УСТРОЙСТВО ТЕЛЕМЕТРИИ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к средствам для электрохимической защиты подземных трубопроводов, оборудования и металлических конструкций зданий, сооружений.
Методы защиты подземных металлических трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений от коррозии подразделяются на пассивные и активные.
Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр). Однако, на практике не удается добиться полной сплошности изоляционного покрытия. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.
Одновременно с пассивными методами защиты трубопровода от коррозии, одновременно применяется и активная защита, связанная с управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла трубы и грунтового электролита. Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Катодную защиту трубопроводов можно осуществить применением магниевых жертвенных анодов-протекторов (гальванический метод), либо применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс - с анодным заземлением (электрический метод).
На практике в качестве жертвенных гальванических анодов используются протекторы из магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов. Известен, например, протектор для защиты от коррозии газонефтепродуктопроводов, состоящий из анода, выполненного в виде металлической отливки магниевого сплава и контактного сердечника, размещенного в мешке, заполненном порошкообразным активатором, через горловину которого пропущен изолированный провод, соединяющий контактный сердечник анода с защищаемым сооружением, отличающийся тем, что место соединения изолированного провода с контактным сердечником анода изолировано от внешней среды диэлектриком, см. патент РФ №69522.
Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Для защиты подземных трубопроводов от коррозии по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты. В состав станций катодной защиты входят источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, контрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели. Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.
Известна, например, система катодной защиты магистральных трубопроводов, которая включает катодно-поляризуемый трубопровод и установку катодной защиты, при этом каждая установка катодной защиты содержит катодную станцию (преобразователь), пункты приема и регистрации информации, источник сетевого электроснабжения, глубинное анодное заземление, блок измерения и обработки информации, датчик поляризационного потенциала, датчик скорости коррозии, блок приема и передачи, электрод сравнения, блок логики, телеизмерения и телерегулирования, блок коммутации и измерения параметров защиты, см. патент РФ №2202001.
Протекторные защиты, также как и системы катодной защиты требуют постоянного производства удаленных измерений, сбора информации и передачи ее соответствующим операторам. Эту задачу выполняют известные средства телеметрии.
Известна, например, система катодной защиты, включающая катодно-поляризуемый трубопровод, установки катодной защиты, при этом каждая установка катодной защиты содержит катодную станцию, источник сетевого электроснабжения, глубинное анодное заземление, датчик поляризационного потенциала, блок телеметрии и телеуправления и блок коммутации, отличающаяся тем, что каждая установка катодной защиты дополнительно содержит резервную катодную станцию, блок автоматического включения резервной катодной станции, блок контроля времени наработки и блок грозозащиты, при этом первый вход блока автоматического включения резерва соединен с основной катодной станцией, второй вход - с резервной катодной станцией, третий вход блока автоматического включения резерва через блок контроля времени наработки, блок коммутации входных и выходных цепей и блок грозозащиты соединен с сетевым кабелем, а четвертый вход через блок контроля времени наработки, блок коммутации входных и выходных цепей и блок грозозащиты соединен с датчиком потенциала, первый выход блока автоматического включения резерва соединен с основной катодной станцией, второй выход - с резервной катодной станцией, третий выход блока автоматического включения резерва через блок контроля времени наработки, блок коммутации входных и выходных цепей и блок грозозащиты соединен с трубопроводом, а четвертый выход блока автоматического включения резерва через блок контроля времени наработки, блок коммутации входных и выходных цепей и блок грозозащиты соединен с кабелем анодного заземления, см. патент РФ №71985.
Для контроля параметров и состояния средств протекторной электрохимической защиты применяются различные системы телеметрии, связь с которыми осуществляется по GSM каналам. Поскольку протекторная защита зачастую применяется в труднодоступных необжитых районах, возникают проблемы с электропитанием систем контроля, поскольку сооружение специальных линий электроснабжения вдоль трассы трубопровода дорого и зачастую затруднительно.
Задачей полезной модели является обеспечение автономного электроснабжения системы телеметрии контроля протекторной защиты протяженных трубопроводов.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Устройство телеметрии протекторной защиты подземного оборудования, включающее блок телеметрии, блок связи и блок питания, характеризующееся тем, что источник питания выполнен в виде теплопроводной трубки, верхний конец которой размещен выше поверхности земли, а нижний конец - ниже поверхности земли, термоэлектрического преобразователя Пельтье и резервного источника постоянного тока, при этом термоэлектрический преобразователь Пельтье установлен так, что градиент температур между верхним и нижним концами теплопроводной трубки подан на физически разнородные элементы цепи термоэлектрического преобразователя Пельтье, при этом выходы блока питания подключены к питающим клемма блока телеметрии и блока связи.
За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигается технический результат, заключающийся в том, что при достаточной разности температур между поверхностью земли (окружающей средой) и подземной зоной, до которой заглублен нижний конец теплопроводной трубки (ниже уровня промерзания) термоэлектрический преобразователь Пельтье вырабатывает ток, который питает блок телеметрии и блок связи.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема заявленного устройства.
Устройство телеметрии протекторной защиты подземного оборудования включает блок телеметрии 1, блок связи 2 и блок питания 3, который выполнен в виде теплопроводной трубки 4, верхний конец которой размещен выше поверхности земли, а нижний конец - ниже поверхности земли, термоэлектрического преобразователя Пельтье 5 и резервного источника постоянного тока 6. Термоэлектрический преобразователь Пельтье 5 установлен так, что градиент температур между верхним и нижним концами теплопроводной трубки 4 подан на физически разнородные элементы цепи термоэлектрического преобразователя Пельтье 5, при этом выходы блока питания 3 подключены к питающим клеммам блока телеметрии 1 и блока связи 2. Заявленное устройство обеспечивает телеметрию протекторной защиты подземного оборудования 7, которое соединено с анодом 8, а блок телеметрии 1 связан с измерительным электродом 9.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Блок телеметрии 1 снимает показания с измерительного электрода, о значениях поляризационного потенциала защищаемого оборудования 7, который соединен с измерительным электродом 9 и защищаемым объектом 7. Работа термоэлектрический преобразователя Пельтье 5 основана на известном эффекте Пельтье, который заключается в том, что при протекании электрического тока через соединение двух металлов, сплавов или полупроводников происходит выделение или поглощение тепла. Эффект обратим - т.е. если на физически разнородных элементах цепи создать градиент температуры, в цепи потечет ток. В настоящее время серийно выпускаются термоэлектрические преобразователи Пельтье, предназначенные как для использования в составе холодильных установок различного назначения, так и как специализированные модули для генерации энергии.
Тепловая трубка 4 передает температуру подземной зоны на поверхность элемента Пельтье. При разности температур между поверхностью земли (окружающей средой) и подземной зоной (ниже уровня промерзания) термоэлектрический преобразователь Пельтье 5 вырабатывает электрический ток и таким образом блок питания 3 обеспечивает энергоснабжение блока телеметрии 1 и блока связи 2, а также подзаряжает резервный источник постоянного тока 6, например, буферную аккумуляторную батарею, которая питает устройство во время, когда градиент температуры становится равен нулю, т.е. когда температура подземной зоны сравняется с температурой окружающей среды.
Заявленное устройство по сравнению с аналогами обеспечивает экономию электроэнергии для питания устройств телеметрии протекторных защит подземных трубопроводов и другого оборудования, а так же обеспечивает возможность устанавливать блоки телеметрии там, где ранее этого сделать было невозможно, ввиду отсутствия источников электроэнергии.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.