Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде.



Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде.
Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде.
Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде.
Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде.

 


Владельцы патента RU 2609121:

Буслаев Александр Алексеевич (RU)

Изобретение относится к области защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений. Способ включает следующие операции: на защищаемом участке в электрическую цепь электрозащитной установки подключают дополнительные источники постоянного тока с точками дренирования на подземном сооружении с помощью кабеля от каждого дополнительного источника постоянного тока с созданием зон защиты от каждого дополнительного источника постоянного тока, определяют зону эффективной защиты по величине наведенного отрицательного потенциала от минус 0,90 В до минус 2,50 В от точки подключения дополнительного источника постоянного тока до точки на защищаемом сооружении, в которой продольное сопротивление сооружения будет равно переходному сопротивлению «сооружение-земля», а анодное заземление размещают в пределах любой защитной зоны. Технический результат: исключение на защищаемом подземном сооружении образования анодных зон, приводящих к коррозионным разрушениям. 4 табл., 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений трубопроводов и резервуаров из углеродистых и низколегированных сталей, силовых кабелей, кабелей связи и сигнализации в металлической оболочке, стальных конструкций необслуживаемых усилительных и регенерационных пунктов линий связи от наружной коррозии, вызываемой агрессивностью окружающей среды, биокоррозии и коррозии, вызываемой блуждающими постоянными токами, источником которых в городах служит электрифицированный транспорт, переменными токами промышленной частоты.

Автором проанализированы порядка 150 коррозионных разрушений произошедших в г. Нижний Новгород на защищаемых газопроводах, которые находились под действием катодной защиты. Измерения потенциалов в местах коррозионных повреждений, как правило, показывали наличие на газопроводе более отрицательных величин потенциалов по отношению к стационарному (естественному) потенциалу, а в 80% случаях коррозионные повреждения произошли при наличии защитных потенциалов на защищенном газопроводе. Здесь же необходимо отметить, что коррозия на защищаемых газопроводах протекала до момента обнаружения и вскрытия поврежденных участков газопровода. В течение наблюдаемого периода зафиксирована повторяемость коррозионных повреждений через 2-3 года на одних и тех же участках газопроводов. Выводы основаны на результатах анализа выявленных причин коррозионных разрушений и экспериментов. Коррозионные процессы протекают на определенных участках подземного металлического сооружения, находящегося под катодной защитой, т.е. при определенных режимах работы электрохимической системы защиты применяемая катодная защита способствует развитию коррозионных процессов.

Основными факторами, влияющими на коррозионную ситуацию, принято считать коррозионную и биокоррозионную агрессивность окружающей среды (грунта), блуждающие постоянные токи, источником которых в городах служит электрифицированный транспорт, переменные токи промышленной частоты. Воздействие каждого или их сочетание сокращает срок службы подземного сооружения и может привести к преждевременной перекладке морально не устаревших трубопроводов и кабелей. Проектный срок эксплуатации подземного газопровода в условиях применения противокоррозионной защиты 40 лет, на практике этот срок значительно короче. Ряд исследователей и данные публикаций Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору технологическому и атомному надзору свидетельствуют о наличии коррозионных разрушений подземных стальных трубопроводов, находящихся под катодной защитой. Подобные явления, например, описаны в диссертации: Песин А.С. «Влияние катодной защиты магистральных газопроводов на процесс развития коррозионных трещин под напряжением», 2005, г. Тюмень.

Известные в данной области технические решения, касающиеся способа защиты стальных подземных сооружений от электрохимической коррозии и методы контроля за эффективностью применяемой защиты воплощены в Межгосударственном стандарте ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные» (разработан ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, ГУП ВНИИ железнодорожного транспорта, ФГУП «ВНИИстандарт» (далее ГОСТ 9.602-2005), который введен в действие приказом Федерального агенства по техническому регулированию и метрологии от 25.10.2005 г. №262-ст.), в рабочей документации РД 153-39.4-091-01 «Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии» (утвержденный Министерством энергетики РФ 29.12.2001 г.). В настоящее время применение этих нормативных документов носит обязательный характер в связи с отнесением защищаемых объектов к опасным производственным объектам.

Известен способ защиты подземного сооружения путем применения изоляционного покрытия подземного трубопровода и путем катодной поляризации.

