ПРОТЯЖЕННЫЙ ЭЛЕКТРОД АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Полезная модель относится к электрохимической защите металлических объектов от коррозии, а именно анодным заземлителям, и может быть использована для катодной защиты протяженных сооружений, например, трубопроводов и кабелей, а также в защитных заземлениях устройств грозозащиты, защиты от высоких напряжений и статического электричества.
В частности полезная модель может применяться в системах катодной защиты магистральных, промысловых и иных трубопроводов и многониточных систем трубопроводов в любых грунтах, включая скальные, засушливые, пустынные и многолетнемерзлые; разветвленных коммуникаций компрессорных, газораспределительных, нефтеперекачивающих станций, теплоэлектростанций и промышленных площадок иного назначения; подводных переходов однониточных трубопроводов и их многониточных систем; технологических резервуаров любого назначения, включая внутреннею поверхность; портовых и причальных сооружений, морских платформ и иных гидротехнических сооружений.
Известен протяженный анодный заземлитель, включающий токонесущий кабель и электрически связанный с ним анод с растворимым рабочим материалом. Анод выполнен из химически стойкой проволоки из вентильного металла и расположен параллельно токонесущему кабелю или спирально вокруг него, при этом в качестве рабочего материала анода используются металлы группы платины или их оксиды, или смеси их оксидов, нанесенные на химически стойкую проволоку (RU 134172 U1, 10.11.2013). Недостатком данного устройства является высокая стоимость его изготовления, поскольку металлы группы платины, используемые в качестве рабочего материала анода, являются достаточно дорогостоящими.
Известен протяженный гибкий анод для системы электрохимической защиты металлических конструкций от подземной или подводной коррозии, содержащий токопроводник в виде скрученных в жилу медных проволок и оболочку из токопроводящей резины, включающей каучук, технический углерод и графит. Протяженный гибкий анод также содержит внешнюю оплетку из медной или медной луженой проволоки с диаметром 0,2-0,3 мм, при этом оплетка сформирована перекрестной навивкой с двух шпуль с плотностью навивки на оболочку 10-20% от площади последней (RU 93085 U1, 20.04.2010). Недостатком данного устройства является отсутствие активной оболочки, окружающей токопроводящий полимер, что приводит ограничению электрохимических реакций.
-3
2
-3
Наиболее близким к заявленному техническому решению является электрод анодного заземления, содержащий токозадающую полимерную оболочку, токоввод и дополнительный слой - оболочку с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас.%. Дополнительно электрод может быть выполнен с наружным диаметром токопроводящего полимера размером 12,1-13,3 мм, составляющим 0,45-0,55 от общего диаметра электрода, типовое удельное сопротивление коксовой оболочки может составить 4,0-10Ом∙м, удельное количество коксовой засыпки в оболочке не менее 1,1 кг/м.п., токоввод может быть выполнен с эффективным сечением медного проводника не менее 13,2 мм, удельное сопротивление медного проводника может составить не более 1,5х10 Ом∙м. (RU 136805 U1, 20.01.2014).
Недостатком данного устройства является его недостаточная надежность, поскольку слой оболочки с коксовой засыпкой никак не защищен от внешних воздействий, например, влаги или механических воздействий, при том, что кокс является пористым материалом и в значительной степени подвержен
таким воздействиям и, как следствие, разрушению, особенно с учетом того, что прокладка электрода осуществляется, как правило, в грунтах.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности протяженного электрода анодного заземления.
Для достижения технического результата предлагается протяженный электрод анодного заземления, содержащий размещенный коаксиально вдоль центральной оси металлический токопровод, слой токопроводящего полимера, расположенный вокруг токопровода, слой коксовой оболочки, окружающей слой токопроводящего полимера, слой токопроводимой оболочки, окружающей слой коксовой оболочки и внешнюю оплетку.
