一、技术简介

本项目针对城市地铁、电网等多源杂散电流干扰下埋地燃气管道的严峻腐蚀挑战，开展了一项系统性研究。项目融合现场监测、实验室模拟、有限元仿真与预测，深入探究了复杂工况下杂散电流的分布规律及其对阴极保护系统有效性的影响。

研究团队以广州高压燃气管网为对象，进行了长期电位监测，获取了关键现场数据。通过自主研发的杂散电流模拟装置，在实验室高度还原了动态波动的杂散电流环境。同时，利用ANSYS软件建立了轨道-土壤-管道多物理场耦合模型，系统分析了交叉角度、土壤介质等关键参数的影响。最终，创新性地构建了基于主成分分析与极端学习机（PCA-ELM）的杂散电流高精度预测模型，其预测确定系数R²高达0.976，平均绝对百分比误差（MAPE）低至2.50%，显著优于传统预测方法。

二、技术亮点及创新性

1. 高度仿真的动态杂散电流模拟装置

传统研究多采用恒定电流模拟，难以反映实际工况中杂散电流的动态波动特性。本项目研发的实用新型专利装置，采用模块化设计，能够精确输出±10A范围、多种波形的可调电流，精度达±0.5%，并集成多传感器系统，实现了对土壤环境、管道破损点等多因素耦合作用的高度仿真，为机理研究和模型验证提供了可靠平台。

2. 多物理场耦合的精细化仿真分析

项目突破了传统单一物理场分析的局限，应用ANSYS建立了电磁-电化学-结构多场耦合的精细化仿真模型。通过参数化分析，量化揭示了轨道电压、管轨间距、交叉角度、土壤介质等多个因素对管道保护电位的协同影响机制，为现场防护措施的精准设计与优化提供了坚实的理论依据和数据支撑。

3. 基于PCA-ELM的高精度智能预测模型

针对杂散电流预测的非线性、多变量难题，项目创新性地将主成分分析（PCA）与极端学习机（ELM）神经网络相结合。该模型有效降低了数据冗余，提升了处理复杂非线性关系的能力。经实测数据验证，PCA-ELM模型的预测精度（R²=0.976）和泛化性能均显著优于传统的多元回归及单一神经网络模型，为在役管道的腐蚀风险动态评估与预警提供了强有力的智能工具。

三、发展前景

本研究成果已应用于广州燃气集团的高压燃气管网，在管道规划、防腐维护、阴极保护系统优化等方面取得了显著成效。该技术体系为解决复杂城市地下空间中多源杂散电流干扰这一行业共性难题提供了很好的解决方案，具有较高的行业推广价值。其应用将提升城市燃气管网的安全运行水平，为城市能源“动脉”的长寿命、低成本维护提供强技术支撑，社会与经济效益显著。

四、联系方式

联系人：冯博洋 18938434183

邮箱：boyangfeng@qq.com

单位：广州燃气集团有限公司

广东省防腐蚀协会科学技术奖