船涂层状况的预测，是在已知:

-      阳极电流

-      参比电极电位

-      电位或电场的传感器测量值

-      阳极电流方向信息等数据后，获得预测表面涂层损伤分布。

3、油气系统与地下埋藏管线的腐蚀防护

-      预测腐蚀防护系统性能

-      模拟牺牲的或主动的系统

-      优化设计腐蚀防护系统

-      识别关键区域

-      校核腐蚀防护系统设计

-      降低试验费用

海洋平台结构牺牲阴极的防护分析:对暴露在恶劣海水环境中的海洋平台结构，表面涂层可以起到防腐蚀作用，但长期的防护措施一般采用阴极防护或外加强迫电极。利用 BESAY 的海洋平台结构腐蚀建模工具，非常方便模拟带牺牲电极防护的海洋平台管接头系统在各种运行条件下的腐蚀防护级。

大型阴极防护化学储罐附近钢结构的腐蚀防护干扰:存放大量的化学储罐地板外表面，需要设计CP系统确保各个CP系统间相互干扰减到最小。设计难点在于油罐地板有时没有涂层，因而需要大的CP电流才能完全保护钢板。电流通过埋在地下的钢地板， 也可能连到埋藏管线和其它钢地基恰好产生对CP的干扰。

利用BEASY先进的腐蚀防护和杂散电流腐蚀模拟技术，可建立包括地下， 油罐底和电极及地下水管的分析模型，包括每个储罐的接地电极，和位于储罐间的有涂层缺陷的远端地下管线。根据电流密度评估CP干扰大小，确定保护埋在地面的油罐而设立的牺牲性电极的最优深度，在设计阶段优化CP系统，将干扰减到最低。

预测管线杂散电流腐蚀防护系统:对表面涂层不充分或有缺陷的管线， 防护外部环境对管线腐蚀的措施通常由表面涂层结合阴极防护系统来完成。多个管线防护必须考虑电流和电位分布，诸如涂层质量变化和杂散电流干扰对阴极防护系统的影响。多个相邻金属结构间(例如管线，工业设备，或电动铁轨运输工具)复杂的杂散电流场的作用，不仅降低防腐能力，在有些区域甚至逆转防腐过程，  加速结构的腐蚀。

BEASY 帮助工程师:

-      建立大型管线详细模型

-      考察杂散电流和干扰腐蚀

-      预测改进/修复方案

-      优化 CP 系统设计

-      考察管线涂层损伤的影响