2
-8
-3
В отдельных вариантах выполнения протяженный электрод анодного заземления содержит токопровод, выполненный многожильным, из меди или стали с сечением не менее 13,2 мм и удельным сопротивлением не более 1,5×10 Ом∗м. Токопроводящий полимер наполнен углеродом. Наружный диаметр токопроводящего полимера составляет от 12,2 до 13,2 мм. Размер фракций кокса, образующих слой коксовой оболочки, составляет от 0,1 до 1,0 мм, удельное количество коксовой засыпки в слое коксовой оболочки составляет не менее 1,1 кг/м.п., а количество связанного углерода в слое коксовой оболочки составляет не менее 97%. Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки составляет 4,0×10 Ом∗м. Протяженный электрод анодного заземления может быть снабжен дополнительной токоотдающей жилой, расположенной в слое коксовой оболочки.
Представленная полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором показан протяженный электрод анодного заземления в поперечном сечении.
Протяженный электрод анодного заземления содержит размещенный коаксиально вдоль центральной оси металлический токопровод 1, слой 2 токопроводящего полимера, расположенный вокруг токопровода 1, слой 3 коксовой оболочки, окружающей слой 2 токопроводящего полимера, слой 4 токопроводимой оболочки, окружающей слой 3 коксовой оболочки и внешнюю оплетку 5.
Работает протяженный электрод анодного заземления следующим образом.
Протяженный электрод анодного заземления прокладывают параллельно трубопроводу, кабелю или иным коммуникациям, сообщенным с отрицательным полюсом катодной станции. Укладка протяженного электрода анодного заземления может быть произведена одним из следующих способов: с бухты с борта автомобиля, методом горизонтально направленного бурения с использованием устройства для протягивания, с барабана с помощью кабелеукладчика.
Далее подсоединяют протяженный электрод анодного заземления к положительному полюсу катодной станции. Под действием напряжения катодной станции постоянный ток проходит через протяженный электрод анодного заземления, среду, в которой расположены коммуникации и протяженный электрод анодного заземления, и непосредственно через сами коммуникации, и возвращается на катодную станцию. При этом, в результате переноса анодных процессов, обусловливающих коррозию, на протяженный электрод анодного заземления он разрушается, а коммуникации защищаются от коррозии и повреждений, в результате чего сохраняются пригодными для эксплуатации более длительное время.
Каждый из компонентов протяженного электрода анодного заземления имеет свою функцию. Токопровод 1 служит питающей шиной низкого сопротивления и обеспечивает передачу защитного тока на длительные расстояния без существенного падения напряжения вдоль анода. Слой 2 токопроводящего полимера обеспечивает несколько функций:
- защищает токопровод 1 от агрессивных продуктов электрохимической реакции и последующего быстрого коррозионного разрушения;
- ограничивает отдачу защитного тока каждым мерным отрезком анода, предотвращая, таким образом, избыточную отдачу тока в начале анодной цепи;
- увеличивает площадь анода для уменьшения контактного сопротивления между анодом и токопроводящей коксовой оболочкой;
- обеспечивает передачу электронов в коксовую оболочку за счет свойств электропроводности полимера, наполненного углеродом.
Слой 3 коксовой оболочки, окружающий слой 2 токопроводящего полимера, служит как активная матрица, на поверхности и внутри которой происходит большинство электрохимических реакций.
Слой 4 токопроводимой оболочки служит эластичным защитным кожухом коксовой засыпки, а внешняя оплетка 5 защищает устройство от внешних повреждений при прокладке и транспортировке.
Испытания показали, что заявленное устройство может работать в диапазонах температуры окружающей среды от минус 60°C до плюс 60°C. Удельные электрические характеристики устройства обеспечиваются рецептурой электропроводного полимера и конструкцией и определяются расчетным путем в зависимости от примененного материала токопровода, его эквивалентного диаметра, удельного объемного электросопротивления полимерного материала оболочек и диаметра электрода.
В зависимости от условий применения и типа анода допускается установка анода в коксовую оболочку в заводских условиях, что упрощает технологию изготовления устройства.