Устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии

Изобретение относится к оборудованию для систем защиты подземных и подводных трубопроводов от коррозии. Устройство содержит источник питания, соединенный кабелями с участком защищаемого трубопровода и анодным заземлителем, при этом оно содержит блок управления, соединенный через регулирующий блок с источником питания, выполненным в виде источника ЭДС, совмещен с частью защищаемого трубопровода и представляет собой два полукольца, оребренных продольными ребрами и снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, покрывающих часть защищаемого трубопровода, причем внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, состоящие из соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, при этом свободные концы секций каждого ребра с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами с регулирующим блоком, с противоположной стороны через коллекторы, токовыводы с одноименными противоположными зарядами и соединительный кабель с анодным заземлителем. Технический результат: повышение надежности и эффективности устройства. 8 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для систем защиты подземных и подводных трубопроводов от коррозии, а именно для получения электрической энергии для питания катодной станции за счет тепла перемещаемого газа или жидкости в трубопроводе.

Известно устройство для совместной защиты от коррозии подземных металлических объектов, содержащее источники питания, анодные заземления, блоки питания и электроды сравнения [Патент РФ №656374, МПК C23F 13/00, 2000].

Основным недостатком известного устройства является необходимость постоянного электроснабжения источников питания от электросети, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автономное устройство для катодной зашиты трубопроводов, содержащее источник питания (ЭДС), соединенный с анодным заземлением и защищаемым трубопроводом, причем источник ЭДС представляет собой движущий орган, который передает кинетическую энергию движущегося потока газа (жидкости) в трубопроводе на вал генератора через стабилизатор частоты в силовой блок, где преобразуется в необходимое для катодной защиты напряжение [Патент РФ №2425295, МПК C23F 13/00, 1995].

Основными недостатками известного устройства являются сложность его конструкции, которая включает в себя, как минимум, турбину и электрогенератор, и создаваемое турбиной дополнительное гидравлическое сопротивление в защищаемом трубопроводе, что снижает надежность и эффективность устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности устройства для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии.

Предлагаемое устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии содержит источник ЭДС с регулирующим блоком, совмещенные с участком защищаемого трубопровода и соединенные с ним анодным заземлителем и блоком управления соединительными кабелями, причем источник питания представляет собой два полукольца, оребренных продольными ребрами и снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, покрывающих часть защищаемого трубопровода, причем внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, при этом свободные концы теплоэлектрических секций каждого ребра с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами с регулирующим блоком, с противоположной - через коллекторы, токовыводы с одноименными противоположными зарядами и кабель с анодным заземлителем.

На фиг.1 представлены общий вид и разрез устройства для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, на фиг.2 - общий вид источника питания (ЭДС), на фиг.3-7 - разрезы источника питания, на фиг.8 - узел термоэмиссионного преобразователя.

Предлагаемое устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии содержит источник питания 1 с регулирующим блоком 2, совмещенные с участком защищаемого трубопровода 3 и соединенные с ним анодным заземлителем 4 и блоком управления 5 соединительными кабелями 6, 7, 8, соответственно, источник питания 1 представляет собой два полукольца 9 и 10, оребренных продольными ребрами 11 и снабженных продольными фланцами 12 с крепежными отверстиями 13, выполненными из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала 14, покрывающих участок 15 защищаемого трубопровода 3, причем внутри продольных ребер 11 по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций (ТЭС) 16, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 17. Каждый ТЭП 17 состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки ребер 11 и поверхности участка трубопровода 15 параллельно их поверхности, соответственно, при этом свободные концы ТЭС 16 каждого ребра 11 с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами 18 с регулирующим блоком 2, а с другой - через коллекторы 19, токовыводы с одноименными зарядами 20 и кабель 8 с анодным заземлителем 4.

Предлагаемое устройство для термоэлектрической защиты трубопроводов от коррозии, представленное на фиг.1-8, работает следующим образом.

Источник ЭДС 1 устанавливается в процессе монтажа на защищаемом участке трубопровода 3, для чего два полукольца 9 и 10, оребренных продольными ребрами 11 и снабженных продольными фланцами 12 с крепежными отверстиями 13, накладываются на участок 15 трубопровода 3 и крепятся к нему посредством стяжки через крепежные отверстия 13.

