Система аварийного управления станцией катодной защиты

Авторы патента:

C23F13/04 - управление или регулирование требуемыми параметрами

Владельцы патента RU 2783437:

Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский" (RU)

Изобретение относится к оборудованию электрохимической защиты для управления аварийным режимом работы станции катодной защиты (СКЗ) и может быть использовано в системах катодной защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в том числе трубопроводов. Система содержит основной блок управления, связанный с блоком защиты от перенапряжения и короткого замыкания, выполненным с защитным TVS-диодом и перегорающим предохранителем и входящим в состав узла аварийного управления (УАУ), содержащего также блок питания, блок управления, модуль автоматического включения блока управления, реле времени, аккумулятор, зарядное устройство и источник напряжения. Она дополнительно содержит тиристорный модуль, связанный с блоком управления. При этом блок управления выполнен в виде генератора импульсов с усилителем тока и импульсным трансформатором, а выход генератора импульсов блока управления соединен с тиристорным модулем. Причем модуль автоматического включения блока управления выполнен с возможностью обнаружения отсутствия напряжения на основном блоке и содержит детектор наличия сетевого напряжения с оптронной развязкой и логический элемент триггера. Первый вход модуля автоматического включения связан с основным блоком управления, второй вход - с аккумулятором, а выход - с реле времени, которое выполнено с возможностью задержки сигнала на включение блока управления, а аккумулятор связан с зарядным устройством, которое питается от источника напряжения. Технический результат - получение высоких защитных свойств системы управления СКЗ за счет возможности узла аварийного управления регулировать напряжение и ток, необходимые для защиты магистрального трубопровода от коррозии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Во время аварийного режима, вызванного перенапряжением (короткое замыкание, гроза), СКЗ начинает работать на полную мощность, что приводит к завышению по модулю защитных потенциалов относительно нормируемых значений, перерасходу электроэнергии и в целом значительно удорожает эксплуатацию СКЗ и оказывает отрицательное влияние на состояние изоляционного покрытия трубопровода, а также ведет повышенному растворению анодных заземлений.

Известна ветроэлектростанция катодной защиты трубопроводов (RU 2117184, опубл.10.08.1998), принцип работы которой заключается в формировании на трубопроводе относительно анодных заземлителей импульсного напряжения с релейным регулированием защитного потенциала, текущее значение которого контролируется электродом сравнения. При наличии выходного тока станции, протекающего в цепи «трубопровод-грунт-анодные заземлители», текущее значение потенциала «труба-грунт» сравнивают с пороговым значением, соответствующим максимальному критическому значению потенциала, при превышении которого выходной ток станции отключают, а при отсутствии выходного тока станции значение потенциала «труба-грунт» сравнивают с пороговым значением, соответствующим минимальному критическому значению потенциала, при снижении ниже которого выходной ток станции включают. Таким образом, временные параметры выходного импульсного сигнала станции задаются характером и скоростью изменения защитного потенциала.

Для станции характерны большие пульсации потенциала в процессе их стабилизации (от -0.85 В до -1.5 В). Кроме этого, длительность импульса выходного тока станции и время его паузы могут существенно меняться в процессе работы.

Известно также устройство защиты от коррозии импульсным током (RU 2223346, опубл.10.02.2004), содержащее электронный блок с источником постоянного тока, импульсным усилителем и схемой формирования импульсов, установленные в токопроводящей среде на заданном расстоянии от защищаемого сооружения заземляющее устройство, измерительные электроды потенциала защищаемого сооружения и потенциала поляризации. Источник постоянного тока подсоединен через импульсный усилитель к защищаемому сооружению и к заземляющему устройству. Измерительные электроды соединены со схемой формирования импульсов электронного блока. Выход последнего подсоединен к управляющему входу импульсного усилителя. Между источником постоянного тока и импульсным усилителем установлены последовательно зарядное устройство и накопитель электроэнергии.

Недостатками известного устройства являются низкая точность поддержания потенциала и неравномерность поддержания потенциала на протяжении защищаемого участка трубопровода.

Известно также устройство для поддержание защитных потенциалов на подземных сооружениях при исчезновении электропитания (220 В) на станции катодной защиты (RU 102008, опубл.10.02.2011), которое обеспечивает непрерывную защищенность подземных сооружений во времени при аварийном исчезновении электропитания на станции катодной защиты. Однако, во время перенапряжения возможен выход из строя самой станции катодной защиты, так и устройства поддержания защитного потенциала. Вследствие чего станция остается без электрохимической защиты.

Известно устройство автоматического ввода резерва для устройства катодной защиты магистральных трубопроводов от коррозии (RU 136436, опубл. 10.01.2014). Данное устройство может использоваться только там, где есть резервная линия. В случае выхода из строя данного устройства станция остается без электрохимической защиты.