Применяемые конструкции изоляционного покрытия и требования к ним определены ГОСТ 9.602-2005 (табл. 6, 7). Изоляционное покрытие трубопровода применяется независимо от коррозионной агрессивности грунта, где располагается металлическое сооружение и необходимости применения катодной защиты. Применение определенного вида изоляционного покрытия для соответствующего сооружения способствует выполнению функций эффективной электрохимической защиты, а при не соблюдении требований к выбору конструкции изоляционного покрытия - как метод защиты от коррозии не эффективен.

Аналогичный по назначению и имеющий сходные приемы и операции с заявляемым способом - это способ катодной поляризации с применением внешнего источника тока.

Техническая сущность известного способа электрохимической защиты характеризуется следующими признаками, сходными с существенными признаками заявляемого способа:

- эффективность катодной поляризации (зона защиты) подземного сооружения определяется величиной наведенного отрицательного защитного потенциала;

- применение электрозащитной установки с одной точкой дренирования обеспечивает одну зону защиты;

- расположение анодного заземления на расстоянии от защищаемого сооружения в любом месте.

Детально технические характеристики катодной поляризации следующие.

В качестве электрозащитной установки (далее ЭЗУ) применяется катодный преобразователь, являющийся внешним источником постоянного тока, и служит для наведения электрохимического потенциала. Отрицательный полюс ЭЗУ посредством дренажного кабеля, через контактное устройство на трубопроводе соединяется с защищаемым трубопроводом, положительный полюс ЭЗУ посредством дренажного кабеля подключается к анодному заземлению.

В качестве анодного заземления обычно применяют заземлители, имеющие достаточную стойкость к электролитическому растворению, например, заземлители из углеграфита, железокремния, чугуна. Анодное заземление предназначено для обеспечения сооружения катодным током. Расположение и конфигурация анодного заземления существенно влияют на распределение разности потенциалов «труба-земля» вдоль трубопровода, а следовательно, и на параметры электрозащитной установки: мощность и силу тока. Нормативным документам (СП 42-102-2004 «Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб») рекомендовано размещать анодное заземление как можно дальше от защищаемого сооружения. Причиной удаления анодного заземления является стремление получить возможно большую длину защитной зоны. Для обеспечения эффективности катодной защиты рекомендовано выбирать участки для размещения анодного заземления, на которых между защищаемыми трубопроводами и анодным заземлением отсутствуют прокладки других подземных металлических сооружений, однако в условиях сложной системы городских коммуникаций и сгущенности зданий, анодное заземление располагают по возможностям ситуационного плана.

Для получения одной зоны защиты на защищаемое сооружение подключается одна ЭЗУ. Точка дренирования ЭЗУ (место подключения ЭЗУ дренажным кабелем к защищаемому сооружению через контактное устройство), как правило, определяется при проектировании электрохимической защиты и располагается в середине длины проектной зоны защиты. При проведении пусконаладочных работ системы электрохимической защиты во многих случаях и особенно в городских условиях с развитой системой подземных стальных газопроводов, определяется истинная точка дренирования (т.е. точка, в которой определяется максимальная величина защитного потенциала). Как правило, истинная точка дренирования на защищаемом сооружении находится на ближайшем расстоянии от анодного заземления.

Эффективность электрохимической защиты определяют путем измерения разности потенциалов. Катодная поляризация обеспечивает защиту подземного сооружения при условии, если величина защитного потенциала металла (для стали) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения находится между минимальным от минус 0,90 В и максимальным до минус 2,5 В значениями. Эффективность защищенности подземного сооружения фактически определяют после пусконаладочных работ систем защиты и оценивают по длине зоны защиты относительно выходных параметров электрохимической системы защиты, а именно величина тока, напряжение, защитный потенциал на защищаемом сооружении.

Реальные условия, то есть наличие дефектов изоляционного покрытия, наличие блуждающих токов и электрических связей с другими подземными сооружениями при отсутствии изолирующих фланцевых соединений способствуют снижению эффективности катодной защиты. Существующая система катодной поляризации стальных подземных сооружений и методы контроля по величине защитного электрохимического потенциала при определенных условиях не позволяет получить эффективный технический результат, а именно защиту стальных подземных сооружений от коррозии, который будет получен при использовании заявленного способа.

Недостатком известного способа электрохимической защиты и метода контроля за ее эффективностью является то, что при наличии на подземном сооружении защитного потенциала, то есть в пределах установленной зоны защиты, на определенных участках сооружения возникает сдвиг отрицательного потенциала в анодную зону, что приводит к развитию коррозионного процесса. Этот недостаток обусловлен тем, что при определении на защищаемом сооружении одной зоны защиты от одной ЭЗУ по величине защитного потенциала не учитывается зависимость распределения катодного тока от точки дренирования ЭЗУ от соотношения величин продольного и переходного сопротивления сооружения, а также без учета расположения анодного заземления и мощности электрического поля анодного заземления относительно зоны защиты на защищаемом сооружении.

