СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
METHOD FOR MEASUREMENT OF POLARISATION POTENTIAL OF METAL UNDERGROUND STRUCTURES

Изобретение относится к способам бесконтактной оценки с помощью электрохимического анализа эффективности катодной защиты поземных металлических сооружений.
Известен способ измерения электродных потенциалов подземных металлических сооружений, находящихся во внешнем поле электрических токов, путем исключения омической составляющей потенциала, для чего, с целью повышения точности, фиксируют потенциал вспомогательного электрода в момент его отключения от сооружения (а.с. СССР №305423, G01R 27/20).
Существенными недостатками способа являются:
1) необходимость предварительной установки стационарных подземных неполяризующихся электродов сравнения и вспомогательных электродов в предполагаемых точках проведения измерений:
2) сложность проведения периодического обслуживания подземного неполяризующегося электрода сравнения.
Имеется способ определения электрических параметров металлического подземного сооружения путем его поляризации и измерения напряжения между металлическим подземным сооружением и электродом сравнения, для чего, с целью расширения функциональных возможностей, одновременно фиксируют ток в измерительном контуре, включающем металлическое подземное сооружение и электрод сравнения, затем изменяют направление поляризации и вновь производят замер между металлическим подземным сооружением, электродом сравнения и током в измерительном контуре, определяют омическое сопротивление измерительной цепи по формуле:
0
1
2
1
2
R=(U-U)/(I+I),
1
1
где I, U - ток и напряжение в измерительном контуре при одном направлении поляризующего тока, когда он совпадает с направлением электродвижущей силы двойного слоя;
2
2
I, U- ток и напряжение в измерительном контуре при другом направлении поляризующего тока определяют величину потенциала сооружения по формуле
1
2
2
1
1
2
E=(UI-UI)/(I+I),
П
определяют величину поляризационного сопротивления R по формуле
П
1
1
2
2
R=0,5(U/I-U/I) (a.c. СССР №1188663, G01R 19/00).
Существенными недостатками способа являются:
1) необходимость применения при измерениях помимо милливольтметра с высоким входным сопротивлением моста постоянного тока и миллиамперметра, что резко снижает оперативность проведения измерений;
2) усложнение определения поляризационного потенциала вследствие необходимости проведения дополнительных расчетов;
3) снижение оперативности определения поляризационных потенциалов на больших расстояниях от контрольно-измерительных колонок из-за необходимости размотать провод от контрольно-измерительной колонки до точки измерения, а после окончания вручную смотать его на катушку, на что требуется значительное время.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится традиционный метод контроля электрохимической защиты - способ измерения разности потенциалов «труба-земля», при котором измерительный прибор (вольтметр или потенциометр) включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода (Н.П.Глазов. Анализ современных методов измерения поляризационных потенциалов на магистральных трубопроводах. // Материалы совещаний, конференций, семинаров. Современное состояние и проблемы противокоррозионной защиты магистральных газопроводов и газопромысловых сооружений отрасли. М.: РАО Газпром 1995. С.28-42.).
Среди недостатков способа следует перечислить следующие:
1) снижение оперативности определения поляризационных потенциалов на больших расстояниях от контрольно-измерительных колонок из-за необходимости растягивания провода от колонки до точки измерения, а после окончания - сматывания его на катушку, на что требуется значительное время.
2) наличие погрешностей в измерениях на больших расстояниях от контрольно-измерительной колонки из-за гетерогенности среды (грунта) по длине подземного сооружения.
Задачей изобретения является оперативное измерение поляризационного потенциала металлических подземных сооружений.
Поставленная задача достигается способом измерения поляризационного потенциала металлических подземных сооружений измерением разности потенциалов «труба-земля», при котором измерительный прибор включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода, для чего измерение потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов при этом сначала многопредельным милливольтметром с входным сопротивлением не менее 1,0 МОм измеряют разность потенциалов между катодом (трубой) и неполяризующимся электродом сравнения, установленным на первой станции измерения, после чего все последующие измерения разности потенциалов производят между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения, и далее между электродами сравнения каждой предыдущей и последующей станциями измерения по длине трубопровода; при всех измерения один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее ко всем предыдущим электродам сравнения, а для получения значения поляризационного потенциала станции №N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции №N суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из этой суммы потенциал электрода сравнения, а для уменьшения влияния гетерогенности грунта измерения ведут на коротких участках с шагом, не превышающим 100 м.