Известно устройство для катодной защиты с автономным питанием (RU 2713898, опубл. 10.02.2020), предназначенное для электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в коррозионно-активных электролитических средах, в частности в морской среде. Однако при неисправности солнечной батареи, а также в темное время суток, устройство не работает.

В аналогах представлены импульсные СКЗ, блоки переключения с основного питания на резервное и альтернативные источники питания – аккумуляторы и солнечные батареи, необходимые для повышения надежности СКЗ.

Анализ аналогов показал отсутствие известности систем управления СКЗ с аварийными резервными узлами управления, которые бы включись автоматически при выходе из строя основного блока управления при перенапряжении.

Техническая задача – создание универсальной системы управления СКЗ магистрального трубопровода, которая в случае перенапряжения автоматически запускает узел аварийного управления до приезда обслуживающего персонала и может быть использована на всех типах трансформаторных СКЗ с тиристорным управлением.

Технический результат – получение высоких защитных свойств системы управления СКЗ за счет возможности узла аварийного управления регулировать напряжение и ток, необходимые для защиты магистрального трубопровода от коррозии.

Технический результат достигается за счет того, что система аварийного управления станцией катодной защиты содержит основной блок управления, связанный с блоком защиты от перенапряжения и короткого замыкания, выполненным с защитным TVS-диодом и перегорающим предохранителем и входящим в состав узла аварийного управления (УАУ), содержащего также блок питания, блок управления, модуль автоматического включения блока управления, реле времени, аккумулятор, зарядное устройство и источник напряжения. Она дополнительно содержит тиристорный модуль, связанный с блоком управления. При этом блок управления выполнен в виде генератора импульсов с усилителем тока и импульсным трансформатором, а выход генератора импульсов блока управления соединен с тиристорным модулем. Причем модуль автоматического включения блока управления выполнен с возможностью обнаружения отсутствия напряжения на основном блоке и содержит детектор наличия сетевого напряжения с оптронной развязкой и логический элемент триггера. Первый вход модуля автоматического включения связан с основным блоком управления, второй вход – с аккумулятором, а выход - с реле времени, которое выполнено с возможностью задержки сигнала на включение блока управления, а аккумулятор связан с зарядным устройством, которое питается от источника напряжения.

Система дополнительно содержит счетчик наработки времени станции катодной защиты.

Во время аварийного режима, вызванного перенапряжением СКЗ (короткое замыкание, гроза и т.п.) узел аварийного управления (УАУ) заявляемой системы включается автоматически, регулирует и поддерживает напряжение и ток, необходимые для защиты магистрального трубопровода от коррозии.

Указанный узел может быть использован на всех типах трансформаторных СКЗ, где есть тиристорное управление, с небольшой доработкой под каждую станцию.

Счетчик наработки времени необходимо устанавливать в случае необходимости контроля время работы СКЗ.

На чертеже представлена схема системы аварийного управления станцией катодной защиты, где:

1 - блок питания;

2 - блок защиты от перенапряжения и короткого замыкания, включающий TVS-диод (не показан), который в случае аварии за короткое время уменьшает свое сопротивление, при этом ток в цепи резко возрастает и происходит перегорание предохранителя (не показан);

3 - блок управления, содержит усилитель тока и генератор импульсов (не показаны), который подает управляющие сигналы на тиристорный модуль;

4 - модуль автоматического включения УАУ (или детектор напряжения), запитывается от независимого источника питания – аккумулятора. При отсутствии питания основного блока модуль осуществляет включение УАУ;

5 - реле времени, состоит из микросхемы таймера, с которого подается сигнал на включение модуля управления с задержкой по времени (например, 10 секунд). Задержка необходима для того, чтобы напряжение пришло в норму после перенапряжения;

6 – тиристорный модуль, предназначенный для выпрямления и регулирования переменного тока;

7 - аккумулятор, который является независимым источником питания, заряжается от зарядного устройства и питается от источника напряжения 220 В;

8 - зарядное устройство;

9 - источник напряжения 220 В;

10 - основной блок управления;

11 - счетчик наработки времени, который включается при подаче питания с блока питания;

12 - узел аварийного управления (УАУ).

Заявляемая система работает следующим образом.

В случае аварии (например, грозы) блок 2 защиты от перенапряжения и короткого замыкания включает TVS-диод (не показан), который за короткое время уменьшает свое сопротивление, при этом ток в цепи резко возрастает и происходит перегорание предохранителя (не показан), а основной блок управления 10 выходит из строя.