На фиг. 1. представлен график распределения разности потенциалов труба-земля» вдоль подземного сооружения при катодной поляризации и размещением анодного заземления за пределами участка, где величина продольного сопротивления равна величине переходного сопротивления сооружения.

Возможность возникновения анодных зон внутри зоны защиты на защищаемом сооружении относительно соотношения продольного и переходного сопротивления сооружения, расположения и мощности анодного заземления подтверждается экспериментами №1, 2, 3. Данные эксперименты поставлены с учетом вышеуказанных характеристик и показывают что в существующей зоне защиты на подземном стальном сооружении на электроде №2 возникают анодные зоны. Схема экспериментальной базовой системы «защищаемый газопровод-система катодной защиты» представлена на фиг. 2.

Для доказательства достоверности указанных причин возможного возникновения анодных зон в зоне защиты на существующих моделях систем электрохимической защиты, установленной на газопроводах в г. Нижний Новгород, включающих электрозащитную установку, анодное заземление, дренажные кабели, контактное устройство на газопроводе, проведены экспериментальные работы. Применяемые в эксперименте вспомогательные электроды (Э1, Э2, Э3), моделирующие экспериментальный участок подземного газопровода, использовались в целях контроля за коррозионным процессом. Соединенные вспомогательные электроды и существующие участки газопровода посредством дренажного кабеля позволили рассматривать смоделированную систему как единый газопровод. Для моделирования изменения продольного сопротивления использовалось нагрузочное сопротивление. Для регулировки продольного сопротивления использовался набор сопротивлений от 0 до 100 Ом, для изменения переходного сопротивления применялись электроды разной площади, для измерения катодного тока на вспомогательных электродах от существующей электрозащитной установки в цепь базовой экспериментальной системы включены амперметры.

В качестве оценки опасности коррозионного процесса применялся принцип наличия изменяющего по знаку и значению смещения потенциала подземного сооружения по отношению к его стационарному потенциалу (знакопеременная зона) или наличие только положительного смещения потенциала, как правило, изменяющего по значению (анодная зона).

Технические средства для измерения потенциалов и обработка данных суммарных потенциалов на вспомогательных электродах относительно анодных и катодных показателей осуществлялась согласно Межгосударственному стандарту ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения».

ЭКСПЕРИМЕНТ №1

Цель эксперимента:

- выявление анодных зон на защищаемом сооружении, находящемся под действием электрического поля анодного заземления, изменяющегося по мощности, и с учетом места расположения анодного заземления относительно соотношения продольного и переходного сопротивления сооружения;

- выявление величины и скорости коррозионного процесса при измерении выходных параметров работы электрозащитной установки и анодного заземления.

Условия: система замкнута, ЭЗУ включена, нагрузочное сопротивление (R нагр.) постоянно, площадь вспомогательных участков трубопровода неизменна, выходные параметры анодного заземления изменяются.

Результаты измерений представлены в таблице №1.

Таблица 1
Выходные параметры анодного заземления ЭЗУ I (A) Значение тока (мА) Значение потенциала (В) Δi
I1 I2 I3 Г1 Э1 Э2 Э3 (mA)
1-я экспериментальная моделированная система
I=0(А) 5,8 3,7 2,5 -0,74 -0,70 -0,65 -0,64 +2,1
I=10(A) 53,0 56,0 58,0 -0,88 -0,84 -0,35 -2,30 -2,0
I=20 (А) 101,0 100,0 105,0 -0,96 -0,92 -0,25 -3,70 -5,0
2-я экспериментальная моделированная система
I=0(А) 28,0 24,0 13,0 -0,78 -0,68 -0,68 -0,67 +11
I=10(A) 46,0 38,0 49,0 -0,95 -0,85 -0,10 -2,50 -11
I=20(А) 64,0 51,0 65,0 -1,10 -1,00 +0,20 -4,50 -14

Результаты, представленные в таблице, показывают, что при увеличении мощности электрического поля анодного заземления зафиксировано положительное смещение потенциала на электроде Э2 и увеличение тока Δi, это означает, что при отключенной мощности электрического поля анодного заземления в экспериментальной цепи на втором электроде отсутствует показатель анодного процесса (анодный потенциал).

Таким образом, в рассматриваемой системе выявлены факторы коррозионного процесса.

