Устройство комбинированной катодной защиты с автономным питанием от возобновляемых источников энергии

Авторы патента:

C23F13/02 - катодной; выбор условий, параметров или способов катодной защиты, например электрического режима

Владельцы патента RU 2752495:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» (RU)

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных и подводных сооружений от коррозии. Устройство содержит фотоэлектрические панели, ветрогенератор, блок формирования амплитуды импульсов, анодный заземлитель, электрод сравнения, протектор, размыкатель. Вход блока формирования амплитуды импульсов соединён с электродом сравнения, а другой вход - с защищаемым сооружением, соединённым также с входом размыкателя, выход которого соединён с протектором. В устройство введены блок стабилизации и согласования энергии, анодный размыкатель, блок интеллектуального управления. Входы блока стабилизации и согласования энергии подключены к выходам ветрогенератора и фотоэлектрических панелей, а выходы подключены к входам блока интеллектуального управления и входам блока формирования амплитуды импульсов. Вход анодного размыкателя подключен к выходу блока формирования амплитуды импульсов, а выход подключен к анодному заземлителю. В блоке интеллектуального управления установлен двусторонний порт обмена данными, который соединён с двусторонним портом обмена данными блока формирования амплитуды импульсов. Технический результат: повышение надёжности катодной защиты. 1 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты сооружений от коррозии. Устройство предназначено для коррозионной защиты преимущественно труднодоступных объектов, удалённых от систем централизованного электроснабжения и не имеющих собственных надёжных источников генерации.

Известна автономная установка катодной защиты и удалённого коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов и подземных металлических сооружений (патент РФ № 120421, опубл. 20.09.2012), включающая в себя устройство коррозионного мониторинга, содержащее глубинный анодный заземлитель, протяженные анодные заземлители, расположенные вдоль каждого трубопровода, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты по числу трубопроводов, коммутируемые через блок совместной защиты, блок управления, блок передачи данных и дистанционного управления с антенной, электрогенераторную установку, использующую природный газ магистрального трубопровода в качестве топлива, аппаратуру теплорегулирования, устройство подготовки газа, датчики контроля безопасности эксплуатации установки.

Недостатком данного устройства является то, что в качестве автономного источника питания используется электрогенераторная установка, подключенная к устройству подготовки природного газа, имеющему высокие требования к давлению, ввиду чего не может быть обеспечена катодная защита при значительном снижении давления газа в трубопроводе. Кроме того, устройство подготовки природного газа и электрогенераторная установка имеют повышенную пожаро- и взрывоопасность.

Известна информационно-управляющая система нефте-, конденсато-, продуктопровода (патент РФ № 92935, опубл. 10.04.2010), связанная каналами радиосвязи с контролируемыми пунктами, расположенными вдоль трассы нефте-, конденсато- или продуктопровода и оснащёнными автономными источниками электроснабжения, причём в качестве основного источника выступают солнечные панели, в качестве дополнительного – ветрогенератор, в качестве резервного – блок аккумуляторов.

Недостатком данной системы является блок аккумуляторов, подверженный глубокому разряду и потере ёмкости из-за длительного отсутствия выработки от ветрогенератора и солнечных панелей, что приводит к выходу резервного источника из строя и увеличению числа перерывов электроснабжения и катодной защиты, а также имеющий ограниченное суммарное количество циклов заряда и разряда, исчисляемое несколькими тысячами, и высокие требования к температурному режиму, что снижает срок службы и надёжность устройства. Другим недостатком является то, что в качестве автономного источника питания контролируемых пунктов используются, по меньшей мере, один ветрогенератор, одна солнечная панель и блок аккумуляторов, что не обеспечивает высокую степень автономности катодной защиты.

Известна ветроэлектростанция катодной защиты трубопроводов (патент РФ № 2117184, опубл. 10.08.1998), включающая ветродвигатель, генератор, блок аккумуляторов и электрическую систему преобразования тока.

Недостатком установки является блок аккумуляторов, подверженный глубокому разряду и потере ёмкости из-за длительного отсутствия выработки от ветрогенератора, что приводит к выходу резервного источника из строя и увеличению числа перебоев катодной защиты, а также имеющий ограниченное суммарное количество циклов заряда и разряда, исчисляемое несколькими тысячами, и высокие требования к температурному режиму, что снижает срок службы и надёжность устройства. Другим недостатком является то, что в качестве автономного источника питания используются, по меньшей мере, один ветрогенератор и блок аккумуляторов, что не обеспечивает высокую степень автономности катодной защиты.

