Способ и устройство обнаружения электрохимического осаждения

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта коррозии металла, например, трубопроводов. Способ обнаружения электрохимического осаждения меди включает периодическое измерение естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i, при этом дополнительно, с аналогичным периодом измерения естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i измеряют естественный потенциал между медным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_2i, вычисляют разность полученных значений ΔU_1i и ΔU_2i, сравнивают полученную разность с разностью предыдущих вычислений ΔU_1i-1 и ΔU_2i-1 и при ΔU_1i - ΔU_2i → 0 оповещают о начале электрохимического осаждения меди на выносном электроде. Техническим результатом является возможность оперативного контроля электрохимического осаждения меди на выносных электродах в системах катодной защиты металлических конструкций. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта коррозии металла, например, трубопроводов [G01N 17/00, G01N 27/60, G01N 33/20].

Существуют различные методы защиты металлических трубопроводов от коррозии, но наиболее эффективной из них является катодная защита. Она необходима для предотвращения преждевременного образования трещин, каверн и разрывов, которые повлекут за собой их разгерметизацию.

Коррозия металлов представляет собой естественный процесс, при котором происходит изменение атомов металла. Вследствие этого их электроны переходят к окислителям, что влечет разрушение структуры материала.

Для подземных трубопроводов дополнительным фактором коррозионного влияния является состав грунта. В условиях грунта на поверхности металлических труб присутствуют участки с различными электродными потенциалами, которые являются причиной образования коррозионных гальванических элементов.

Защита от коррозии металла может быть как активной, так и пассивной. В качестве активного метода чаще всего используется катодная защита трубопроводов от коррозии. Она основывается на создании катодной поляризации, что позволяет снизить скорость растворения металла. Этот эффект реализуется за счет смещения потенциала на поверхности металлического сооружения в более отрицательную область. Для этого между поверхностью металла и грунтом проводиться электрический ток, что существенно снижает скорость коррозии.

Основной показатель результативности метода – величина защитного потенциала. Защитным называют тот потенциал, при котором скорость коррозионного процесса металлического сооружения становится минимальной.

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае чрезмерного смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные пленки на поверхности металла, начинается водородное охрупчивание, коррозионное растрескивание.

Поэтому, с целью снижения опасности перезащиты при катодной защите осуществляют постоянный контроль за величиной потенциала.

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ КОРРОЗИИ [JP2001281195 (A), опубл.: 10.10.2001] включающее в себя первый электрод, выполненный из материала, содержащего медь в качестве основного компонента, второй электрод электрически соединен с первым электродом, третий электрод используемый для обеспечения сравнения потенциала между и первым электродом и вторым электродом, источник напряжения смонтирован между первым электродом и вторым электродом, и заданный ток коррозии подается на устройство обнаружения коррозии меди.

Недостатком данного технического решения является отсутствие оперативного контроля электрохимического осаждения меди на выносном электроде, что значительно снижает надежность работы катодной защиты конструкций.

Наиболее близкой по технической сущности является МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ПОДЗЕМНЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ СООРУЖЕНИЕМ И ЭЛЕКТРОДОМ СРАВНЕНИЯ [http://www.dias-ltd.ru/upload/rd/krimcheeva_ protivokorrozionnaya_zaschita.pdf, 2019-11-26], характеризующаяся тем, что измеряют разность потенциалов ∆U между сооружением и медносульфатным электродом сравнения Uизм и значением его стационарного потенциала Uc, при этом смещение потенциала в пределах Uизм < 0,04 В не характеризует опасного действия блуждающих токов, а при наличии за период измерений мгновенного положительного смещения потенциала признают опасным действие блуждающих токов; для стальных подземных трубопроводов – по полярности омического падения потенциала между сооружением и специальным вспомогательным электродом сравнения, при котором каждые 5 секунд измеряют разность потенциалов между трубопроводом и специальным вспомогательным электродом Uп в моменты разрыва электрической цепи между ними и определяют полярность омического падения потенциала между трубопроводом и вспомогательным электродом и вычисляют омическое падение потенциала между трубопроводом и вспомогательным электродом ∆U = 0,03-Uп, при этом при ∆U > 0 фиксируют наличие опасности коррозии.

Основной технической проблемой прототипа является отсутствие оперативного контроля электрохимического осаждения меди на выносном электроде, что значительно снижает точность и качество измерения разности потенциалов и соответственно надежность катодной защиты конструкций. В указанной методике вспомогательный электрод подвержен воздействию ионов меди, которые переносятся из объема медно-сульфатного электрода в прилегающий к нему грунт. Наличие медного купороса в грунтовом электролите приводит к «омеднению» вспомогательного электрода, провоцирующему смещение естественного потенциала стали в сторону положительных значений до +200мВ при этом вспомогательный электрод перестает быть моделью оголенной стенки трубы. В этом случае измерения суммарного и поляризационного потенциала перестают быть корректными в виду значительных погрешностей.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение оперативного контроля электрохимического осаждения меди на выносных электродах в системах катодной защиты металлических конструкций.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ обнаружения электрохимического осаждения меди характеризующийся тем, что периодически измеряют естественный потенциал между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i, отличающийся тем, что дополнительно, с аналогичным периодом измерения естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i измеряют естественный потенциал между медным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_2i, вычисляют разность полученных значений ΔU_1i и ΔU_2i, сравнивают полученную разность с разностью предыдущих вычислений ΔU_1i-1 и ΔU_2i-1 и при ΔU_1i - ΔU_2i → 0 оповещают о начале электрохимического осаждения меди на выносном электроде.