ЭКСПЕРИМЕНТ №2

Цель эксперимента:

- определение соотношения продольного сопротивления газопровода к переходному сопротивлению;

- выявление закономерности изменения потенциала на вспомогательном участке газопровода в катодную или анодную зону по отношению к стационарному потенциалу.

Условия: система замкнута, ЭЗУ включена, величина продольного сопротивления (Rнагр.) изменяется, переходное сопротивление вспомогательных участков газопровода оставалось постоянным. Результаты измерений представлены в таблице №2.

Таблица 2
Величина продольного сопротивления (Ом) Значение тока (мА) Значение потенциала (В) Δi
11 12 13 ϕ стацио-нарный Г1 Э1 Э2 ЭЗ (mA)
1-я экспериментальная моделированная система
1,0 Ом 98 90 76 -0,65 -1,05 -0,87 -0,80 -2,70 +14
20,0 Ом 76 69 69 -1,50 -0,91 -0,67 -2,50 0
50,0 Ом 47 29 49 -1,50 -0,95 -0,47 -2,40 -20
2-я экспериментальная моделированная система
1,0 Ом 91 79 71 -0,65 -1,53 -1,31 -1,15 -3,10 +8
11,0 Ом 81 71 71 -1,54 -1,32 -0,65 -2,40 0
25,0 Ом 51 42 54 -1,53 -1,31 -0,42 -2,20 -8
50,0 Ом 44 28 49 -1,55 -1,38 -0,21 -2,18 -21

Результаты измерений, представленные в табл. №2 показывают, что величина потенциала на втором вспомогательном участке газопровода полностью зависит от соотношения продольного и переходного сопротивления газопровода. С увеличением значения продольного сопротивления в экспериментальной системе величина потенциала на втором вспомогательном участке газопровода (Э2) переходит из области отрицательных значений в область положительных значений относительно стационарного потенциала.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при изменении нагрузочного сопротивления (Rнагр.) на вспомогательном участке газопровода наступает критическое значение нагрузочного сопротивления, при котором потенциал на втором участке вспомогательного газопровода переходит в область положительных значений относительно стационарного потенциала, что является показателем анодного процесса на втором вспомогательном участке газопровода.

Величина тока между первым и вторым, вторым и третьим вспомогательными участками газопровода также изменяется при изменении соотношения продольного сопротивления к переходному сопротивлению (Rнагр). При увеличении продольного сопротивления газопровода увеличивается разность между токами на втором и третьем вспомогательных участках газопровода в рассматриваемой системе. Это является показателем того, что второй участок вспомогательного газопровода является анодом по отношению к третьему вспомогательному участку газопровода.

Из вышесказанного следует, что между вторым и третьим вспомогательными участками газопровода образовалась гальваническая пара, поэтому величина отрицательного потенциала довольно высока на третьем вспомогательном участке, который находился в непосредственной близости от анодного заземления. Это является показателем происходящего коррозионного процесса на участке между вторым и третьем вспомогательными участками газопровода.

ЭКСПЕРИМЕНТ №3

Цель эксперимента:

- уточнение зависимости переходного сопротивления газопровода к продольному сопротивлению газопровода.

Условия: система замкнута, ЭЗУ включена, нагрузочное сопротивление (Rнагр.) постоянно, переходное сопротивление вспомогательных участков газопровода изменялось путем изменения площади вспомогательных участков газопровода.

Для определения зависимости переходного сопротивления к продольному сопротивлению использовалась экспериментальная базовая система вспомогательных участков газопровода, представленная на фиг. 2, в которой использовались электроды различной площади.

Результаты измерений представлены в таблице №3

Таблица 3
Площадь вспомогательных электродов Э1, Э2, Э3 (8 м кв). Значение тока (мА) Значение потенциала (В) Δ i
I1 I2 I3 ϕ стациоинарный Г1 Э1 Э2 Э3 (mA)
1-я экспериментальная моделированная система
S=0,025 182 178 182 -0,65 -2,50 -2,35 -0,27 -4,20 -4
S=0,200 240 180 205 -2,90 -0,74 +1,38 -2,05 -25
2-я экспериментальная моделированная система
S=0,025 86 20 21 -0,62 -0,96 -0,85 -0,64 -2,40 -1
S=0,200 47 29 49 -1,08 -0,75 -0,35 -2,45 -20

Результаты проведенного эксперимента подтверждают, что в рассматриваемой системе при уменьшении переходного сопротивления газопровода, т.е. при увеличении площади вспомогательных участков газопровода, при постоянной величине продольного сопротивления происходит увеличение тока, что является показателем коррозионного процесса на втором вспомогательном участке газопровода. В данном эксперименте использовалась дополнительная система вспомогательных участков газопровода.

