Устройство для защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее протяженный протектор и узлы соединения с трубопроводом, отличающееся тем, что, с целью упрощения технологии монтажа устройства, узлы соединения протектора с трубопроводом выполнены в виде закрепленного на протекторе корпуса с выпуклой опорной поверхностью и смещенным в сторону протектора центром тяжести, причем внутри корпуса установлен подпружиненный контактный элемент.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем перемещения контактного элемента, выполненным из легкоразрушающегося в рабочей среде материала, например, магния.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел соединения выполнен в виде рычага, установленного с возможностью поворота на хомутах, закрепленных на протекторе.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, узлы соединения с трубопроводом размещены по длине протектора с шагом L, определяемым из соотношения где L - шаг; r - среднее за срок службы продольное электросопротивление протектора (Ом/м); R - переходное электросопротивление между протектором и трубопроводом (Ом/м); R_h - поляризационное сопротивление между протектором трубопроводом.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, с целью снижения непроизводительных потерь материала протектора, оно снабжено изолятором для отделения контактного элемента, от протектора, а между протектором и контактным элементом установлено сопротивление, определяемое по формуле: где Δϕ_o - начальная разность электродных потенциалов протектора и трубопровода (В);
d_t - внутренний диаметр трубопровода (м);
j - средняя защитная плотность тока на трубопроводе (А/м²);
K = 1 для концевых узлов;
K = 2 для промежуточных узлов. Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, в частности к устройствам для защиты металлов гальваническими протекторами, и может найти применение во многих отраслях народного хозяйства. Известно устройство для протекторной защиты трубопроводов, содержащее ряд протекторов, размещенных на гибкой связи внутри трубопровода, и систему подключения к трубе. Недостатком этого устройства является сложность установки такой системы для защиты внутренней поверхности трубопроводов, находящихся в эксплуатации, так как доступ к внутренней поверхности протяженных трубопроводов затруднен. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов, содержащее протяженный протектор и узлы соединения с трубопроводом. Недостатком этого устройства является сложность монтажа в случае защиты внутренней поверхности трубопроводов, когда протяженный протектор размещают внутри трубопровода, так как для получения электрического контакта протектора с трубопроводом на нем, предварительно вскрыв трубопровод, с некоторым шагом необходимо выполнить люки, которые после соединения протектора с трубой должны быть герметично закрыты. Этот недостаток в наибольшей степени проявляется при защите трубопроводов, проложенных в труднопроходимых местах. Цель изобретения упрощение технологии монтажа устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов, содержащем протяженный протектор и узлы соединения с трубопроводом, согласно изобретению, узлы соединения протектора с трубопроводом выполнены в виде закрепленного на протекторе корпуса с выпуклой опорной поверхностью и смещенным в сторону протектора центром тяжести, причем внутри корпуса установлен подпружиненный контактный элемент. Устройство снабжено ограничителем перемещения контактного элемента, выполненным из легкоразрушающегося в рабочей среде материала, например, магния. Узел соединения выполнен в виде рычага, установленного с возможностью поворота на хомутах, закрепленных на протекторе. С целью повышения эффективности защиты, узлы соединения с трубопроводом размещены по длине протектора с шагом L определяемым из соотношения
L (0,6÷1,2)· , где α
L шаг;
r среднее за срок службы продольное электросопротивление протектора (Ом/м);
R переходное электросопротивление между протектором и трубопроводом (Ом/м);
R_n поляризационное сопротивление между протектором и трубопроводом. С целью снижения непроизводительных потерь материала протектора устройство снабжено изолятором для отделения контактного элемента от протектора, а между протектором и контактным элементом установлено сопротивление, определяемое по формуле
R_ш= где Δ ϕ_о начальная разность электродных потенциалов и трубопровода (В);
d_т внутренний диаметр трубопровода, (м);
j средняя защитная плотность тока на трубопроводе (А/м²);
К 1 для концевых узлов;
К 2 для промежуточных узлов. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вариант выполнения узла соединения. Устройство состоит из протяженного гибкого протектора 1 из алюминиевого сплава, размещенного внутри защищаемого трубопровода 2, транспортирующего агрессивную воду, и узла соединения, состоящего из массивного корпуса 3, имеющего две сопряженные круговые цилиндрические опорные поверхности, центр масс которого смещен к протектору 1. Остроконечный контакт 4 размещен в корпусе 3 и прижат к ограничителю 5 посредством пружины 6 и упорного болта 7. Кривизна нижней опорной поверхности корпуса 3 равна кривизне трубопровода 2, а кривизна верхней поверхности корпуса больше кривизны трубы. В транспортном положении контакт 4 заблокирован от взаимодействия с трубой ограничителем 5 (шайба толщиной 1-2 мм из магния). Узел соединения может быть выполнен в виде рычага 8 с острым наконечником, установленного на хомутах 9, закрепленных на протекторе 1. Рычаг подпружинен относительно протектора. Рычаг отделен от протектора с