Способ измерения переходного сопротивления трубопровода

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к измерению удельного электрического сопротивления защитного покрытия (переходного сопротивления) подземного металлического трубопровода с целью диагностики и проектирования средств антикоррозионной защиты. Техническим результатом изобретения является измерение переходного сопротивления в произвольно выбранной точке трубопроводной сети без вскрытия трубопровода, что снижает трудоемкость работ и повышает достоверность результатов обследования сети. Поставленная задача решается так, что в способе измерения переходного сопротивления трубопровода, заключающемся в том, что между трубопроводом и землей включают источник тока, фиксируют смещения потенциала труба-земля, земля-земля и ток, согласно изобретению устанавливают базовый измерительный электрод над осью трубопровода, периферийные электроды - по обе стороны от него, фиксируют значения смещения потенциала периферийных электродов, а также трубопровода относительно базового в решении задачи для поля в земле в плоскости поперечного сечения трубопровода определяют параметры эквипотенциальной поверхности и через полусумму значений смещения потенциала периферийных электродов вычисляют плотность тока трубопровода в данной точке и его переходное сопротивление. 1 ил., 2 табл.

Изобретение предназначено для измерения удельного электрического сопротивления единицы поверхности антикоррозионного защитного покрытия (переходного сопротивления) подземного металлического трубопровода или иного протяженного металлического сооружения и может быть использовано при диагностике физического состояния защитного покрытия в процессе его старения, при проектировании и реконструкции систем электрохимической защиты участков трубопроводной сети и пр.

Известен способ измерения переходного сопротивления методом ″ мокрого контакта″ , заключающийся в том, что между трубопроводом и землей в исследуемой точке по трассе трубопровода включают источник тока и фиксируют значение смещения потенциала труба-земля, вызванное заданным током источника [Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии / Руководящий документ РД 153-39.4-091-01. М.: Воениздат, 2002]. Перед измерением трубопровод в точке исследования освобождают от земли, накладывают непосредственно на защитное покрытие токовый электрод-бандаж с известной площадью поверхности, по величине плотности тока и смещению потенциала вычисляют переходное сопротивление в данной точке трассы трубопровода.

Несмотря на то, что этим методом удается определять локальное переходное сопротивление в заданной точке трубопроводной сети, требуется проведение земляных работ, что в городских условиях не всегда целесообразно.

Прототипом заявляемого изобретения является способ измерения переходного сопротивления трубопровода, заключающийся в том, что между трубопроводом и землей включают источник тока, на поверхности земли по трассе трубопровода на исследуемом участке устанавливают измерительные электроды, фиксируют смещение потенциала труба-земля, вызванное током источника в режиме включено-выключено, определяют ток, стекающий с исследуемого участка трубопровода [Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. и др. М.: Недра, 1981. с 242-243].

Основной недостаток прототипа заключается в том, что он пригоден лишь при определении среднего по длине переходного сопротивления протяженных участков и не позволяет фиксировать локальное значение переходного сопротивления в произвольно выбранной точке трассы трубопровода. К тому же плотность тока трубопровода определяют по разности продольных токов в начале и конце исследуемого участка, что технически трудно осуществимо из-за отсутствия доступа к телу трубы на произвольно выбранном участке сети.