Схематично коррозионный процесс, выявленный в результате проведенных экспериментов, можно проследить на графике «Распределение разности потенциалов «труба-земля» вдоль трубопровода при защите его катодной установкой с анодным заземлением вынесенным за пределы участка, где Rпрод.=R перех.», который представлен на фиг. 1.

На графике (фиг. 1) видно, что если анодное заземление расположено за пределами участка, где переходное сопротивление защищаемого газопровода равно продольному сопротивлению, то на рассматриваемом участке образуется анодная зона. В практике применения катодной защиты очень часто встречаются случаи размещения анодного заземления за границей гарантийной зоны защиты, особенно в городах с развитой инфраструктурой подземных коммуникаций и при отсутствии изолирующих фланцевых соединений. Таким образом, катодная установка не только выполняет функции катодной защиты газопровода, но при определенных условиях является непосредственной источником возникновения коррозионного процесса на защищаемых газопроводах.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача - создать способ защиты стальных подземных сооружений от электрохимической коррозии с получением эффективной зоны защиты, обеспечивающей достижение технического результата, заключающегося в исключении на защищаемом подземном сооружении анодных зон, приводящих к коррозионным разрушениям.

Так как описанные эксперименты показали, что при определенных условиях и при наличии отрицательного защитного потенциала в зоне защиты на стальном подземном сооружении возможно появление анодных зон (коррозионных разрушений), возникла задача определения дополнительного критерия защищенности сооружения, то есть не только по величине отрицательного защитного потенциала, как это определено в способе-прототипе. Кроме того, требуется выявить зависимость, при каких условиях размещения средств электрохимической защиты и соблюдения критериев защищенности будет достигнут технический результат - эффективной защиты подземного стального сооружения от электрохимической коррозии.

Таким образом, технический результат достигается при использовании способа защиты от электрохимической коррозии стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде, характеризующегося следующими признаками:

- на защищаемом участке стального подземного сооружения в электрическую цепь электрозащитной установки подключить дополнительные источники постоянного тока с точками дренирования на подземном сооружении с помощью кабеля от каждого дополнительного источника постоянного тока, создавая несколько зон защиты от каждого дополнительного источника постоянного тока;

- эффективную зону защиты определять по величине наведенного отрицательного потенциала от минус 0,90 до минус 2,50 В на участке подземного сооружения от точки подключения дополнительного источника постоянного тока до точки на защищаемом сооружении, где продольное сопротивление сооружения будет уравнено с переходным сопротивлением «сооружение-земля»;

- анодное заземление разместить в пределах любой защитной зоны при соблюдении границы от точки дренирования дополнительного источника постоянного тока до точки, где величина переходного сопротивления сооружения равна величине продольного сопротивления сооружения.

Обоснованием того, что за счет введения указанных признаков будет достигнут надежный технический результат, заключающийся в исключении анодных зон и эффективной защите подземного стального сооружения от электрохимической коррозии, проведен эксперимент №4.

Цель эксперимента:

подтвердить исключение коррозионных процессов на подземном сооружении, находящемся под катодной поляризацией, с использованием дополнительных источников постоянного катодного тока.

В качестве основных критериев оценки развития коррозионного процесса и использования дополнительных источников катодного тока для исключения коррозионного процесса на защищенных газопроводах, находящихся под действием работы электрозащитной установки (ЭЗУ), используемой для катодной поляризации, выбраны зависимости коррозионных процессов от выходных параметров ЭЗУ, места расположения анодного заземления по отношению к точке дренирования на газопроводе, соотношения переходного сопротивления «труба-земля» относительно продольного сопротивления газопровода. Применяемые в эксперименте вспомогательные электроды (Э1, Э2, Э3), моделирующие экспериментальный участок подземного газопровода, использовались в целях контроля за коррозионным процессом. Соединенные вспомогательные электроды и существующие участки газопровода посредством дренажного кабеля позволили рассматривать смоделированную систему как единый газопровод. Для моделирования изменения продольного сопротивления использовалось нагрузочное сопротивление, для измерения катодного тока на вспомогательных электродах от существующей электрозащитной установки в цепь базовой экспериментальной системы включены амперметры.