Известно устройство для катодной защиты с автономным питанием (патент РФ № 2713898, опубл. 10.02.2020), содержащее солнечную батарею, электрод сравнения, электромагнитный размыкатель, импульсный преобразователь постоянного тока, нерастворимый анод, потенциометр и амперметр. При достаточной выработке электроэнергии солнечной батареей нерастворимый анод подключается к импульсному преобразователю постоянного тока, чем обеспечивается образование на поверхности защищаемого сооружения катодного осадка из карбоната кальция и гидроксида магния, а при недостаточной выработке электроэнергии солнечной батареей нерастворимый анод отключается от защищаемого сооружения, а защита от коррозии обеспечивается растворяющимся катодным осадком.

Недостатком данного устройства является то, что в качестве автономного источника питания используется, по меньшей мере, одна солнечная батарея, что не обеспечивает высокую степень автономности катодной защиты.

Известно устройство катодной защиты с автономным питанием (патент РФ № 2486289, опубл. 27.06.2013), принятый за прототип, содержащее ветрогенератор, аккумулятор, солнечную батарею, первый и второй развязывающие диоды, блок формирования амплитуды импульсов, анодный заземлитель, электрод сравнения, протектор, размыкатель, резистор, блок управления резервом с двумя выходами и портом обмена данными, контроллер ограничения тока заряда аккумулятора. В данном устройстве аккумулятор является основным источником питания для блока формирования амплитуды импульсов, ветрогенератор и солнечные батареи обеспечивают подзарядку аккумулятора. При разрядке аккумулятора до минимально допустимой величины ёмкости блок управления резервом формирует на своём выходе, соединённом с блоком формирования амплитуды импульсов, сигнал о прекращении формирования импульсов, а на своём выходе, соединённом с размыкателем, сигнал о включении размыкателя, в результате чего система переходит на режим защиты от коррозии с помощью протектора.

Недостатком данного устройства является аккумулятор, подверженный глубокому разряду и потере ёмкости из-за длительного отсутствия выработки от ветрогенератора и солнечных панелей, что приводит выходу резервного источника из строя и, соответственно, увеличению количества перерывов электроснабжения и катодной защиты, а также имеющий ограниченное суммарное количество циклов заряда и разряда, исчисляемое несколькими тысячами, а также высокие требования к температурному режиму, что снижает срок службы и надёжность устройства.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надёжности устройства в условиях питания от возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Технический результат достигается тем, что дополнительно установлен блок стабилизации и согласования энергии, входы которого подключены к выходам ветрогенератора и фотоэлектрических панелей, а выходы подключены к входам блока интеллектуального управления и входам блока формирования амплитуды импульсов, анодный размыкатель, вход которого подключен к выходу блока формирования амплитуды импульсов, а выход подключен к анодному заземлителю, блок интеллектуального управления, в котором установлен двусторонний порт обмена данными, который соединён с двусторонним портом обмена данными блока формирования амплитуды импульсов, причём первый выход блока интеллектуального управления соединён с входом размыкателя, а второй выход соединён с управляющим входом анодного размыкателя.

Устройство комбинированной катодной защиты с автономным питанием от возобновляемых источников энергии поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 – Структурная схема устройства комбинированной катодной защиты с автономным питанием от возобновляемых источников энергии ВИЭ, где

1 – ветрогенератор;

2 – фотоэлектрические панели;

3 – блок стабилизации и согласования энергии;

4 – блок интеллектуального управления;

5 – блок формирования амплитуды импульсов;

6 – анодный заземлитель;

7 – электрод сравнения;

8 – размыкатель;

9 – протектор;

10 – анодный размыкатель.

Устройство комбинированной катодной защиты с автономным питанием от ВИЭ содержит ветрогенератор 1 и фотоэлектрические панели 2, выходы которых соединены с входами блока стабилизации и согласования энергии 3 (фиг. 1). Выходы блока стабилизации и согласования энергии 3 подключены к входам блока интеллектуального управления 4 и первому и второму входам блока формирования амплитуды импульсов 5. Третий вход блока формирования амплитуды импульсов соединён с электродом сравнения 7, четвёртый вход соединён с защищаемым сооружением, а выход соединён с входом анодного размыкателя 10. Управляющий вход анодного размыкателя 10 подключен к первому выходу блока интеллектуального управления 4, а выход соединён с анодным заземлителем 6. Защищаемое сооружение подключено к входу размыкателя 8, управляющий вход которого соединён с вторым выходом блока интеллектуального управления 4, а выход соединён с протектором 9. В блоке интеллектуального управления 4 установлен двусторонний порт обмена данными, который соединён с аналогичным двусторонним портом в блоке формирования амплитуды импульсов 5.