В случае выхода из строя основного блока управления 10 модуль 4 автоматического включения УАУ 12, который содержит детектор наличия сетевого напряжения с оптронной развязкой и логический элемент триггера (не показаны) «видит» пропажу сети 220 вольт на основном блоке управления 10 и подает сигнал на реле времени 5 с микросхемой таймера, с которого поступает сигнал на включение блока управления 3 с задержкой 10 секунд. За это время напряжение приходит в норму. Блок управления 3 содержит генератор импульсов и усилитель тока, с которых подаются управляющие сигналы на тиристорный модуль 6.Счетчик наработки времени 11 включается при подаче питания с блока питания 1.

Опытный образец системы прошел успешные испытания на УКЗ № 11 Нижняя Тура-Пермь, 3119 км., Горнозаводское ЛПУМГ.

1. Система аварийного управления станцией катодной защиты, содержащая основной блок управления, связанный с блоком защиты от перенапряжения и короткого замыкания, выполненным с защитным TVS-диодом и перегорающим предохранителем и входящим в состав узла аварийного управления, содержащего также блок питания, блок управления, модуль автоматического включения блока управления, реле времени, аккумулятор, зарядное устройство и источник напряжения, дополнительно содержит тиристорный модуль, связанный с блоком управления, при этом блок управления выполнен в виде генератора импульсов с усилителем тока и импульсным трансформатором, а выход генератора импульсов блока управления соединен с тиристорным модулем, причем модуль автоматического включения блока управления выполнен с возможностью обнаружения отсутствия напряжения на основном блоке и содержит детектор наличия сетевого напряжения с оптронной развязкой и логический элемент триггера, при этом первый вход модуля автоматического включения связан с основным блоком управления, второй вход - с аккумулятором, а выход - с реле времени, которое выполнено с возможностью задержки сигнала на включение блока управления, а аккумулятор связан с зарядным устройством, которое питается от источника напряжения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит счетчик наработки времени станции катодной защиты.

Изобретение относится к области применения электротехники и электроники в судостроении и может быть использовано для катодной защиты подводной части корпусов морских судов, нефтегазодобывающих платформ, плавучих электростанций и других морских сооружений от коррозии. Система содержит электроды сравнения, аноды, контроллер и блок управления и индикации, при этом она снабжена модулем сопряжения с системой управления корабля, вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу контроллера, модулем управления токами преобразователей, первый вход-выход которого подключен к третьему входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине управления токами преобразователей автономного питания анодов, модулем потенциалов, первый вход-выход которого подключен к четвертому входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине потенциалов, преобразователями автономного питания анодов, выход каждого из которых соединен с соответствующим анодом, а вход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины управления токами преобразователей автономного питания анодов, и цифровыми датчиками потенциала корпуса корабля, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего электрода сравнения, а выход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины потенциалов.

Способ катодной защиты разветвленных подземных трубопроводов // 2765677

Изобретение относится к области катодной защиты подземных стальных трубопроводов. Перед отключением станций катодной защиты (СКЗ) из общего числа СКЗ выделяют группы СКЗ, находящиеся на местности внутри окружности, заданной радиусом с центром в точке подключения к трубопроводу СКЗ, имеющих низкие значения выходного тока, выбранного в диапазоне менее или равно 2 А, по сравнению с остальными СКЗ в группе, при этом значение радиуса задают в зависимости от типа СКЗ: для городских трубопроводов - 300 м, а для трубопроводов, находящихся вне населенных пунктов - 2 км, данные о рабочих параметрах СКЗ из этих групп формируют в список, отсортированный в порядке возрастания выходного тока и убывания сопротивления анодного заземления СКЗ, далее поочередно отключают в постоянный ненагруженный резерв СКЗ, имеющие низкие значения выходного тока, начиная с начала списка группы и пошагово увеличивают выходной ток неотключенных СКЗ, начиная с конца списка группы, не допуская при этом перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых критических значений защитных потенциалов.

Способ и устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения // 2750847

Изобретение относится к обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта электрохимической коррозии металла подземных сооружений. Техническим результатом изобретения является обеспечение поддержания стабильного электродного потенциала электрода сравнения.

Способ противокоррозионной защиты магистрального трубопровода в условиях города. // 2749962

Изобретение относится к области противокоррозионной защиты и может быть использовано для увеличения надежности системы катодной защиты магистрального трубопровода в условиях города. Способ характеризуется тем, что на трубопровод с оборудованием системы электрохимической защиты от коррозии устанавливают аппаратный комплекс, обеспечивающий дистанционное измерение и управление параметрами системы защиты посредством использования на установках катодной защиты (УКЗ) и контрольно-измерительных пунктах в контрольных точках оборудования подсистем дистанционного коррозионного мониторинга, обеспечивающего измерение параметров защиты, оборудования подсистем контрольно-измерительного пункта и программный модуль, позволяющий на основе получаемых параметров системы защиты в режиме реального времени выполнять расчет оптимальных режимов работы УКЗ, определяют УКЗ, которые можно вывести в резерв с обеспечением защищенности трубопровода во всех контрольных точках, отключают необходимые УКЗ, устанавливают и поддерживают минимально достаточные режимы работы УКЗ, не допуская перехода потенциала труба-земля в область недопустимых значений.