В ходе эксперимента была смоделирована зона защиты на вспомогательных участках, анодный участок в зоне защиты, в электрическую цепь основной электрозащитной установки включен дополнительный источник тока. Схема соединения экспериментальной базовой системы «защищаемый газопровод-система катодной защиты» с использованием дополнительного источника постоянного тока представлена на фиг. 3.

Результаты эксперимента представлены в таблице №4.

Таблица 4
№ опыта Режим работы системы Значение тока (мА) Значение потенциала (В)
Базовая система замкнута, электрозащитная установка (ЭЗУ) включена I1 I2 I3 ϕ стационарный Г1 Э1 Э2 Э3 Г2
1 Rнагр.=0 (Ом), IЭЗУ=0 (А) 28,0 21,0 10,0 -0,58 -0,72 -0,74 -0,76 -0,76 -0,75
2 Rнагр.=2 (Ом), IЭЗУ=5 (А) 280 200 300 -0,58 -1,20 -0,96 -0,30 -4,20 -1,30
3 Включен дополнительный источник тока (ДИ) IДИ=1,2 (А) Rнагр.=2 (Ом), IЭЗУ=5 (А) 280 1330 1250 -0,58 -1,35 -1,20 -2,60 -2,50 -1,45

Результат эксперимента №4 выявил следующее. При включенном дополнительном источнике тока на анодном участке (вспомогательный электрод Э2) величина потенциала сдвинулась в область отрицательных значений от величины стационарного потенциала (-0,58 В), тем самым показывая, что при включенном дополнительном источнике с точкой дренирования на коррозионном участке была ликвидирована анодная зона.

Каждый дополнительный источник тока, подключенный к основной электрозащитной установке, обеспечивает свою эффективную зону защиты сооружения при наличии отрицательного защитного потенциала на подземном сооружении от точки дренирования дополнительного источника тока до точки, где величина переходного сопротивления сооружения равна величине продольного сопротивления сооружения. При этом анодное заземление может располагаться на удаленном расстоянии от подземного сооружения в любой из зон, но в пределах соблюдения границы от точки дренирования до точки, где величина переходного сопротивления сооружения равна величине продольного сопротивления сооружения.

Для осуществления заявленного способа следует выполнить следующие приемы.

При выполнении электрической схемы электрохимической защиты выполнить следующую последовательность: положительную шину электрозащитной установки (4) соединить дренажным кабелем (6) с анодным заземлением (5), отрицательную шину электрозащитной установки (4) соединить дренажным кабелем (6) с положительной шиной одного или нескольких дополнительных источников постоянного тока (26), отрицательную шину каждого дополнительного источника постоянного тока (26) соединить дренажным кабелем (6) через контактное устройство (2) с подземным сооружением (1).

Анодное заземление расположить в пределах любой эффективной зоны, полученной от дополнительного источника постоянного тока, соблюдая при этом границы от точки дренирования дополнительного источника постоянного тока до точки, где величина переходного сопротивления сооружения равна величине продольного сопротивления сооружения.

Эффективную зону защиты (34, 35) от каждого дополнительного источника постоянного тока определять от точки дренирования каждого дополнительного источника до точки, где величина переходного сопротивления сооружения равна величине продольного сопротивления сооружения, при этом величина отрицательного защитного потенциала в каждой зоне должна находиться в пределах от минус 0,90 до минус 2,5 В.

В качестве основной электрозащитной установки использовать источник постоянного тока - катодный преобразователь выходной мощностью от 2,0 до 5кВт. Требуемая выходная мощность основной электрозащитной установки рассчитывается в соответствии с суммарной мощностью дополнительных источников, а также с учетом необходимой защитной величины катодного тока для каждой зоны защиты.

В качестве дополнительного источника постоянного тока использовать катодный преобразователь с меньшей выходной мощностью от 0,3 до 0,6 кВт. Количество дополнительных источников постоянного тока определять в зависимости от следующих параметров: длина защищаемого стального сооружения, диаметр стальной трубы, толщина стенки трубы, величины переходного сопротивления конструкции изоляционного покрытия, указанного в протоколе испытании, на основании которого оформляется сертификат соответствия данного вида конструкции изоляционного покрытия.

График зависимости величин продольного, переходного сопротивления защищаемого сооружения и длина зоны защиты представлена на фиг. 4. От точки дренирования (2) величина продольного сопротивления сооружения (28) будет увеличиваться, переходное сопротивление «сооружение-земля» (29) от точки дренирования (2) будет уменьшаться. На определенной длине сооружения (7) от точки дренирования величины продольного и переходного сопротивления уравниваются - это и будет показатель длины эффективной зоны защиты (30).