Устройство комбинированной катодной защиты с автономным питанием от ВИЭ работает следующим образом. Ветрогенератор 1 и фотоэлектрические панели 2 являются основными источниками питания для блока формирования амплитуды импульсов 5, в качестве которого используется импульсная катодная станция, и GSM-модема, входящего в состав блока интеллектуального управления 4. Вырабатываемая ветрогенератором 1 и фотоэлектрическими панелями 2 электроэнергия поступает на блок стабилизации и согласования энергии 3, включающий развязывающие диоды и преобразователи напряжения, где объединяется на шине постоянного тока и стабилизируется по напряжению, выбранному на этапе проектирования устройства катодной защиты в качестве номинального. Электроэнергия с блока стабилизации и согласования энергии 3 поступает на питающие входы блока интеллектуального управления 4 и блока формирования амплитуды импульсов 5.

Измерение потенциала защищаемого сооружения осуществляется с помощью электрода сравнения 7, информация от которого поступает на блок формирования амплитуды импульсов 5, а затем передаётся на блок интеллектуального управления 4 для отправки на удалённый диспетчерский пункт.

Блок интеллектуального управления 4 определяет режим работы устройства. Предусмотрено два режима работы. В нормальном режиме, основном при достаточной выработке электроэнергии ВИЭ, блок интеллектуального управления 4 подаёт на анодный размыкатель 10 сигнал о включении, а также сигнал на блок формирования амплитуды импульсов 5 о начале формирования импульсов. Если выработка электроэнергии ВИЭ меньше минимального значения, определённого на этапе проектирования или пуско-наладочных работ, то устройство переходит в протекторный режим работы. В этом случае блок интеллектуального управления 4 подаёт команду на блок формирования амплитуды импульсов 5 о прекращении формирования импульсов, а также сигнал на анодный размыкатель 10 о выключении анодного размыкателя 10 с целью недопущения протекания обратного гальванического тока в цепи «защищаемой сооружение – анодный заземлитель». После этого блок интеллектуального управления 4 подаёт сигнал на размыкатель 8 о включении размыкателя 8, в результате чего протектор 9 подключается к защищаемому сооружению. Осуществляется периодическое подключение протектора 9, при этом оптимальная длительность включений и пауз определяется на этапе проектирования системы или пуско-наладочных работ. При увеличении выработки электроэнергии ВИЭ до минимального значения протектор 9 отключается, и устройство переходит в нормальный режим работы.

Блок интеллектуального управления 4 с помощью GSM-связи передаёт на удалённый диспетчерский пункт информацию о режиме работы устройства и состоянии защищаемого объекта. Информацией о состоянии защищаемого объекта являются данные об изменении во времени величины защитного потенциала сооружения. В случае продолжительного существенного отклонения величины защитного потенциала от номинального значения при работающем блоке формирования амплитуды импульсов 5 или при подключаемом протекторе 9 на удалённый диспетчерский пункт передаётся сигнал о неисправности. Для работы встроенного GSM-модуля, а также для питания цепей управления блок интеллектуального управления 4 оснащён встроенной резервной аккумуляторной батареей.

Преимущество использования устройства комбинированной катодной защиты состоит в том, что оно позволяет повысить надёжность катодной защиты.

Устройство комбинированной катодной защиты с автономным питанием от возобновляемых источников энергии, содержащее фотоэлектрические панели, ветрогенератор, блок формирования амплитуды импульсов, анодный заземлитель, электрод сравнения, протектор, размыкатель, причём вход блока формирования амплитуды импульсов соединён с электродом сравнения, а другой вход соединён с защищаемым сооружением, соединённым также с входом размыкателя, выход которого соединён с протектором, отличающееся тем, что дополнительно установлен блок стабилизации и согласования энергии, входы которого подключены к выходам ветрогенератора и фотоэлектрических панелей, а выходы подключены к входам блока интеллектуального управления и входам блока формирования амплитуды импульсов, анодный размыкатель, вход которого подключен к выходу блока формирования амплитуды импульсов, а выход подключен к анодному заземлителю, блок интеллектуального управления, в котором установлен двусторонний порт обмена данными, который соединён с двусторонним портом обмена данными блока формирования амплитуды импульсов, причём первый выход блока интеллектуального управления соединён с входом размыкателя, а второй выход соединён с управляющим входом анодного размыкателя.