помощью изолятора 10 и соединен с ним через сопротивление 11. Устройство работает следующим образом. После размещения устройства (см. фиг. 1,2) внутри трубопровода, узлы соединения благодаря эксцентричному расположению протектора и центра масс корпуса узла относительно опорной поверхности займут свои устойчивые положения, при которых острые наконечники контактов максимально приближены к поверхности трубопровода. Под действием агрессивной среды магниевая шайба через 10-30 суток разрушится, что приведет к срабатыванию контакта 4 и появлению электрической связи между протектором и трубой. Вследствие этого между протектором и трубой начнет протекать электрический ток, обусловленный разностью электродных потенциалов стали и протекторного металла (алюминиевого сплава), который обеспечивает защиту трубопровода от коррозии. После размещения устройства (см. фиг. 3) внутри трубопровода протектор вытягивают в обратном направлении на 20-50 см. При этом острый наконечник контактного рычага 8, скользящий по поверхности трубопровода под небольшим усилием пружин, входит в зацепление с трубой, и контактный рычаг 8 занимает вертикальное положение, при котором обеспечивается точечный контакт между наконечником и трубой под максимальным давлением пружин. При этом между протектором и трубопроводом через сопротивление 11 потечет защитный электрический ток расчетной силы, обеспечивающей минимально необходимый уровень защищенности. Шунтирующее сопротивление может быть включено в цепь между анодом 1 и контактом 4 и в первом варианте устройства; для этого протектор 1 изолируют от корпуса 3 диэлектрической прокладкой. В обоих вариантах устройства узлы соединения закрепляют по длине протектора с шагом, определяемым расчетом из приведенного в формуле изобретения соотношения. Оба варианта имеют свои предпочтительные области применения: первый вариант целесообразно применять для защиты многоступенчатых по диаметру трубопроводов, второй вариант в случае защиты старых трубопроводов при наличии на нижней образующей их толстых и прочных осадков, препятствующих получению надежного контакта с трубой. Ввиду того, что устройство имеет контактные узлы, закрепленные непосредственно на самом аноде с трубопроводом в рабочем положении устройства, отпадает необходимость сооружения на трубопроводе специальных контактных люков, требующего больших затрат на монтаж и замену протекторного устройства. Особенно эти затраты велики в условиях заболоченных грунтов, например в Западной Сибири. Именно затраты до сих пор сдерживали промышленное применение протекторной защиты внутренней поверхности трубопроводов, подвергающихся интенсивной коррозии на нефтяных месторождениях. Размещение узлов соединения по длине протектора с предложенным шагом позволяет получить практически равномерное распределение защитной плотности тока по трубопроводу (неравномерность менее 10%), что повышает срок службы протектора, устраняет недозащиту отдаленных от узлов соединения участков трубопровода и в целом повышает эффективность защиты. Кроме того, соединение контактов узлов соединения с анодом через шунтирующее сопротивление предлагаемой величины позволяет поддерживать на поверхности трубопровода строго определенную защитную плотность тока. В противном случае при высокой электропроводности транспортируемой среды фактическая плотность тока на трубопроводе может многократно превосходить требуемую, что ведет к непроизводительному расходу материала анода и резкому снижению срока службы его. Например, в случае защиты стального трубопровода диаметром 0,3 м, транспортирующего сточную воду с удельным сопротивлением менее 0,1 Ом/м, применение шунтирующего сопротивления приводит к увеличению срока службы алюминиевого протектора диаметром 0,02 м более чем в 2 раза.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее протяженный протектор и узлы соединения с трубопроводом, отличающееся тем, что, с целью упрощения технологии монтажа устройства, узлы соединения протектора с трубопроводом выполнены в виде закрепленного на протекторе корпуса с выпуклой опорной поверхностью и смещенным в сторону протектора центром тяжести, причем внутри корпуса установлен подпружиненный контактный элемент. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем перемещения контактного элемента, выполненным из легкоразрушающегося в рабочей среде материала, например, магния. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел соединения выполнен в виде рычага, установленного с возможностью поворота на хомутах, закрепленных на протекторе. 4. Устройство по пп. 1 - 3 отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, узлы соединения с трубопроводом размещены по длине протектора с шагом L, определяемым из соотношения

где

L - шаг;
r - среднее за срок службы продольное электросопротивление протектора (Ом/м);
R - переходное электросопротивление между протектором и трубопроводом (Ом/м);
R_h - поляризационное сопротивление между протектором трубопроводом. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, с целью снижения непроизводительных потерь материала протектора, оно снабжено изолятором для отделения контактного элемента, от протектора, а между протектором и контактным элементом установлено сопротивление, определяемое по формуле:

где Δϕ_o - начальная разность электродных потенциалов протектора и трубопровода (В);
d_t - внутренний диаметр трубопровода (м);
j - средняя защитная плотность тока на трубопроводе (А/м²);
K = 1 для концевых узлов;
K = 2 для промежуточных узлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3