Анодное заземление выполнить из электродов, изготовленных из материала стойкого к электролитическому растворению. Количество электродов определить исходя из величины переходного сопротивления анодного заземления и требуемой величины катодного тока для защиты сооружения соответствующей длины.

Марка и сечение дренажного кабеля для соединения элементов системы (ЭЗУ и дополнительные источники постоянного тока) выбрается относительно выходных параметров катодного тока, для соединения с анодным заземлением относительно общей величины катодного тока.

Контактное устройство для подключения электрохимической системы к подземному сооружению применять согласно действующим типовым чертежам, используемые при проектировании известного способа электрохимической защиты. Схема осуществления изобретения представлена на фиг. 5.

Описываемый способ поясняется иллюстрирующими материалами.

Фиг. 1. На фигуре представлен график распределения разности потенциалов «труба-земля» вдоль трубопровода при защите его катодной установкой с анодным заземлением вынесенным за пределы участка, где величина продольного сопротивления (R прод.) равна величине переходного сопротивления (R перех.).

Фиг. 1 содержит следующие элементы:

1 - подземный стальной трубопровод (сооружение);

2 - точка дренирования (контактное устройство) на трубопроводе;

3 - истинная точка дренирования;

4 - электрозащитная установка (ЭЗУ);

5 - анодное заземление;

6 - дренажный кабель для соединения элементов катодной защиты;

7 - точка на трубопроводе, где величина продольного сопротивления равна величине переходного сопротивления, R прод. = R перех.;

8 - участок зоны, где величина продольного сопротивления трубопровода меньше величины переходного сопротивления, Rпрод. < Rпеpex.;

9 - анодная зона (коррозионный участок) на трубопроводе;

10 - коррозионное повреждение на трубопроводе.

11 - стационарный потенциала металла, U стац.;

12 - электрохимический потенциал трубопровода при катодной поляризации, -U;

13 - электрохимический потенциал анодного заземления величина, +U.

Фиг. 2. На фигуре представлена схема экспериментальной базовой системы «защищаемый газопровод-система катодной защиты» при проведении экспериментов №1, №2, №3.

Фиг. 2 содержит следующие элементы:

2 - точка дренирования (контактное устройство) на трубопроводе;

4 - электрозащитная установка (ЭЗУ);

5 - анодное заземление;

6 - дренажный кабель для соединения элементов катодной защиты;

14 - уровень земли;

15 - ближний участок существующего газопровода, Г1;

16 - вспомогательный электрод Э1 экспериментальный моделированный участок газопровода №1;

17 - вспомогательный электрод Э2, экспериментальный моделированный участок газопровода №2;

18 - вспомогательный электрод Э3, экспериментальный моделированный участок газопровода №3;

19 - измерительный прибор амперметр A1;

20 - измерительный прибор амперметр А2;

21 - измерительный прибор амперметр А3;

22 - нагрузочное сопротивление, Rнагр.;

23 - ключ для замыкания системы;

24 - соединительный кабель.

Фиг. 3. На фигуре представлена схема соединения экспериментальной базовой системы «защищаемый газопровод-система катодной защиты» с использованием дополнительного источника постоянного тока для проведения эксперимента №4.

Фиг. 3 содержит следующие элементы:

2 - точка дренирования (контактное устройство) на трубопроводе;

4 - электрозащитная установка (ЭЗУ);

5 - анодное заземление;

6 - дренажный кабель для соединения элементов катодной защиты;

14 - уровень земли;

15 - ближний участок существующего газопровода, Г1;

16 - вспомогательный электрод Э1 экспериментальный моделированный участок газопровода №1;

17 - вспомогательный электрод Э2, экспериментальный моделированный участок газопровода №2;

18 - вспомогательный электрод Э3, экспериментальный моделированный участок газопровода №3;

19 - измерительный прибор амперметр A1;

20 - измерительный прибор амперметр А2;

21 - измерительный прибор амперметр А3;

22 - нагрузочное сопротивление, Rнагр.;

23 - ключ для замыкания системы;

24 - соединительный кабель;

25 - дальний участок существующего газопровода, Г2;

26 - дополнительный источник постоянного тока;

27 - точка дренирования дополнительного источника постоянного тока (контактное устройство).

Фиг. 4. На фигуре представлен график зависимости величин продольного сопротивления сооружения, переходного сопротивления «сооружение-земля» и длины зоны защиты.