Изобретение относится к защите объектов от коррозии, а именно к устройствам электрохимической протекторной защиты нефтепроводов и газопроводов - промысловых, скважинных, магистральных, трубопроводов нефтеперерабатывающих заводов, водопроводов и т.п. Устройство содержит фланцевую вставку 1, установленную в трубопроводе 2, трибогенератор 3, рабочие элементы которого выполнены в виде сменных картриджей, каждый из которых представляет из себя диск 4 с отверстиями 5, между которыми на противоположных торцах диска расположены стержни 6, на торце фланцевой вставки установлен алюминиевый токоотвод 7, при этом картриджи соединены между собой и с фланцевой вставкой алюминиевым проводом 8, а токоотвод соединен алюминиевым проводом 9 с углубленным в грунт алюминиевым протекторным элементом 10.

Способ защиты от коррозии подземного трубопровода // 2746108

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии протяженных объектов с помощью станций катодной защиты (далее СКЗ). В заявленном способе в программное обеспечение контроллеров СКЗ и в программное обеспечение контроллера центра управления заводят номера всех точек соединения трубопровода со СКЗ и всех точек соединения трубопровода с контрольно-измерительными пунктами (далее КИП).

Интеллектуальное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений // 2741398

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений. Устройство содержит трансформатор, выпрямитель, фильтр, анодные заземлители основного и N дополнительных металлических сооружений, силовые ключи, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы, блоки управления силовыми ключами, датчики разности потенциалов, защитного потенциала, задатчик потенциала, блоки сравнения, корректоры задатчиков, масштабирующие усилители, первые и вторые датчики вхождения и покидания зоны защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений электротранспортом, блоки радиопередачи и радиоприема, триггеры, задатчики коррекции защитного потенциала, ключи коррекции, сумматор задатчика, блоки памяти и корректирующие регистры прохождения электротранспорта, сумматоры коррекции и корректоры потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений.

Способ совместной катодной защиты от электрохимической коррозии стальных подземных трубопроводов и футляров на участке пересечения с электрифицированной железной дорогой // 2736599

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии металлов, в частности, к защите подземных трубопроводов, выполненных из углеродистых и низколегированных сталей. Способ характеризуется тем, что на участке пересечения стального подземного трубопровода и футляра с железной дорогой, расположенных в зоне защиты от катодного преобразователя на расстоянии свыше 500 м от точки дренирования катодного преобразователя, устанавливают две протекторные группы, расположенные вправо и влево от полотна железной дороги, подключенные дренажным кабелем через блок регулируемых сопротивлений, установленных в отдельных контактных устройствах, с медно-сульфатными электродами сравнения на трубопроводе и футляре, и осуществляют непрерывную во времени катодную поляризацию стального подземного трубопровода и стального подземного футляра на участке пересечения с железной дорогой за счет наведения величины защитного суммарного и поляризационного потенциала, требуемого для защиты трубопровода и футляра.

Способ определения срока вывода в ремонт анодного заземления // 2721250

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии подземных трубопроводов. В начальный момент времени ввода установки катодной защиты УКЗ в эксплуатацию выполняют измерение значения сопротивления растеканию тока с анодного заземления, входящего в состав УКЗ участка трубопровода, и выходного напряжения преобразователя УКЗ, рассчитывают токовый параметр УКЗ, периодически корректируют и измеряют выходное напряжение преобразователя УКЗ, требуемое для обеспечения эффективной защиты участка трубопровода, на основании данных измерений выходного напряжения с применением рассчитанного токового параметра определяют расчетное значение сопротивления растеканию тока с анодного заземления, строят график изменения сопротивления растеканию тока с анодного заземления во времени, отмечают предельное значение сопротивления растеканию тока с анодного заземления для данных грунтовых условий, которое экстраполируют линейной функцией во времени, и определяют время достижения сопротивления растеканию тока с анодного заземления критического значения, которое определяет срок вывода анодного заземления в ремонт.

Устройство для катодной защиты с автономным питанием // 2713898

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в коррозионно-активных электролитических средах, в частности в морской среде. Устройство содержит солнечную батарею, электрод сравнения, электромагнитный размыкатель, электрическую систему преобразования тока, при этом оно содержит нерастворимый анод и электроизмерительные приборы в виде потенциометра и амперметра, электрическая система преобразования тока выполнена в виде импульсного преобразователя постоянного тока, при этом выводы солнечной батареи соединены с питающими входами импульсного преобразователя постоянного тока, электропитание катушки электромагнитного размыкателя выполнено от импульсного преобразователя постоянного тока, минусовой его выход электрически соединен с защищаемым сооружением, а плюсовой выход соединен с нерастворимым анодом через переключающий контакт электромагнитного размыкателя, амперметр установлен в разрыв цепи питания нерастворимого анода, потенциометр одним зажимом соединен с электродом сравнения, а другим зажимом соединен с защищаемым сооружением.

