Способ определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов

 

(7l) Заявитель природных газов (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАЩИЩЕННОСТИ

ПОДЗЕИНЫХ ИАГИСТРАПЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Изобретение относится к электрФческой защите подземных металлических сооружений от почвенной коррозии и коррозии., вызываемой блуждающими токами и может быть использовано при,-опФ

$ .ределении степени защищенности и вели чины защитного тока, а также для обнаружения макрокоррозионных гальванопар на подземных магистральных ком" муникациях. в газовой, нефтяной и дру- 1 гих отраслях народного хозяйства.

В современной противокоррозионной защите наряду с изоляционными покрытиями применяют катодную защиту подземных коммуникаций, эффективность которой условно определяется .уровнем защитного потенциала.

Известны способы определения степени защищенности подземных трубопроводов с помощью измерения потенциа- 2 ла 1 J .

Эти способы позволяют получать данные о зонах недостаточной защиты ка2 тодно защищаемых коммуникаций. Степень защищенности в указанных методах определяется сравнением измеряемого ..защитного потенциала сооружения с ми нимальным защитным потенциалом, рав" ным (-0,85)- В, или смещением величины защитного потейциала-относительно стационарного на 0,3 В в катодную об" ласть. При этом используется. способ выносного электрода, при котором зонами недостаточной защиты считаются зоны с защитным потенциалом меньше .(-0,85) В или смещением в катодную область последнего относительно стационарного потенциала менее, чей на

0,3 В. Также применяется способ продольного и.поперечного градиента потенциалов, при котором -выявляются . анодные, незащищенные зоны по измеО нению знака градиента потенциалов, что в условиях внешнего мощного оля катодной защиты представляется aecbма проблематичным, в зачастую невоз3 9985 можным иэ-за малых размеров анодных зон и значительного затухания поля макрогальванопары на расстоянии, пре вышающем линейные размеры анода более, чем в 4-5 раз.

При этих способах невозможно также . определить необходимый ток катодной защиты, достаточный для подавления функционирования анодных зон корро зионных макрогальванопар, являющихся 10 одной из главных. причин высоких скоростей коррозионного разрушения металлов трубопроводоу, имеющих повреждения изоляционного покрытия, а также невозможно обнаружить анодные и катод-1Ф ные участки при небольших размерах повреждений изоляционного покрытия (ме-. нее 0,-5 х 0,5 м ).

Так обнаружение анодной или катодной зоны в области повреждения изоляции трубопровода площадью S =-= lхl=l м при глубине залегания

f=l м, удельном сопротивлении грунта

g =50 Ом/м и плотности тока защиты

j > =0 5 А/м производят способом поперечного градиента с помощью двух медно-сульфатных электродов сравнения, разнесенных на расстояние d =- 20 м. Тогда, градиент потенциалов равен 4 мВ. Для площади повреждения

S=0,1x0,1=0,01 м при тех же условиях градиент потенциала равен всего

0,04 мВ. Измерение величины градиента потенциала данного уровня в трассоеых условиях обычным способом не представляется возможным.

При образовании макрокоррозионных гальванопар на металлической поверхности наиболее активными являются макропары, в которых площадь анодного участка значительно меньше площади . катодного участка. При этом плотность анодного .тока может достигать . 5-10 А/м, а скорость коррозии 510 ммlгод. Для полного подавления то- 4 ка макропары необходимы, плотности то ка в 3-7, раз превышающие ток коррозии и измерение этих токов проводится пока только в лабораторных условиях.

При достижении полной защиты анодный ток за счет работы макрокоррозионной гальванопары становится равным нулю.

Известен также способ обнаружения повреждений на подземных сооружениях, который заключается в том, что на тру- бопровод подают переменный ток определенной частотй и при прохождении над трубопроводом с приемником, оснащен84 4 ным электродами, один из которых расположен над трубопроводом, а другой вынесен в сторону, место расположения дефекта определяют по утечке тока с трубопровода, имеющего сквозные повреждения в изоляционном покрытии.

Этот способ является одним из методов определения защищенности подземных сооружений 2 1 .

Однако способ определяет только наличие дефекта и место его расположения, но не позволяет выявить защищается ли обнаруженный дефект установкой катодной защиты и является ли данный дефект анодом макрогальванопары или просто местом втекания тока. Кроме того, этот способ не определяет величину защитной плотности тока, которая задается обычно чисто эмпирически, исходя из дан" ных коррозионной активности грунтов и состояния изоляции.

Существующая практика определения степени защищенности имеет не единый критерий защиты катодно защищаемых подземных конструкций, а совокупность (до 10) критериев, при соблюдении которых анодный ток металла считается равным нулю, а именно защитный потенциал (-0,85) В (что по последним данным во многих грунтах является явно недостаточным); защитная плотность тока в широком диапазоне значений от

0,5 до 500 А/м ; наличие дефектов;

2. значения продольного и. поперечного градиента потенциалов и др.

Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов измерения величины защитного тока при.определении степени защищенности подземных трубопроводов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, включающему операции измерения градиента защитного потенциала и определения дефекта в изоляционном покрытии, операции измерения ведут на коммутируемом в инфранизкочастотном диапазоне переменном токе, величину которого изменяют от нулевого значения дискретно через

104 от величины рабочего тока катодной станции до его максимально -о значения с интервалом времени, равным установившемуся значению поляриэационного потенциала, и измеряют уровень переменного сигнала в местах дефекта при каждом значении тока, после чего

998584 определяют величину защитного тока дефекта и всего плеча защиты в целом.

Принципиальное отличие предлагаемой операции измерения градиента потенциалов в области дефекта от исполь- зуемой заключается в том, что для создания градиента потенциалов используется ток катодной защиты, коммутируемый в инфранизком диапазоне частот и .изменяемого дискретно от нулевого 1о до максимального значений, при протекании которого по трубопроводу на поверхности земли в месте над дефектом возникает градиент потенциалов, величина которого увеличивается при увеличении тока катодной защиты, если дефект катодно защищаем; и уменьшается при увеличении. тока, если дефект является анодом макрогальванопары и ток недостаточен.для защиты данного дефекта, при этом уменьшение идет до нулевого значения сигнала, когда анодный ток металла становится равным ну-. лю, а величина внешнего тока, соответствующая нулевому сигналу над де- р5 фектом, принимается за величину защитного тока данного дефекта.

На фиг.1 представлена схема для измерений; на фиг.2 — график зависимости величины градиента потенциалов от поляризации образца при 3 =l„ -1мА и частоте коммутации катодной станции равной 3 Гц. (а - градиент по.тенциалов при катодной поляризации; б — градиент потенциалов при анодной поляризации); на фиг.3 — зависимость величины градиента потенциалов от площади дефекта при токе катодной защиты, равном 0,35 мА, и частоте коммутации 1,5 t u (в - при площади дефекта 0,0004 и ; г - при 0,0036 м д — при 0,01 м ); на фиг.4 — кривые изменения величины градиента потенциалов в местах нарушения изоляционного покрытия, представляющие собой дефект с макрогальванопарами с катодной и анодной зонами, в зависимости от величины защитного тока при частоте коммутации тока катодной станции равной 1,5 Гц (е - при токе коррозии

0,3 мА и токе защиты 0,001 мА; ж— при токе коррозии 0,17 мА и токе защиты 0,7 мА; з - при.токе коррозии равном нулю и токе защиты 1 мА; и — пар-

55 циальная кривая при токе коррозии, равном 0,3 мА, сигнал над катодной зоной; к — то же, парциальный сигнал над анодной зоной).

Предлагаемый способ использовали,: на участке газопровода. Проводилась проверка определения анодных зон и величины защитной плотности тока, необходимой для катодной защиты этих зон, на образцах трубной стали 17Г1С с площадью поверхности 0,01 м, 0,0036 м и 0,0004 м . Образцы имитирующие дефекты на трубояроводе, устанавливались таким образом, что имели различные потенциалы (моделирова" ние макропар дифференциальной аэрации) и при замыкании:одни из них были анодами, а другие - катодами. Иэ" мерения проводились по схеме, представленной на фиг. t.

-Операция обнаружения дефекта и определения величины защитного тока проводилась в следующем порядке.

На изолированный .трубопровод 1 со стальными образцами, имитирующими по" вреждения изоляции 2, подается комму" тиоуемый 6 инфраниэкочастотно»: диапазоне коммутатором 3, выход которого подключен к трубопроводу 1, ток катодной станции 4, плюсовой выход которой соединен с анодным заземлением 5, а минусовой - с входом коммутатора 3, и методсм- продольного или попереччого градиента потенциалов с помощью электродов 6 и приемника 7 с регистрирующим прибором 8 определяют места дефектов.

Затем с помощью блока 9 программ дискретно от нулевого значения через

10Ф от величины максимального в данных, условиях рабочего тока катодчой стан- ции 4 подают ток с. интервалом. времени, достаточным для установления постоянной величины поляриэационного потенциала. После установлечия блоком 9 программы заданной величины тока измеряют величину сигнала над дефектом.

Затем записывают величину тока, при котором величина сигнала: проходит через нулевое значение, над каждым дефектом и максимальное из всех определенных значений на контролируемом участке принимают за защитный ток всего плеча защиты катодной станции 4 в целом.

Сравнительные данные с известным способом не дают результатов, так как известный способ не улавливает дефектов таких малых размеров (менее 0,01м 1 и дает общий фон сигналов без различия величин площади образцов и их анодного или катодного статуса.