Фиг. 4 содержит следующие элементы:

2 - точка дренирования (контактное устройство) на трубопроводе представляет точку подключения катодной защиты;

7 - точка на трубопроводе, где значение продольного сопротивления равно значению переходного сопротивления, R прод. = R перех.,

28 - Rпрод., значение продольного сопротивления трубопровода на участке от точки дренирования (контактного устройства) до точки, где значение продольного сопротивления равно значению переходного сопротивления;

29 - R перех., значение переходного сопротивления «трубопровод-земля» на участке от точки дренирования (контактного устройства) до точки, где значение продольного сопротивления равно значению переходного сопротивления;

30 - длина зоны защиты трубопровода на участке от точки дренирования (контактного устройства) до точки, где значение продольного сопротивления равно значению переходного сопротивления.

Оси координат: х(L) - длина защищаемого сооружения; y(R) - продольное сопротивление и переходное сопротивление «сооружение-земля».

Фиг. 5. На фигуре представлена схема осуществления изобретения схема размещения катодной защиты с дополнительным источником постоянного тока применяемая для создания эффективной зоны защиты.

Фиг. 5 содержит следующие элементы:

1 - подземный стальной трубопровод (сооружение);

4 - электрозащитная установка (ЭЗУ);

5 - анодное заземление;

6 - дренажный кабель для соединения элементов катодной защиты;

26 - дополнительный источник постоянного тока (условно для представления схемы определено два дополнительных источников, №1, №2);

27 - точка дренирования дополнительных источников постоянного тока (контактное устройство);

31 - точка на трубопроводе, где продольное сопротивление трубопровода равно переходному сопротивлению при включенном дополнительном источнике постоянного тока №1, Rпрод.1 = Rпepex.1;

32 - точка на трубопроводе, где продольное сопротивление трубопровода равно переходному сопротивлению при включенном дополнительном источнике постоянного тока №2, Rпрод.2 = Rпepex.2;

33 - контрольно-измерительный пункт для измерения величины защитного потенциала;

34 - эффективная зона защиты при включенном дополнительном источнике постоянного тока №1;

35 - эффективная зона защиты при включенном дополнительном источнике постоянного тока №2.

Способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде, характеризующийся тем, что на защищаемом участке в электрическую цепь электрозащитной установки подключают дополнительные источники постоянного тока с точками дренирования на подземном сооружении с помощью кабеля от каждого дополнительного источника постоянного тока с созданием зон защиты от каждого дополнительного источника постоянного тока, определяют зону эффективной защиты по величине наведенного отрицательного потенциала от минус 0,90 до минус 2,50 В от точки подключения дополнительного источника постоянного тока до точки на защищаемом сооружении, в которой величина продольного сопротивления сооружения будет равна величине переходного сопротивления «сооружение-земля», а анодное заземление размещают в пределах любой защитной зоны.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов. Технический результат заключается в повышении эффективности защиты от коррозии обсадных колонн скважин и нефтепромыслового оборудования, повышении надежности их работы, увеличении межремонтного интервала.

Изобретение относится к области телемеханики и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления удаленными объектами, а именно к системам коррозионного мониторинга объектов электрохимической защиты магистральных газопроводов, в частности установок катодной защиты.

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений, в частности трубопроводов. Устройство содержит катодную станцию, выполненную с возможностью подключения к сооружению через датчик выходного тока и снабженную датчиком выходного напряжения и анодным заземлителем, станцию слежения, выполненную с возможностью подключения к датчикам выходного напряжения и тока и к катодной станции, а также измерительный пункт, расположенный вблизи катодной станции и включающий датчик потенциала и измеритель потенциала, соединенный с датчиком потенциала, сооружением и со станцией слежения, при этом оно дополнительно содержит, по крайней мере, два удаленных от катодной станции измерительных пункта, расположенных на границе защитной зоны катодной станции по обе от нее стороны вдоль защищаемого сооружения и подключенных к источнику электропитания, при этом станция слежения снабжена центральным приемопередатчиком, а каждый удаленный измерительный пункт снабжен резидентным приемопередатчиком, соединенным с центральным приемопередатчиком посредством канала связи.

Изобретение относится к системам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности корпусов морских судов, морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для эксплуатации в ледовых условиях.

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в средствах защиты протяженных металлических сооружений, в том числе трубопроводов.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений. .

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии. .

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты и может быть использовано в системах катодной защиты подземных металлических сооружений от коррозии.

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для защиты сразу нескольких объектов, а также в качестве источника тока в различных областях техники.
Наверх