Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений
CURRENT METER FOR GALVANIC PROTECTION OF MARINE STRUCTURES

Предлагаемое техническое решение относится к системе мониторинга коррозионных процессов на стальных подводных сооружениях с протекторной защитой, для определения коррозионной опасности и эффективности электрохимической защиты.
Известна полезная модель «Блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии» (см. патент RU №181690, МПК G01R 19/15 C23F 13/20 от 26.07.2018) подобная заявленному техническому решению. В ней описывается блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии который подключен к кабельному выводу от станции электрохимической защиты. Блок оснащен амперметром и шунтами с возможностью регулировки тока в цепи. Техническим результатом данного технического решения является повышение надежности контроля и измерения с визуализацией токовых параметров при эксплуатации контрольно-измерительных пунктов.
Недостатками указанного технического решения являются:
- невозможность использования технического решения на морских объектах;
- метод предназначен только для использования со станциями катодной защиты.
Известен способ контроля режима работы протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов (см. патент RU №2589246, МПК G01N 17/00 от 10.07.2016 г.). Суть изобретения состоит в том, что при помощи переносного электрода сравнения и электроизмерительного прибора производится периодическое измерение потенциала и силы тока между электродом сравнения и корпусом судна в контрольных точках. Оценку состояния протекторов определяют по значению полученного потенциала, который должен лежать в пределах от минус 0,75 до минус 1,05 В, а сила тока в этой цепи должна соответствовать 60-66 мА.
Недостатками вышеописанного технического решения являются:
- субъективность оценки состояния протектора по косвенным признакам, таким, как потенциал корпуса судна относительно электрода сравнения;
- невозможность оценки поляризационного потенциала подводных сооружений при изолированной от внешней среды стальной поверхности;
- малоинформативный (т.к. не учитывается контактирующая с водой площадь судна) и спорный показатель оценки состояния протекторного материала на основе силы тока между корпусом судна и электродом сравнения;
- неоправданность использования графитового электрода в качестве электрода сравнения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения степени износа протекторного сплава в системе протекторной защиты. Основным критерием, который применяется для определения достаточной степени электрохимической защиты подводных морских сооружений является потенциал относительно электрода сравнения. Этот показатель зачастую является неинформативным вследствие того, что при критическом расходе сплава протектора его потенциал так же остается в нормативных пределах. Вторым основным критерием является плотность тока защиты. Но из-за отсутствия возможности фиксации данного параметра в морских условиях этот важнейший параметр не проверяется. Данное техническое решение позволяет решить эту проблему и получить данные о плотностях тока защиты.
Указанная задача решается тем, что для определения рабочего тока протекторной защиты морских сооружений устройством создается дополнительная электрическая цепь, включающая в себя цифровой амперметр с дисплеем, измерительный электрод и элемент питания. Дисплей цифрового амперметра установлен отдельно от амперметра в корпусе заявляемого устройства. Эффект создается в рабочей цепи электрохимической защиты труба-протектор при помощи подключения дополнительной измерительной цепи и внутреннего источника постоянного тока, который за счет создания разности потенциалов между измерительным электродом устройства и протектором сооружения генерирует ток, измеряемый цифровым амперметром, установленным в устройстве. Цифровой амперметр имеет функцию сохранения измеренных значений, а также возможность подстройки прибора под необходимый тип протектора, и оснащен интерфейсом для передачи полученных данных для последующей их обработки в систему коррозионного мониторинга или на персональный компьютер.
Применение элемента питания за счет создаваемой разности потенциалов «катод-анод» позволяет принудительно направить ток от рабочего электрода через встроенный измеритель тока на протектор, вследствие чего величина измеренного тока будет в прямой зависимости от площади измеряемого протектора.
Созданное устройство может быть применено при проверке эффективности систем электрохимической защиты (ЭХЗ) при использовании водолазного обследования и при обследовании телеуправляемыми необитаемыми подводными аппаратами (ТНПА). Для водолазного обследования устройство может быть оборудовано рукояткой с выключателем и выведенным с амперметра дисплеем, который так же может быть применен при обследовании объекта с использованием ТНПА. В устройство может быть интегрирована система беспроводной передачи данных.
На фиг. 1 представлен внешний вид измерителя тока протекторной защиты морских сооружений, а на фиг. 2 приведена схема подключения измерителя.
Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений, изображенный на фиг. 1, состоит из диэлектрического водонепроницаемого корпуса 1 с конусным пластиковым окончанием 2 и соединительным контактом 3, подключенным к встроенному в корпус измерителя цифровому амперметру 10 с установленным отдельно от амперметра в корпусе патентуемого устройства дисплеем 4, который подключен к измерительному электроду 5, изготовленному из неподверженного коррозии сплава, имеющего потенциал положительнее протектора, и установленного на защищаемом подводном сооружении. В разрыв цепи между соединительным контактом 3 и измерительным электродом 5 установлен выключатель 6, который используется для замыкания цепи "исследуемый протектор - электрод" для возможности проведения измерений при водолазном обследовании. Измерительный электрод 5 является стационарным и устанавливается в герметичный разъем, расположенный в задней части измерителя.
Схема подключения измерителя, представленная на фиг. 2, состоит из соединительного контакта 3, встроенного в корпус заявленного устройства цифрового амперметра 10 с установленным отдельно от амперметра в корпусе патентуемого устройства дисплеем 4, измерительного электрода 5, выключателя 6, электролита (морской воды) 7, защищаемого сооружения 8, протектора 9, элемента питания 11. Под номерами 3, 4, 5, 6, 10, 11 на схеме обозначены элементы цепи измерителя тока протекторной защиты, а под номерами 7-9 элементы внешней цепи «подводное сооружение - протектор».
Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может быть оснащен стационарным измерительным электродом 5 из различных некорродирующих сплавов. Также в корпусе 1 может быть установлена рукоятка с выключателем 6 для возможности измерения рабочего тока протекторной защиты методом водолазного обследования. В частном случае корпус 1 измерителя тока протекторной защиты морских сооружений может быть изменен и установлен в ТНПА или в другую измерительную аппаратуру с возможностью бесконтактной передачи данных. В другом частном случае измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может быть без дисплея 4. Также измеритель может быть выполнен в произвольном корпусе с возможностью использования совместно с другой аппаратурой. Цифровой амперметр 10 имеет функцию сохранения измеренных значений и возможность подстройки прибора под необходимый тип протектора 9. Данные с цифрового амперметра 10 для последующей обработки с помощью интерфейса передаются в систему коррозионного мониторинга или на персональный компьютер, установленный внутрь герметичного корпуса 1 устройства, и амперметр может иметь сменный или перезаряжаемый источник питания 11. В одном из частных случаев измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может быть оборудован датчиками электропроводности и температуры воды, а также индикатором напряжения элемента питания. В частном случае измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может иметь один или несколько перезаряжаемых источников энергии (аккумуляторов) для осуществления энергопитания измерительной цепи и работоспособности измерителя. Элементы питания могут находится снаружи корпуса 1 или питание может осуществляться от подводного аппарата.
Перед началом измерений осуществляют проверку работоспособности элементов 3, 4, 5, 6, 10 измерителя и его элементов питания 11. Для этого, при помощи омметра проводят проверку целостности цепи при замкнутом выключателе 6. Далее, при помощи подключения измерителя к любому внешнему источнику постоянного тока осуществляют контроль работоспособности цифрового амперметра 10 и дисплея 4 для обеспечения индикации измеренного тока. Герметичность корпуса 1 измерителя проверяют визуально. Для проведения измерений непосредственно на подводном защищаемом объекте 8 необходимо обеспечить электрическое соединение измерителя тока и протектора 9, обеспечивающего защиту сооружения 8, к которому необходимо приложить устройство соединительным контактом 3. Далее, необходимо замкнуть цепь внутри измерителя при помощи выключателя 6, после чего на дисплее 4 цифрового амперметра 10 отобразится значение силы тока, которое указывает на состояние анодного материала данного протектора 9. При повышенном расходе протекторного материала на протекторе 9, вследствие увеличенной величины тока во времени измеряемая измерителем сила тока будет иметь повышенные значения по сравнению с нормальными показателями.
2
2
2
Экспериментально определен рабочий ток протекторной защиты алюминиевого сплава. Для этого в модельной морской воде были сымитированы две системы катодной защиты с площадью протекторного сплава 19,6 см и 3,9 см. При соотношении этих площадей 5/1, напряжении последовательно подключенных двух литиевых измерительных элементов питания 7,8 вольт и одинаковой площади катодов для каждой системы 42 см, ток в системе «протектор сооружения» - «измерительный электрод» составил 1,39 А и 1,15 А соответственно. Эти показатели говорят о том, что в данной системе при соотношении площадей протекторов 5/1 отношение силы токов составило 1,2 (1,39/1,15), то есть разность полученных токов в данной системе составила 20% (5/1[площадь]=1/5[ток]). Для исключения возможности неравномерного наложения тока катоды в двух системах меняли между собой, при этом измеренный ток в цепи существенно не менялся и был привязан к площадям протектора.