随着石油化工行业的飞速发展,油气输送管道的敷设距离越来越长,管道腐蚀防护工作越来越困难。对于长输埋地油气管道,传输距离较长且埋设环境复杂,易造成土壤腐蚀,严重时会导致腐蚀穿孔,造成油气泄露,威胁人类安全造成大量经济损失,所以要加大保护力度。对于长输管道目前常采用防护层与外加电流阴极保护结合的防护方式。对于外加电流阴极保护,需要设置合理的阳极位置,合适的阴极保护阳极位置可以减小管道的腐蚀速率,但是依据实际经验评估所有的阳极位置是一个耗时的过程。同时为了检测阴极保护效果我们需要实时监测管道沿线的电位分布情况,目前常采用人工巡检的方式来获取有效电位,需要花费大量的人力物力,且效果不佳。为了解决这些问题,本文在电化学腐蚀与防护原理的基础上,运用外加电流阴极保护技术,结合数值模拟技术,主要是边界元算法、启发式算法中的改进遗传算法和COMSOL 3D建模技术对本课题进行研究,具体研究内容如下:首先,利用边界元算法结合静电场理论、电化学理论、格林公式、径向积分法等,对油气管道阴极保护系统进行建模,得到管道的边界积分方程,然后根据管道轴向电位变化远小于横截面电位变化,利用线单元对管道进行离散,得到各点电位集合方程组。然后,研究了辅助阳极的阳极数量、埋设位置以及土壤电阻率对阴极保护效果的影响,结果为:管道周围的土壤环境,阳级的埋设位置及方式均会对管道表面的电位分布情况造成影响,所以在设计阴极保护系统时要考虑这些因素。其次,利用改进遗传算法对阳极埋设位置进行优化;根据优化结果结合已有的边界元模型和COMSOL Multiphysics仿真软件对埋地管道阴极保护系统进行三维建模,实现对埋地管道沿线电位分布的可视化,研究了不同的阳极数量,阳极埋设方式,以及杂散电流对管道沿线电位分布的影响,利用现场实测数据对比分析得到相同的结果,得出结论为:该改进遗传算法优化的阳极埋设位置可以对现场工程施工可以提供理论基础。最后,为了实现管道沿线电位的实时监控,发明了一种长输管道阴极保护分布式电位监测系统,实现了信息的长距离传输的实时监测以及主控制中心对各阴极保护站场的分布式控制,以达到更好的阴极保护效果。