СИСТЕМА КОРРОЗИОННОГО МОНИТОРИНГА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к электрохимической защите от коррозии, предназначена для оперативного контроля параметров электрохимической защиты и дистанционного управления работой устройств катодной защиты магистральных трубопроводов.
Известно устройство для катодной защиты металлических и/или металлосодержащих подземных сооружений от коррозии, содержащее автоматический входной выключатель, блок формирования управляющих импульсов, переключатель режима, инвертор, источник опорного напряжения, блок контроля и защиты, вспомогательный электрод, расположенный вблизи защищаемого подземного объекта и подсоединенный к блоку выделения контролируемого потенциала, который соединен с блоком формирования управляющих импульсов. Устройство также имеет электрод сравнения, блок сравнения, который соединен с переключателем режима защиты, блок контроля и защиты соединен с источником опорного напряжения и с автоматическим входным выключателем и/или с входами фазосдвигающего блока. При этом электрод сравнения и вспомогательный электрод расположены между защищаемым подземным сооружением и анодным заземлителем. Однако данное устройство недостаточно эффективно и не обеспечивает надежную защиту.
Известно устройство управления катодной станции [2], содержащее источник питания, синхронизатор, соединенные между собой последовательно генератор и блок смещения. Имеется магнитный дифференциальный элемент с пятью обмотками: обмотка считывания, обмотка смещения и выходные обмотки, подключенные к тиристорам катодной станции. Катодная станция содержит трансформатор и полууправляемый мостовой выпрямитель. Учитывая низкое входное сопротивление цепи трубопровод-заземлитель в цепи измерительной обмотки возможна установка фильтра с большим сопротивлением для переменной составляющей сигнала на выходе дифференциального магнитного элемента. Одновременно фильтр выполняет функции уменьшения пульсаций управляющего сигнала. Недостатком данного устройства является сложность управления объектами защиты.
Наиболее близким техническим решением является устройство катодной защиты многониточных магистральных подземных трубопроводов [3]. Устройство содержит два блока питания - основной и резервный, блок
автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты - основная и резервная, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, блок измерения и обработки информации, блок приема и передачи, антенну, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, блок логики, телеизмерения и телерегулирования, блок коммутации и измерения параметров защиты. По числу трубопроводов устройство содержит соответствующее количество электродов сравнения, датчиков поляризационного потенциала, датчиков скорости коррозии и датчиков наводороживания.
Недостатком прототипа является ограниченная дальность передачи информации, некачественная и незащищенная связь между диспетчерскими, контролируемыми и контрольно-измерительными пунктами, обусловленная работой по радио или радиокабельному каналу УКВ.
В основу полезной модели положена задача создания такой системы коррозионного мониторинга и катодной защиты, которая обеспечивала бы эффективную электрохимическую защиту магистральных подземных трубопроводов, а также удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты по средствам сотовой и спутниковой связи.
Поставленная задача достигается тем, что в систему коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных трубопроводов и подземных сооружений, включающую в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок коммутации и измерения параметров защиты, дополнительно введен блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока коммутации и измерения параметров защиты, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом.
В разработанной системе используются линии космической и сотовой связи между диспетчерским и контролируемым пунктом, обладающие большой устойчивостью, помехозащищенностью и цифровым кодированием. Для линий связи этого типа свойственна большая кратность резервирования. Система работает в диапазоне частот от 1 до 36 ГГц, что дополнительно повышает надежность и стабильность связи. Нет ограничений по дальности передачи информации.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой системы. Она содержит два блока питания 1, 2, основной и резервный соответственно, блок автоматического ввода резерва 3, две установки катодной защиты 4, 5 основная и резервная соответственно, глубинное анодное заземление 6, блок
блок измерения и обработки информации 10, блок коммутации и измерения параметров защиты 11, электрод сравнения 12, датчик поляризационного потенциала 13, датчик скорости коррозии 14, датчик наводороживания и телерегулирования 15, блок управления и связи 16, антенна 17.
Устройство работает следующим образом.
При подаче напряжения переменного тока от основного или резервного блоков питания 1, 2 соответственно блок автоматического ввода резерва 3 подает питание на основную установку катодной защиты 4 от основного блока питания 1, которая начинает работать и через блок совместной защиты 7 обеспечивает подачу и распределение по ниткам трубопроводов 8 защитных токов Iз, которые, в общем случае, зависят от диаметра трубопровода, удельного переходного сопротивления грунта и переходного сопротивления изоляции.
