Способ регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов

Изобретение относится к области защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для защиты трубопроводов, проложенных на территории компрессорных и насосных станций. Способ включает определение коэффициента влияния каждой станции катодной защиты (СКЗ) на потенциал в контрольных точках трубопроводов по формуле A_ji=ΔU_ji/I_j, где ΔU_ji - наложенный потенциал, B, при силе тока I_j, A, в j-й станции, измеренный в i-й точке контроля, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции при значении потенциала в контрольных точках, близком к критериальному значению, и установку оптимальных значений силы тока на выходе СКЗ, при этом выявляют наиболее нагруженную СКЗ по максимальной силе катодного тока на выходе станции, определяют периодическими измерениями в течение года максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе выявленной наиболее нагруженной СКЗ до регулирования параметров катодной защиты и текущее значение силы тока, измеренное на момент регулирования, и определяют критериальное значение потенциала по формуле:

где U_max и U_min - максимальный и минимальный по модулю защитные потенциалы, B; I_из, I_max, I_min - текущее, максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе наиболее нагруженной станции, A. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты подземных трубопроводов в условиях изменения электрических свойств грунта. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано при регулировании параметров катодной защиты участков подземных сложноразветвленных трубопроводов, в частности трубопроводов, проложенных на территории компрессорных и насосных станций.

Известен способ регулирования параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов, заключающийся в снятии кривой катодной поляризации и установлении требуемого потенциала катодной защиты, определяемого по изменению градиента логарифма тока по потенциалу (патент РФ №2327821, опубл. 27.06.2008 г.).

Недостатком способа является практическая сложность его реализации на сложноразветвленных трубопроводах в условиях, когда одна станция катодной защиты (СКЗ) поляризует одновременно несколько трубопроводов и каждая точка трубопровода поляризуется одновременно несколькими катодными станциями.

Известен способ регулирования оптимальных режимов работы станций катодной защиты трубопроводов промышленной площадки, заключающийся в отключении всех станций катодной защиты на промышленной площадке, назначении контрольных точек на трубопроводах, поочередном включении, пошаговом увеличении режимов работы и последующем отключении каждой из станций защиты, определении коэффициента влияния каждой станции на потенциал в каждой контрольной точке, составлении системы линейных уравнений зависимости потенциала в точке измерения от значений силы тока каждой из станций, расчете оптимальных значений силы тока каждой станции при условии, что значения потенциала в контрольных точках должны стремиться к критериальному значению, определяемому по действующим нормативным документам (Инструкция по оптимизации режимов установок катодной защиты промплощадок. Утв. Мингазпромом СССР 21.03.86. ВНИИГАЗ. 1986 г.).

Недостатком способа является низкая эффективность при изменяющемся электрическом сопротивлении грунта, например при его сезонном промерзании-оттаивании, при этом потенциал металла трубопроводов в ряде точек может не соответствовать диапазону значений, регламентируемому нормативными документами. Это требует периодического проведения повторных измерений, расчетов и последующего регулирования.

Задачей изобретения является создание способа регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов, позволяющего обеспечить катодную защиту в условиях изменения электрических свойств грунта. Достигаемый технический результат - повышение эффективности регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных трубопроводов и повышение эффективности катодной защиты трубопроводов в условиях изменения электрических свойств грунта. Указанный результат достигается тем, что в способе регулирования параметров работы станций катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов промышленной площадки, включающем определение коэффициента влияния каждой станции на потенциал в контрольных точках трубопроводов, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции, при условии, что значения потенциала в контрольных точках должны стремиться к критериальному значению, согласно изобретению по максимальной силе катодного тока выявляют наиболее нагруженную станцию катодной защиты промышленной площадки, периодическими измерениями в течение года определяют максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе наиболее нагруженной станции без регулирования режимов ее работы, расчет оптимальных значений силы тока на выходе станций катодной защиты выполняют с использованием критериального значения потенциала, определяемого по формуле:

где U_max и U_min - максимальный и минимальный (по модулю) потенциалы, определяемые нормативным документом, В;

I_из, I_max, I_min - текущее (измеренное на момент регулирования), максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе наиболее нагруженной станции, А.

Способ реализуют следующим образом.

Измеряют значения силы тока на выходе СКЗ сложноразветвленных подземных трубопроводов. По максимальной силе тока на выходе станции катодной защиты выбирают из числа действующих СКЗ наиболее нагруженную станцию. В течение года периодически измеряют силу тока на выходе наиболее нагруженной станции. Определяют максимальную и минимальную силу тока среди значений, которые были зафиксированы за год (I_max, I_min).

При регулировании режимов работы станций защиты измеряют значение силы тока на выходе наиболее нагруженной станции I_из.

По нормативным документам определяют максимальный и минимальный (по модулю) потенциалы (U_max и U_min), требуемые для обеспечения эффективной защиты металла трубопроводов от коррозии в данных условиях.

Рассчитывают критериальное значение потенциала по формуле:

На трубопроводах назначают контрольные точки для измерения потенциала. В число контрольных точек включают точки на трубопроводах, в которых по результатам предыдущих исследований наблюдались избыточные или недостаточные потенциалы «труба-земля».

Временно отключают все СКЗ трубопроводов на промышленной площадке.

Измеряют стационарный потенциал металла труб относительно грунта.

Поочередно включают одну из СКЗ, пошагово увеличивают силу тока на выходе СКЗ и на каждом шаге измеряют потенциалы труба-земля в контрольных точках.