После заполнения трубопровода 3 и начала движения в нем потока газа (жидкости) с температурой tП, например, ниже, чем температура грунта (воды) tС, который соприкасается с наружной поверхностью источника ЭДС 1, выполненного из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала 14, в результате разности температур tП-tС происходит теплообмен между холодным газом (жидкостью), движущимся по трубе 4 и окружающим грунтом (водой), нагреваются и охлаждаются зоны нагрева и охлаждения, состоящие из слоя материала 14, внутри которого помещены спаянные двухслойные расплющенные концы ТЭП 17, выполненные из металлов М1 и М2, расположенные параллельно поверхности трубы 3 в зоне полуколец 9 и 10 и параллельно продольным ребрам 11 в их зоне. Конструкция двухслойных концов ТЭП 17 позволяет увеличить количество переходящего тепла за счет повышенной площади их контакта с зонами нагрева и охлаждения и высокой площади контакта слоев самих металлов М1 и М2, соединенных между собой (например, спайкой). Кроме того, процесс теплообмена от материала полуколец 9, 10 и ребер 11 к спаям металлов М1 и М2 ТЭП 17 интенсифицируется за счет передачи его теплопроводностью, скорость которой при высоком значении коэффициента теплопроводности значительно выше, чем скорость передачи тепла за счет конвекции [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: «Металлургия», 1973, с.195-198]. В результате теплообменных процессов создается разность температур между спаянными двухслойными расплющенными, плотно прижатыми друг к другу, соединенными между собой концами ТЭП 17, выполненными из металлов М1 и М2, расположенными в кромках ребер 11 и противоположными им спаянными концами этих же отрезков металлов М1 и М2, расположенных в полукольцах 9 и 10. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения вызывает эмиссию электронов во всех ТЭП 17 и, соответственно, возникновение в зигзагообразных рядах ТЭС 16 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с.502-506], которое через тоководы 18 и регулирующий блок 2 при требуемом напряжении и силе тока через соединительный кабель 6 по команде с блока управления 5 подается на защищаемый участок трубопровода 3.

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 18 источника питания (ЭДС) 1 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества ТЭП 17 в ТЭС 16 и их числа. При необходимости устанавливают несколько источников питания 1. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода газа (жидкости) и величины разности температур (tП-tС) регулируют путем команд с блока управления 5 в регулирующий блок 2, который отключает или включает ТЭС 16 в источнике питания 1.

Эффективность предлагаемого устройства можно подтвердить примером. При проведении экспериментальных исследований было установлено, что одна термоэлектрическая секция с теплообменной поверхностью размерами 170×120 мм и числом ТЭП n=180 шт. позволяет при средней разности температур между греющей и охлаждающей средами, равной 100°C, получить электрический ток с напряжением U=(1,2-1,5) В, силой тока I=(0,08-0,1) А и мощностью N=(0,2-0,22) Вт. При этом на получение электрической энергии расходовалось от 1 до 2-3% от общего количества тепла, переданного через теплообменную поверхность. В качестве металлов M1 и М2 для изготовления ТЭП использовали известную пару «хромель - копель» [Ежов B.C., Семичева Н.Е. /Использование низкопотенциальной тепловой энергии для электроснабжения зданий/. Известия Юго-Западного государственного университета. - Курск, №1, 2012. - С. 56-62; Ежов B.C., Семичева Н.Е. Косинов А.В., Лысенко И.В., Пивоваров А.С. /Комплексное использование солнечной энергии и термоэлектрического эффекта для электроснабжения здания/. Вестник центрального регионального отделения. Российская академия архитектуры и строительных наук. - Курск-Воронеж, вып. 12 - 2013. С. 150-156].

Выходные энергетические параметры станций катодной защиты (СКЗ), выпускаемых в России, следующие: номинальное выходное напряжение - 50 В; номинальная выходная сила тока - 60 А; номинальная выходная мощность - 3000 Вт [Семенов А.Г., Сыса Л.П. /Что такое электрохимическая защита и как выбрать катодную станцию/ Новости теплоснабжения, №10 (50), 2004].

Расчет, с использованием вышеприведенных экспериментальных данных, показывает, что для получения напряжения U=50 В требуется секция с числом ТЭП n=9000 шт., которая обеспечит силу тока, равную 4 А, а для получения силы тока 60 А и мощности N=3000 Вт потребуется 15 секций с общим числом ТЭП nобщ=135000 шт. Требуемая теплообменная поверхность источника питания для СКЗ будет равна 15 м2, и его длина зависит от диаметра трубопровода. Так, например, для трубопровода диаметром 500 мм длина источника питания будет равна 8,6 м.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автономное энергоснабжение станции катодной защиты с требуемыми выходными параметрами, позволяет упростить конструкцию источника питания, регулировать параметры тока в зависимости от расхода и температуры перекачиваемого газа или жидкости, что, в конечном итоге, обеспечивает надежность и эффективность защиты трубопроводов от коррозии.

Устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, содержащее источник питания, соединенный кабелями с участком защищаемого трубопровода и анодным заземлителем, отличающееся тем, что оно содержит блок управления параметрами термоэлектрической защиты, соединенный с источником питания через регулирующий блок, выполненный с возможностью включения и отключения источника питания, который выполнен в виде источника ЭДС, совмещен с частью защищаемого трубопровода и представляет собой два полукольца, оребренных продольными ребрами и снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, покрывающих часть защищаемого трубопровода, причем внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, при этом свободные концы теплоэлектрических секций каждого ребра с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами с регулирующим блоком, а с противоположной стороны через коллекторы, токовыводы с одноименными противоположными зарядами и соединительный кабель - с анодным заземлителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных, подводных и наземных металлических сооружений от коррозии, в частности нефтегазовых стальных трубопроводов.