При включении основной установки катодной защиты 4 на одном из ее выходов формируется сигнал, который поступает в блок автоматического ввода резерва 3 и блокирует в нем цепи включения резервной установки катодной защиты 5. Одновременно защищаемые нитки трубопроводов 8 начинают поляризоваться отрицательным потенциалом относительно анодного заземления 6 и протяженного заземления 9 и на них появляется разность потенциалов относительно электрода сравнения 12, которая с одной из ниток (в рассматриваемом случае с первой нитки трубопровода 8) подается на выходы установок катодной защиты 4, 5.
Работающая установка 4 сравнивает это напряжение с предварительно заданным и в соответствии с величиной отсчета изменяет ток до требуемого значения.
Для выравнивания распределения защитных потенциалов по всей длине защищаемых ниток трубопроводов 8 устройство содержит протяженные анодные заземления 9, расположенные в непосредственной близости от трубопроводов 8. В случае выхода из строя основного блока питания 1 блок автоматического ввода резерва 3 автоматически переключается на работу от резервного блока питания 2. При выходе из строя установки катодной защиты 4 на блок 3 не поступает сигнал, запрещающий работу резервной установки катодной защиты 5, которая начинает работать и с нее в этом случае поступает сигнал в блок 3, запрещающий работу основной установки катодной защиты 4. Установка 5 начинает работать, обеспечивая требуемый защитный потенциал на нитках трубопроводов 8 относительно анодного заземления 6 и протяженных анодных заземлений 9. Мониторинг, дистанционный контроль и регулирование режимов электрохимической защиты всех ниток трубопроводов 8 осуществляет телеметрическая система, состоящая из блока измерения и обработки информации 10, блока коммутации и измерения параметров защиты 11, датчиков поляризационного потенциала 13, датчиков скорости коррозии 14, датчиков наводороживания 15, блока управления и связи 16 с антенной 17.
С диспетчерского пункта оснащенного автоматизированным рабочим местом (АРМ) по сотовой или спутниковой связи осуществляется вызов
С диспетчерского пункта оснащенного автоматизированным рабочим местом (АРМ) по сотовой или спутниковой связи осуществляется вызов данной системы по средствам модема сотовой связи и блок управления и связи 16 начинает работу в режиме контроля параметров. В первую очередь контролируются параметры в блоке измерения и обработки информации 10, на входы которого подаются сигналы, характеризующие выходные режимы работающей установки катодной защиты 4 или 5. Затем опрашиваются датчики 12-15 всех трубопроводов 8, которые подключены к блоку коммутации и измерения параметров защиты 11.
Сигналы от датчиков последовательно через коммутатор блока 11 поступают на блок 16, с выхода которого через антенну 17 по сотовой или спутниковой связи передаются на диспетчерский пункт, расположение которого определяется возможностями сотовой или спутниковой связи. В случае необходимости изменения режима работы установок катодной защиты 4 или 5, с диспетчерского пункта выдается соответствующая команда, которая принимается через антенну 17 блоком устройства связи 16. Сигнал телерегулирования выделяется блоком 16 и через второй выход поступает на первые входы установок катодной защиты 4, 5. Этот сигнал вызывает изменение заданного напряжения в установке катодной защиты 4 или 5, и они изменяют свой режим работы в соответствии с принятой командой.
Предложенная конструкция системы коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных трубопроводов и подземных сооружений за счет введения в нее блока управления и связи с модемом сотовой связи позволяют решить поставленные задачи. В отличие от прототипа, в котором дистанционный контроль осуществляется по средствам радио связи, предложенная система дистанционно управляется по средствам сотовой (стандарты GSM и CDMA) и спутниковой связи, что позволяет повысить качество и надежность приема и передачи данных за счет дуплексного режима связи, пакетной передачи (получения) данных, проверки переданных (полученных) пакетов и помехозащищенности. Кроме того, используемая система связи позволяет передавать данные через несколько станций связи (сотовый принцип построения) на неограниченные расстояния. Использование цифровой системы связи упрощает задачу управления объектами электрохимической защиты.
Источники информации:
1. Патент РФ №2051989, кл. C 23 F 13/02, 1996 год.
2. Патент РФ №2031978, кл. C 23 F 13/00, 1995 год.
3. Патент РФ №2086703, кл. C 23 F 13/22, 1995 год. - прототип.