Задача изобретения заключается в устранении указанных недостатков, т.е. измерении переходного сопротивления без вскрытия трубопровода и в произвольно выбранной точке трубопроводной сети, что снижает трудоемкость работ и повышает достоверность результатов обследования сети.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения переходного сопротивления трубопровода, заключающемся в том, что между трубопроводом и землей включают источник тока, на поверхности земли в исследуемой точке по трассе трубопровода устанавливают измерительные электроды, фиксируют значения смещения потенциала труба-земля и земля-земля, вызванные током источника, определяют плотность тока, стекающего с трубопровода, согласно изобретению устанавливают базовый измерительный электрод над осью трубопровода, периферийные электроды - по обе стороны от трубопровода на равном расстоянии от него, фиксируют значения смещения потенциала периферийных электродов, а также ближайшей доступной точки трубопровода, относительно базового, решением задачи для поля в земле в плоскости поперечного сечения линейного источника тока, совпадающего с осью трубопровода, определяют параметры эквипотенциальной линии, проходящей через точки земли с периферийными электродами, определяют площадь эквипотенциальной поверхности как площадь боковой поверхности криволинейного цилиндра единичной длины, направляющая которой есть эквипотенциальная линия, вычисляют, с целью исключения поля помех, градиент потенциала как полусумму значений смещения потенциала периферийных электродов, через градиент потенциала вычисляют интегральный ток через эквипотенциальную поверхность, по диаметру трубопровода вычисляют плотность тока и с использованием значения смещения потенциала труба-земля - переходное сопротивление.

Предлагаемые отличия сообщают заявляемому способу новый технический эффект - измерение переходного сопротивления без вскрытия трубопровода, причем в заданной точке трубопроводной сети с исключением поля помех.

Способ измерения согласно изобретению осуществляют следующим образом. Между трубопроводом и землей включают источник тока в режиме включено-выключено, что вызывает смещение потенциалов в земле и на трубопроводе. На поверхности земли по трассе трубопровода в исследуемой точке устанавливают измерительные электроды: базовый - над осью трубопровода, периферийные - по обе стороны от трубопровода на равном расстоянии от него, фиксируют значения смещения потенциала периферийных электродов, а также ближайшей доступной точки трубопровода, относительно базового электрода. Предварительным решением задачи для поля тока в земле в плоскости поперечного сечения линейного источника тока, совпадающего с осью трубопровода, определяют параметры эквипотенциальной линии, проходящей через точки земли с периферийными электродами. Определяют площадь эквипотенциальной поверхности как площадь боковой поверхности криволинейного цилиндра единичной длины, направляющая которой есть эквипотенциальная линия. С целью исключения поля токов помех определяют полусумму значений смещения потенциала периферийных электродов. Через градиент потенциала в земле вычисляют интегральный ток, протекающий через эквипотенциальную поверхность, по диаметру трубопровода вычисляют плотность тока трубопровода и затем с использованием значения смещения потенциала труба-земля вычисляют переходное сопротивление.

На чертеже представлена измерительная схема для реализации изобретения.

Между трубопроводом 1 и заземлителем 2 включают источник тока 3. На поверхности земли над осью трубопровода устанавливают базовый измерительный электрод 4, а по обе стороны от трубопровода - периферийные измерительные электроды 5 и 6. Клемму 7 используют при измерении смещения потенциала труба-земля. Измерения потенциалов выполняют относительно электрода 4.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. С целью подтверждения теоретической обоснованности способа были известным методом вычислены значения смещения потенциалов трубопровода и земли в местах размещения измерительных электродов в соответствии со схемой чертежа для типичного трубопровода с катодной станцией как источником тока. Сравнивали значение переходного сопротивления трубопровода, рассчитанное способом согласно изобретению, с непосредственно заданным для расчета.

К трубопроводу диаметром d=0,1 м, глубиной заложения h=1,5 м подключали катодную станцию (источник тока) с током I=1 А. Ее анодный заземлитель был удален от трубопровода на 50 м, удельное электрическое сопротивление грунта принято равным ρ =20 Ом· м.

Заданное значение переходного сопротивления трубопровода R_пер=50 Ом· м².

Поле помех создается током анодного заземлителя. Для задания дополнительного поля помех параллельно исследуемому трубопроводу помещали другой трубопровод с собственной катодной станцией.