Изобретение относится к защите подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии и может быть использовано для восстановления глубинных анодных заземлителей ГАЗ.

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтегазовой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.
Изобретение относится к области защиты металлоизделий от атмосферной коррозии при хранении их на открытых площадках, в неотапливаемом помещении, а также в штабелях в процессе длительного хранения в условиях создания запаса госрезерва в жестких и особо жестких условиях тропического, субтропического и морского климата, связанных с повышенными температурами, высокой относительной влажностью и возможным подкислением поверхностной пленки влаги за счет выпадения кислотных дождей, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, в сельскохозяйственном производстве и на предприятиях госрезерва.

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты нефтепромысловго оборудования, в частности погружного насоса. .

Изобретение относится к способам защиты от коррозии морских объектов техники широкого назначения. .

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к технологии изготовления нерастворимого титанового анода для электрохимических процессов, и может быть использовано для изготовления анодных заземлителей цилиндрической формы.

Изобретение относится к изготовлению коррозионно-стойких электродов, применяемых для выделения металлов из промышленных растворов методом электроэкстракции, при нанесении гальванических покрытий драгоценными и цветными металлами, электрохимическом производстве хлора и кислорода, при электрохимической катодной защите от коррозии металлических конструкций, а также и в других различных областях промышленности.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано для защиты от электрохимической коррозии подземных сооружений и трубопроводов.

Изобретение относится к использованию системы катодной защиты с внешним током для снабжения энергией одного или нескольких электрических устройств. .

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и мониторингу, в частности к измерению величин потенциалов, скорости коррозии и температуры при защите от коррозии наружных поверхностей сооружений и оборудования, и может быть использовано в самых различных отраслях промышленности, в строительстве, коммунальном и сельском хозяйствах. Комплексный контрольно-измерительный пункт коррозионного мониторинга подземного сооружения выполнен в виде трубы с опорами, кольцом и сеткой, в верхней части которой установлен щиток с клеммами, соединенный внутри трубы медными изолированными измерительными проводами со стационарным электродом сравнения, вспомогательным электродом и индикаторными пластинами, с датчиками коррозии, температуры и выделения водорода, с образцами-свидетелями, установленными в нижней части упомянутой трубы, снабженной болтом для подключения к защищаемому сооружению или к протектору и крышкой, закрепленной с помощью болтов крепления и гаек. Техническим результатом изобретения является повышение качества определения величин потенциалов, скорости коррозии, температуры и выделения водорода на наружных поверхностях сооружений и оборудования и повышение производительности труда персонала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано для защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции из близких по физико-химическим свойствам и толщинам заготовок. Последовательно измеряют максимальные значения термоэлектродвижущих сил (ТДС), создаваемых в термопарах, образованных в контактах всех допустимых сочетаний заготовок металлоконструкции. Определяют оптимальное распределение заготовок из условия минимизирования значений ТДС и отсутствия превышения в контакте хотя бы одной пары заготовок предельно допустимых значений 5-8 мВ. Наносят с обратной стороны сварного шва вдоль его оси противокоррозионное покрытие в виде сплошного электропроводящего слоя из высокоэлектропроводного материала заданной ширины. В качестве средства для измерения ТДС в контакте заготовок используют клещи для двухсторонней точечной контактной сварки, обеспечивающие нагрев заготовок. Нижние электроды обоих клещей соединены гибкой перемычкой из термостойкого и высокоэлектропроводного материала. Зажимы типа «крокодил» закреплены на каждой из заготовок на заданном расстоянии от электродов клещей и соединены коммутирующими проводами с прибором для измерения ТДС. Изобретение обеспечивает повышение эффективности защиты от электрохимической коррозии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных трубопроводов. Способ включает выявление поврежденной секции протяженного анодного заземлителя (ПАТ), а затем нахождение места повреждения на секции, при этом к концу секции подключают низкочастотный генератор тока, работающий на частотах менее 100 Гц, с помощью измерителя и датчика индуктивности определяют положение ПАТ в грунте, поиск места обрыва производят при помощи измерения поперечного градиента потенциала поверхности земли между измерительными электродами, при этом первый электрод расположен над ПАТ, а второй электрод - на расстоянии не менее 7 м со стороны, противоположной защищаемому трубопроводу, перпендикулярно ходу движения, причем измерения проводят с шагом 1 м, при определении измерителем максимального сигнала устанавливают контрольный знак, далее генератор переключают на другой конец поврежденной секции ПАТ и проводят измерения в обратном направлении, а за место повреждения ПАТ принимают среднюю точку между двумя контрольными знаками, установленными в местах обнаружения максимальных значений измеренных сигналов. Технический результат: повышение точности локализации повреждений ПАТ, что приводит к снижению трудоемкости при ремонте повреждений. 1 ил.
Наверх