Поперечный градиент переменного поля, создаваемый защитным током стан7 . 9985 ции, коммутируемый в инфранизкочастотном диапазоне, измеряется приемником в местах дефекта-изоляционного покры" тия, трубопровода. При этом величина сигнала, регистрируемая приемником в 5 ,зоне дефекта, не зависит практически от знака поляризации(фиг.2), а при

1одинаковом уровне, защитного -Тока зависит только от площади дефекта (Фиг.3) и находится в прямо пропорциональной tO зависимости от величины тока, т.е. величина сигнала находилась в прямо пропорциональной зарисимости от плотности тока стекающего или натекающего на металлическую поверхность, контактиру:!5 ющую в области дефекта изоляции трубопровода с почвенным электролитом.

При исследовании образцов .с макрогельванопарами при малом защитном токе величина сигнала над анодной зоной gO, (с малой площадью дефекта) больше вследствие большей плотности тока (кривая е, фиг.4). При увеличении защитного тока сигнал, принятый приемником над катодной зоной, резко возрастает, так как 25 основная часть защитного тока приходится на катодную зону как зону с мень-. шим сопротивлением растеканию тока (кривая ж, фиг.4), а над анодной зоной при этом сигнал уменьшается. По . lo достижении уровня защитного тока, при котором величина тока коррозии, т.е. тока, стекающего с анодного учас ка в зоне действия макрогальванопары, становится равной нулю, сигнал на выходе 55 приемника над анодной зоной стремится к нулю, в то время как над катодной, зоной сигнал резко возрастает (кривая э, фиг.4). Уровень сигнала (градиента по,тенциалов) при каждом значении. защит- 40 ного тока измеряется в милливольтах.

Ток защиты, т.е. ток, необходимый для подавления тока коррозии, дан-. ного дефекта составляет в данномслучае 1 мА. 45

Использование предлагаемого способа определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов обеспечивает по сравнению с известными способами получение 50 данных о наличии анодных и ка" тодных зон . на трубопроводах с поврежденной изоляцией, степени защищенности и необходимого тока защиты; определение и измерение уров- $$ ня защитного тока, .при котором прекращается работа -макрогальванопар и объединение операций измерения уров84 8 ня защитного потенциала при катодной защите, обнаружения дефектов изоляционного покрытия и измерение сигналов (градиента потенциалов) в зонах дефекта за счет. коммутации защитного тока установки катодной защиты пра формировании контрольного сигнала переменного тока в трубопроводе.

На магистральных газопроводах ежегодно проводятся коррозионные обследования с целью обнаружения и предупреждения развития корроэионных процессов. Эти обследования проводятся при помощи измерений приборами и осмотром в контрольных шурфах, по результатам которых проводится отбраковка участков труб и выборочный ремонт. При применении предлагаемого способа факторами, обеспечивающими зкономический эффект ат его применения являются:

1. Снижение объемов работ по вскрытию газопроводов в; .результате повышения точности определения степени защищенности оголенных участков трубы и необходимости ремонта изоляции незащищенных участков.

2. Снижение объемов работ по визуальному обследованию коррозионного состояния газопровода в контрольных шурфах..

3. Снижение материальных и трудовых затоат в результате возможности проведения механизированного обследования газопровода.

4. Увеличение производительности труда, обусловленной механизированным обследованием.

Зкономический эффект с учетом изложенных факторов на базе сравнения с современными споообами и приборами

) определения степени защищенности и обнаружения дефектов, например, Пеленг-1, составит. 30 тыс.руб./год.

Формула изобретения

Способ определения степени защи.щенности подземных магистральных трубопроводов, включающий операции измерения. градиента потенциалов и определения дефекта в изоляционном покрытии, отличающийся тем, .что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения величины защитного тока и степени защищенности, операцию измерения ведут на комi

9 :998584 10 мутируемом в инфраниэкочастотном диа-- защитного тока дефекта и всего плеча пазоне переменном токе, величину ко- защиты в целом. торого изменяют от. нулевого значения дискретно через 1ОФ от величины рабо- . Источники информации м чего тока катоднои станции до его мак-у принятые во внимание при экспертизе симального значения, с интервалом, 1. Глазов Н..П., Стрижевский И.В., времени, равным установившемуся зна- . калашникова А.M. и др. Иетоды контрочению поляризационного потенциала, и ля и измерений при защите подземных измеряют уровень переменного сигнала сооРужений от коррозиции. И., "Недра", в местах дефекта при кащдом значении. 10 1978, с.65-79. тока., после чего определяют. величину 2. Там же, с. 138-141.

"998584

ОФ

01

6@3

Составитель С.Пономарев

Техред Ж. Кастелевич Корректор М ulaP N

Редактор Н.Бобкова

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1085/49 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5