В частности, перед измерением естественного потенциала ΔU₁ деполяризуют выносной электрод.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство обнаружения электрохимического осаждения меди содержащее выносной электрод, соединенный с защищаемым объектом, электрод сравнения и вольтметр, отличающееся тем, что дополнительно содержит коммутатор и медный электрод, подключенный к выходу коммутатора, к другому выходу коммутатора подключен выносной электрод, при этом выносной электрод с защищаемым объектом соединен через управляемый разъединитель цепи, ко входу коммутатора через вольтметр подключен электрод сравнения, к выходу вольтметра с возможностью управления коммутатором, разъединителем и выполнения вычислений подключен контроллер.

В частности, разъединитель электрической цепи выполнен электронным.

В частности, коммутатор выполнен электронным.

В частности, контроллер выполнен в виде контроллера ввода/вывода.

На чертеже показана схема устройства обнаружения электрохимического осаждения меди, на которой обозначено: 1 – трубопровод, 2 – разъединитель, 3 – выносной электрод, 4 – коммутатор, 5 – вольтметр, 6 – медный электрод, 7 – электрод сравнения, 8 – контроллер.

Осуществление изобретения

Устройство обнаружения электрохимического осаждения меди содержит выносной электрод 3 электрически соединенный через разъединитель 2 с трубопроводом 1. Выносной электрод 3 соединен с одним из выходов коммутатора 4. К другому выходу коммутатора 4 подключен медный электрод 6. Ко входу коммутатора 4 подключен один из входов вольтметра 5. Другой вход вольтметра 5 подключен к электроду сравнения 7. Выходы вольтметра 5 соединены с контроллером 8. К вводам/выводам контроллера 8 подключены управляющие контакты разъединителя 2 и коммутатора 4.

Способ обнаружения электрохимического осаждения меди реализуют в работе описанного выше одноименного устройства.

Для обнаружения электрохимического осаждения меди путем своевременного определения омеднения выносного электрода 3 в момент времени Ti размыкают с контроллера 8 разъединитель 2 и после деполяризации выносного электрода 3 измеряют вольтметром 5 естественный потенциал ΔU_1i между выносным электродом 3 и медносульфатным электродом сравнения 7. Естественный потенциал стали относительно медносульфатного электрода составляет порядка -0,7 В. Измеренное значение ΔU_1i передают в контроллер 8. Далее управляющим сигналом с контроллера 8 коммутатором 4 измерительные контакты вольтметра 5 переключают на измерение естественного потенциала ΔU_2i между медным электродом 6 и медносульфатным электродом сравнения 7, при этом ΔU₂ ≈ +0,1 В. Измеренное значение ΔU_2i передают в контроллер 8. В контроллере 8 при получении измеренных значений ΔU_1i и ΔU_2i сравнивают их разность с разностью предыдущих значений и при ΔU_1i - ΔU_2i → 0 обнаруживают начало омеднения выносного электрода 3. В этом случае оповещают о наличии процесса электрохимического осаждения меди и производят замену выносного электрода 3 и место его установки.

Технический результат – обеспечение оперативного контроля электрохимического осаждения меди на выносных электродах в системах катодной защиты металлических конструкций достигается за счет периодического измерения естественных потенциалов ∆U_1i и ∆U_2i между, соответственно, выносным электродом 3 и медносульфатным электродом сравнения 7 и между медным электродом 6 и медносульфатным электродом сравнения 7, подключенных к коммутатору 4, управляемому контроллером 8, непрерывной передачи измеренных значений ΔU_1i и ΔU_2i в контроллер 8 с последующим вычислением разности ΔU_1i - ΔU_2i и сравнением полученного результата с предыдущими значениями разности ΔU_1i-1 - ΔU_2i-1 и при ΔU_1i - ΔU_2i → 0 оповещения о начале электрохимического осаждения меди на выносном электроде.

Описанный способ обнаружения электрохимического осаждения меди, реализованный в одноименном устройстве, позволяет оперативно, в автоматическом режиме, под управлением контроллера 8 с подключенными к нему управляемыми коммутатором 4 и разъединителем 2 отслеживать разность ΔU_1i и ΔU_2i и сравнивая с предыдущими результатами при условии ΔU_1i - ΔU_2i → 0 оповещать о начале омеднения выносного электрода 3.

1. Способ обнаружения электрохимического осаждения меди, характеризующийся тем, что периодически измеряют естественный потенциал между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i, отличающийся тем, что дополнительно с аналогичным периодом измерения естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_1i измеряют естественный потенциал между медным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU_2i, вычисляют разность полученных значений ΔU_1i и ΔU_2i, сравнивают полученную разность с разностью предыдущих вычислений ΔU_1i-1 и ΔU_2i-1 и при ΔU_1i - ΔU_2i → 0 оповещают о начале электрохимического осаждения меди на выносном электроде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед измерением естественного потенциала ΔU₁ деполяризуют выносной электрод.

3. Устройство обнаружения электрохимического осаждения меди, содержащее выносной электрод, соединенный с защищаемым объектом, электрод сравнения и вольтметр, отличающееся тем, что дополнительно содержит коммутатор и медный электрод, подключенный к выходу коммутатора, к другому выходу коммутатора подключен выносной электрод, при этом выносной электрод с защищаемым объектом соединен через управляемый разъединитель цепи, ко входу коммутатора через вольтметр подключен электрод сравнения, к выходу вольтметра с возможностью управления коммутатором, разъединителем и выполнения вычислений подключен контроллер.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что разъединитель электрической цепи выполнен электронным.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что коммутатор выполнен электронным.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что контроллер выполнен в виде контроллера ввода/вывода.