Способ измерения поляризационного потенциала подземного стального сооружения // 2747723

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризационного потенциала. Технический результат заключается в повышении достоверности результата измерения поляризационного потенциала.

Способ защиты от коррозии подземных металлических сооружений // 2731707

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлов от коррозии и может быть использовано для защиты подземных металлических сооружений в агрессивной среде, в частности для защиты трубопроводов в водоснабжении, газовой и нефтяной промышленности. Способ включает подачу на защищаемую металлическую поверхность последовательности импульсов тока определенной амплитуды и длительности при заданном диапазоне защитного потенциала защищаемой поверхности, причем значения длительности и амплитуды импульсов определяют следующим образом: изменяют длительность импульсов при начальном значении коэффициента заполнения 2,5% и минимальном значении амплитуды, равном величине постоянного тока, обеспечивающего значение заданного диапазона потенциала защищаемой поверхности, при этом производят постоянное измерение текущего потенциала защищаемой поверхности и сравнение его с заданным диапазоном потенциалов, изменение длительности импульсов продолжают до получения величины коэффициента заполнения ≥80%, затем увеличивают амплитуду импульсов и при достижении значения текущего потенциала защищаемой поверхности выше предельного значения в заданном диапазоне уменьшают длительность импульсов до получения значения, обеспечивающего потенциал в пределах заданного диапазона, затем поддерживают полученные значения длительности и амплитуды импульсов.

Электронагревательное устройство с нагревательным элементом с электрическим приводом и анодом для катодной защиты от коррозии // 2724655

Настоящее изобретение относится к электронагревательному устройству (10) для использования в емкости для воды, содержащему металлический крепежный элемент (20) для прикрепления электронагревательного устройства (10) к емкости для воды, нагревательный элемент (26) с электрическим приводом, анод (12) для катодной защиты от коррозии и регулируемый резистор (46), причем нагревательный элемент (26) находится в электрическом контакте с крепежным элементом (20) и/или емкостью для воды посредством регулируемого резистора (46), и нагревательный элемент (26) и анод (12) расположены физически вблизи друг от друга на крепежном элементе (20).

Система коррекции защитных потенциалов станций катодной защиты при действии электромагнитных полей // 2696514

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлов путем катодной защиты и может быть использовано для автоматического регулирования защитного потенциала при действии источников электромагнитных полей в зоне пролегания трубопроводов. Система содержит ведущую и ведомые станции катодной защиты, корректируемые задатчики величины защитного потенциала, электроды сравнения, удаленные точки измерения потенциалов, линии связи, корректирующие сумматоры, блоки сравнения, датчики нагрузки силового модуля, нормирующие усилители, задатчики нижнего и верхнего допустимого уровня защитного потенциала ведомых станций катодной защиты и удаленных точек, компараторы, задатчики максимально допустимого уровня нагрузки, задатчики потенциалов, модуль приемника сотовой связи по сети Интернет с антенной, блок памяти текущего положения, параметров движения и типа электротранспорта в зоне действия ведущей и ведомых станций катодной защиты, маршрутизатор, блоки фиксации и расчета величины коррекции защитного потенциала при электромагнитных воздействиях электротранспорта в зоне действия станций катодной защиты.

Устройство для контроля защитного потенциала подземного металлического сооружения // 2694854

Изобретение относится к устройствам для контроля защитного потенциала подземного металлического сооружения. Устройство содержит блок контроля, источник светового излучения и волоконно-оптический датчик потенциала, соединенные с волоконно-оптическим кабелем.

Устройство для электрохимической защиты газопровода от коррозии // 2677569

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано для катодной защиты магистральных газовых трубопроводов. Устройство содержит источник питания, измерительный электрод, вспомогательный электрод-анод, при этом оно снабжено сеткой рабица, выполненной в виде изоляционного слоя газопровода, датчиком контроля катодного тока, аналого-цифровым преобразователем, интерфейсом и компьютером, при этом измерительный электрод последовательно связан с датчиком контроля катодного тока, аналого-цифровым преобразователем, интерфейсом и компьютером, выход аналого-цифрового преобразователя связан с входом источника питания, а изоляционный слой соединен с вспомогательным электрод-анодом.