油罐底板点蚀深度的数值模拟预测研究

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油罐底板由于罐底沉积水和其它的原因,不可避免的会产生点腐蚀。而点蚀是危害最为严重的腐蚀形式之一。一旦罐底板发生腐蚀穿孔事故,后果将十分严重。因此对油罐底板的点蚀进行数值模拟,研究蚀坑深度的发展变化规律具有重要的意义。本文分析了罐底板腐蚀的影响因素及发生点蚀的原因,研究阐述了金属材料的点蚀机理,尤其是碳钢的点蚀机理,综合比较了国内外在金属材料点蚀方面用到的一些研究方法,从实验研究和数值模拟两方面进行了详细阐述。最终本文选择了在模拟复杂物理现象方面具有独特优势的元胞自动机技术(CA)对罐底板的点蚀坑进行了数值模拟,得到了其相对应的发展变化规律。为了对比和分析所建立CA点蚀模型的准确性和有效性,针对罐底中幅板常用的A3钢设计了点蚀实验,并利用Carl Zeiss公司的Axio Imager正置显微镜对点蚀形貌进行了观察测量和拍摄。通过分析A3钢点蚀坑的腐蚀形貌图,并和利用CA技术模拟得到的罐底板点蚀形貌瞬态图进行了对比,发现模拟得到的点蚀形貌已经很接近实际的蚀坑腐蚀形貌,说明了CA技术在模拟点蚀坑的发展变化方面具有相当的可行性和有效性。最终模拟结果表明,在微观角度,相对冯诺依曼型邻居,采用穆尔型邻居的CA模型得到的点蚀孔口直径较大,同时间内采用穆尔型邻居的CA模型模拟得到的点蚀孔口发展较快。但当从宏观上观察点蚀孔口时,发现在相同时间内,采用穆尔型邻居的CA模型得到的点蚀孔口直径同采用冯诺依曼型邻居的CA模型模拟得到的点蚀孔口直径几乎相同,相差并不大。但因为采用穆尔型邻居的CA模型能更全面的反应点蚀事实,在后面对罐底点蚀坑进行CA模拟的过程中,没有采用冯诺依曼型邻居,而只采用穆尔型邻居进行CA模拟。通过模拟发现随着时间步长的增加,蚀坑深度不断加深,蚀孔口开口直径不断变大,表面的腐蚀损伤面积不断扩大,金属表面的腐蚀损伤情况越加严重;钝化率Ppas和溶解率Pdis越大,蚀坑越来越深,坑体半径越来越大,蚀孔口开口直径也越来越大,腐蚀损伤情况加深;并且钝化率Ppas越大,蚀坑的开口越大,即可见尺寸越大。即通过CA模拟得到了罐底板点蚀深度的变化规律。
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