Рассчитывают коэффициенты влияния СКЗ на потенциал труба-земля в точке измерения A_ji (j - номер СКЗ, i - номер точки контроля).

Коэффициент влияния численно равен тангенсу угла наклона прямой аппроксимирующей зависимости «сила тока - потенциал труба-земля». Для практических целей можно выполнить расчет по формуле:

где ΔU_ji- наложенный потенциал при силе тока I_j в j-й станции, измеренный в i-й точке контроля.

Аналогичным образом определяют коэффициенты влияния всех СКЗ на потенциал в точках контроля.

Составляют систему линейных уравнений вида

где U_i - потенциал труба-земля в i-й контрольной точке трубопроводов, i=1;2;…k;

I_j - ток j-й СКЗ, j=1; 2; …n.

U_cmi - стационарный потенциал в i-й точке трубопровода.

Методом итераций устанавливают значения силы тока I_j, удовлетворяющие условию: U_i=U_крит±100 мВ. Если подобрать значения силы тока I_j, соответствующие этому условию, не удается, назначают мероприятия по ремонту анодных заземлений и/или изоляционного покрытия трубопроводов. После проведения ремонта проводят повторный подбор оптимальных значений I_j.

Устанавливают рассчитанные значения силы тока I_j на выходе СКЗ. В контрольных точках проверяют соответствие измеренных значений потенциала «труба-земля» регламентируемым значениям.

Пример

При электрометрических измерениях эффективности катодной защиты подземных технологических трубопроводов газа компрессорного цеха №1 компрессорной станции №3 установлено, что измерения в точках 2, 3 и 8 потенциала «труба-земля» не соответствует действующим критериям защиты (от минус 3,5 В до минус 1,05 В согласно ГОСТ Р 51164-98 п.5.1) (табл.). Катодная поляризация трубопроводов на территории промышленной площадки компрессорного цеха осуществляется с помощью станций катодной защиты B1, B2 и В3. Необходимо произвести регулирование станций катодной защиты.

На момент проведения электрометрических измерений установлено, что наиболее нагруженная станция - В3, сила тока на выходе которой составляла 6,5 А. В течение последующего календарного года периодически, один раз в неделю, измеряют силу тока на выходе станции В3. Устанавливают, что максимальная сила тока I_max на выходе станции В3 в июне составляла 7,5 А, минимальная I_min в феврале - 4,5 А.

При регулировании режимов работы станций защиты измеряют текущее значение силы тока на выходе наиболее нагруженной станции I_из, которое составило 6,0 А.

Рассчитывают критериальное значение потенциала по формуле 1:

Таким образом, если установить значения потенциала «труба-земля» в контрольных точках, близкие к 2,3 В (по модулю), то при сезонных изменениях свойств грунта потенциалы «труба-земля» не выйдут за пределы, регламентируемые ГОСТ Р 51164-98 п.5.1.

Временно отключают СКЗ B1, B2 и В3. Деполяризуют трубопровод в течение двух суток.

Измеряют стационарный потенциал металла труб относительно грунта (таблица).

Поочередно включают одну СКЗ B1, пошагово увеличивают силу тока на выходе СКЗ на 0,5 А и на каждом шаге измеряют потенциалы «труба-земля» в контрольных точках. По формуле 2 рассчитывают коэффициенты влияния каждой СКЗ на потенциал «труба-земля» в точке измерения (таблица).

Составляют систему линейных уравнений 3 и подбирают такие значения силы тока СКЗ B1, B2 и В3, чтобы выполнялось условие U_i=U_крит±100 мВ, также стремятся выполнить условие $${\displaystyle \sum _{i=1}^k\left|U_i-U_{крит}\right|\to 0}$$ . Например, такая задача может быть решена в табличном редакторе Microsoft Excel, команда «Поиск решения».

Для значений, указанных в таблице, такая задача не имеет решения вследствие неэффективной работы СКЗ В2, что определяется по низкому коэффициенту влияния станции на все точки контроля. Т.к. анодное заземление СКЗ В2 имеет высокое сопротивление растеканию тока, принимают решение установить новое анодное заземление. Определяют коэффициент влияния СКЗ В2 с новым заземлением, составляют и решают новую систему уравнений 3. Устанавливают, что при значениях силы тока СКЗ В1 - 3,2 А, В2 - 4,6 А, В3 - 2,5 А значения в точках контроля удовлетворяют условию U_i=U_крит±100 мВ (таблица).

Устанавливают рассчитанные значения силы тока на выходе станций. В контрольных точках проверяют соответствие измеренных значений потенциала «труба-земля» регламентируемым значениям.

Способ регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов, включающий определение коэффициента влияния каждой станции катодной защиты (СКЗ) на потенциал в контрольных точках трубопроводов по формуле A_ji=ΔU_ji/I_j, где ΔU_ji - наложенный потенциал, B, при силе тока I_j, A, в j-й станции, измеренный в i-й точке контроля, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции при значении потенциала в контрольных точках, близком к критериальному значению, и установку оптимальных значений силы тока на выходе СКЗ, отличающийся тем, что выявляют наиболее нагруженную СКЗ по максимальной силе катодного тока на выходе станции, определяют периодическими измерениями в течение года максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе выявленной наиболее нагруженной СКЗ до регулирования параметров катодной защиты и текущее значение силы тока, измеренное на момент регулирования, и определяют критериальное значение потенциала по формуле:

где U_max и U_min - максимальный и минимальный по модулю защитные потенциалы, B;
I_из, I_max, I_min - текущее, максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе наиболее нагруженной станции, A.