Новые существенные признаки:
1) измерения проводят с шагом, не превышающим 100 м;
2) все измерения разности потенциалов, кроме первого, проводят между электродами сравнения двух соседних станций измерения;
3) при всех измерениях один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее к предыдущему электроду сравнения на каждой из станций измерения;
4) для получения значения поляризационного потенциала станции №N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции №N суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из этой суммы потенциал электрода сравнения;
5) измерение потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов.
Перечисленные новые существенные признаки, в совокупности с известными, обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.
Получение технического результата изобретения достигается тем, что измерения проводят методом отключения, который основан на различии во времени спада поляризационного потенциала и омического падания напряжения. При отключении защитного тока омическое падение напряжения исчезает практически мгновенно, а спад поляризационного потенциала подземного стального сооружения происходит значительно медленнее. Измерение потенциала подземного металлического сооружения следует проводить через небольшой промежуток времени после отключения защитного тока, необходимый для исключения влияния переходных процессов. При этом все измерения, кроме первого, проводят между неполяризующимися электродами сравнения, что повышает оперативность измерений, так как измерения проводят на коротких участках без растяжки и сматывания километрового провода параллельным переносом короткого провода длиной, не превышающей 100 м с участка на участок, что позволяет исключить влияние гетерогенности грунта при измерениях, проводимых на больших расстояниях от контрольно-измерительной колонки. При всех измерениях необходимо, чтобы один и тот же зажим вольтметра подключался сначала к катоду (к проводнику, соединенному с телом трубы, выведенному на контрольно-измерительную колонку) и далее к предыдущему электроду сравнения на каждой из станций измерения по длине подземного трубопровода. Величину поляризационного потенциала относительно нормального водородного электрода (н.в.э.) трубопровода на станции №N определяют из выражения:
;
ПN
где E - поляризационный потенциал трубы на станции измерения №N;
1
ΔU - разность потенциалов труба - земля на первой станции измерения между выводом контрольно-измерительной колонки, соединенным с телом трубы и неполяризующимся электродом сравнения;
ЭС
U - потенциал неполяризующегося электрода сравнения;
i
ΔU - разность потенциалов между электродами сравнения на каждой из станций измерения от станции номер i=2 до станции номер i=N.
Пример
ЭС
1
2
3
Определить поляризационные потенциалы подземного трубопровода, после измерений на трех станциях измерения: у контрольно-измерительной колонки (станция №1), в 10 м от контрольно-измерительной колонки (станция №2) и в 25 м от первой станции измерения (станция №3 в 15 м от станции №2). Измерения проводились с помощью стандартного медно-сульфатного электрода сравнения: U=0,31 В н.в.э. Показания вольтметра на первой станции измерения (между телом трубы и электродом сравнения): ΔU=1,253 В, минус вольтметра подключен к проводу контрольно-измерительной колонки, который соединен с телом трубы. Показания милливольтметра на второй станции измерения (между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения): ΔU=-0,051 В, минус вольтметра подключен к электроду сравнения, установленному на первой станции измерения по оси трубы - у контрольно-измерительной колонки. Показания милливольтметра на третьей станции измерения (между электродами сравнения, установленными на второй и третьей станциях измерения): ΔU=0,023 В, минус вольтметра подключен к электроду сравнения, установленному на второй станции измерения - в 10 метрах по оси трубы от контрольно-измерительной колонки. Потенциал трубы на первой станции измерения (у контрольно-измерительной колонки) составляет:
П1
1
ЭС
Е=ΔU-U=1,253-0,31=0,943 В н.в.э.
Потенциал трубы на второй станции измерения (на расстоянии 10 м от контрольно-измерительной колонки) составляет:
П1
1
2
ЭС
Е=ΔU+ΔU-U=1,253-0,051-0,31=0,894 В н.в.э.
Потенциал трубы на третьей станции измерения (на расстоянии 25 м от контрольно-измерительной колонки) составляет:
П1
1
2
3
ЭС
Е=ΔU+ΔU+U-U=1,253-0,051+0,023-0,31=0,917 В н.в.э.