Устройство для катодной защиты подземных металлических сооружений // 2691917

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты подземных металлических сооружений. Устройство содержит станцию катодной защиты, выполненную с возможностью подключения к защищаемому сооружению, соединенные с ней блок контроля, анодный заземлитель, измерительные блоки с электродом сравнения и канал передачи данных.

Автономное устройство для катодной защиты подземных сооружений // 2690261

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Автономное устройство содержит: корпус в виде стойки контрольно-измерительного пункта, оснащенного откидным кожухом, электронный блок, аккумулятор, клеммную панель, датчик и замок, размещенные на торцевом основании корпуса внутри откидного кожуха, на двухскатной крыше которого размещены солнечные панели, размещенные за пределами корпуса электрод сравнения, блок пластин-индикаторов скорости коррозии, протектор, управляемый вентильный элемент, соединительные кабели для подключения к клеммной панели, соответственно, электрода сравнения, блока пластин-индикаторов скорости коррозии, протектора, а также защищаемого сооружения, при этом электронный блок содержит входной коммутатор, преобразователь сигналов, контроллер измерения и управления, приемопередатчик с встроенной антенной и интерфейс, оснащенный соединителем для подключения внешних устройств.

Способ катодной защиты подземного стального трубопровода // 2671224

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Способ включает чередование контрольного и рабочего циклов, при этом в течение контрольного цикла снимают поляризационную кривую зависимости защитного потенциала участка трубопровода, расположенного в непосредственной близости от катодной станции, от логарифма выходного тока катодной станции, определяют верхний и нижний пределы регулирования защитного потенциала, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования потенциала, которое поддерживают на протяжении последующего рабочего цикла, вблизи нижнего предела регулирования, при этом в качестве верхнего предела принимают значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой, при этом в контрольном цикле перед процедурой снятия поляризационной кривой осуществляют дистанционную катодную поляризацию наиболее удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до нормированного значения (-0,85 В) при отсутствии выходного тока катодной станции с помощью расположенных вблизи упомянутых удаленных участков измерительных пунктов, содержащих измеритель потенциала, датчик потенциала, протектор, размыкатель, автономный источник питания и приемопередатчик, а значение катодного потенциала (-0,85 В), до которого поляризуют наиболее удаленные участки трубопровода, принимают в качестве нижнего предела диапазона регулирования защитного потенциала.

Способ измерения поляризационного потенциала стальных трубопроводов // 2645424

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки поляризационного потенциала подземных трубопроводов в процессе их электрометрического обследования.Сущность заявленного технического решения заключается в том, что предлагается в способе измерения поляризационного потенциала стального трубопровода изменение тока поляризации осуществлять путем изменения сопротивления электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных первого, второго и третьего резисторов и подключенной к двум входам схемы измерения поляризационного потенциала трубопровода, соединенным соответственно с пунктом измерения и электродом сравнения, при этом вначале усиливают и измеряют падение напряжения U1 от протекающего тока поляризации на первом и втором резисторах, подключенных к выходу пункта измерения, а далее увеличивают ток поляризации путем шунтирования первого и второго резисторов электрической цепи, измеряют усиленное падение напряжения U2 и определяют поляризационный потенциал Up по формуле где R1 - сопротивление первого резистора, подключенного к выходу пункта измерения; R 2 - сопротивление второго резистора; R 3 - сопротивление третьего резистора, подключенного к выходу электрода сравнения; Ky - коэффициент усиления падения напряжения; Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности измерения поляризационного потенциала без изменения энергетических параметров станции катодной защиты и достоверности сведений о защищенности стальных трубопроводов.

Интеллектуальное устройство катодной защиты с контролем процесса коррозии группы подземных металлических сооружений // 2764043

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений при их пролегании в зоне движения рельсового электротранспорта. Устройство содержит трансформатор, выпрямитель, фильтр, анодные заземлители основного и дополнительных металлических сооружений, силовые ключи, вентили, фильтры, интеграторы, модуляторы, датчики и задатчики защитного потенциала, блоки сравнения, корректоры, масштабирующие усилители, датчики вхождения и покидания зоны защиты электротранспортом, блоки радиопередачи, триггеры, сумматор, блоки памяти, корректирующие регистры, элементы контроля коррозии, сумматоры расчета действия коррозии, интегральные корректоры коррозии по потенциалу основного и дополнительных защищаемых сооружений. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты от коррозии посредством контроля величины коррозии в реальном времени и коррекции значений защитных токов в защищаемой зоне подземных металлических сооружений от величины реальной коррозии и характера движения рельсового электротранспорта в зоне их пролегания. 1 ил.