В исследуемой точке, ближайшей к анодному заземлителю, над трубопроводом устанавливали базовый и два периферийных электрода с интервалом Δ y=3 м и определяли расчетное смещение потенциала земля-земля Δ U_зем как полусумму

Δ U_зем=(Δ U_зем.1+Δ U_зем.2)/2,

где Δ U_зем.1, Δ U_зем.2 - смещение потенциала земли в точках, соответствующих периферийным электродам 1 и 2.

Конфигурацию и длину эквипотенциальной линии, проходящей через точку размещения периферийного электрода, определяли как искаженную полуокружность длиной L=π Δ yС с предварительно вычисленным поправочным коэффициентом С, который при Δ y/h=2 равен С=0,81. Площадь эквипотенциальной поверхности S - боковой поверхности криволинейного цилиндра единичной длины (Δ x=1 м) - численно совпадает с L, т.е. S=LΔ x.

Имея в виду закон Ома, выраженный через градиент потенциала в земле j_зем=-1/ρ Δ U_зем/Δ y, и определяя интегральный ток через поверхность S, с использованием диаметра d, находили плотность тока трубопровода j_mp=j_земS/(π dΔ x). Поскольку по определению переходное сопротивление есть _пер=Δ U_mp/j_mp, то

R_пер=Cρ dΔ U_mp/Δ U_зем,

где Δ U_mp - смещение потенциала труба-земля;

В результате расчета поля токов трубопровода получили:

Δ U_зем.1=5,648 мВ; Δ U_зем.2=13,382 мВ; Δ U_mp=289 мВ.

Переходное сопротивление, определенное предлагаемым способом и вычисленное по приведенной выше формуле, оказалось равным

R_пер=49,2 Ом· м²,

т.е. ″ измеренное(значение переходного сопротивления, практически совпадает с фактическим R_пер=50 Ом· м², что и подтверждает корректность способа измерения согласно изобретению.

Существенное различие между значениями смещения потенциала в земле по обе стороны трубопровода (Δ U_зем.1≠ Δ U_зем.2) указывает на существенное поле токов помех, которое, как показывает расчет, полностью исключается при вычислении.

Пример 2. С целью практической апробации изобретения был выполнен ряд натурных измерений R_пер на действующих городских газопроводах. В качестве критерия для сравнения были взяты результаты измерения R_пер, полученные методом ″ мокрого контакта" непосредственно на вскрытом газопроводе в шурфе.

В табл.1 представлены исходные данные и результаты измерения в трех произвольно выбранных пунктах газопроводной сети города.

Имея в виду фактические и допустимые в практике антикоррозионной защиты погрешности измерения, а также известную некорректность метода ″ мокрого контакта″ , можно считать результаты измерения, полученные предлагаемым способом, вполне приемлемыми.

Формула изобретения

Способ измерения переходного сопротивления трубопровода, заключающийся в том, что между трубопроводом и землей включают источник тока, на поверхности земли в исследуемой точке по трассе трубопровода устанавливают измерительные электроды, фиксируют значения смещения потенциала труба-земля, вызванные током источника, определяют ток, стекающий с трубопровода, отличающийся тем, что устанавливают базовый измерительный электрод над осью трубопровода, периферийные электроды - по обе стороны от трубопровода на равном расстоянии от него, фиксируют значения смещения потенциала периферийных электродов, а также ближайшей доступной точки трубопровода, относительно базового, решением задачи для поля в земле в плоскости поперечного сечения линейного источника тока, совпадающего с осью трубопровода, определяют параметры эквипотенциальной линии, проходящей через точки земли с периферийными электродами, определяют площадь эквипотенциальной поверхности как площадь боковой поверхности криволинейного цилиндра единичной длины, направляющая которой есть эквипотенциальная линия, вычисляют градиент потенциала как полусумму значений смещения потенциала периферийных электродов, через градиент потенциала вычисляют интегральный ток через эквипотенциальную поверхность, по диаметру трубопровода вычисляют плотность тока и с использованием значения смещения потенциала труба-земля - переходное сопротивление.

РИСУНКИРисунок 1