УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА

Техническое решение относится к электрохимическим измерительным системам, предназначенным для оценки действия атмосферы, коррозии или степени защиты от коррозии, и может быть использовано при исследовании параметров электрохимзащиты магистральных трубопроводов.
В 1970-80 гг. для изоляции подземных трубопроводов диаметром до 1420 мм годы массово применяли полимерные ленты. Перемещение подземного трубопровода относительно окружающего его грунта, а также воздействие давления со стороны последнего, являются основными причинами возникновения отслаиваний покрытия, находящихся, как правило, на боковой образующей трубы, и доступ природного электролита в которые происходит в местах нахлеста полимерной ленты. В таких местах на поверхности трубопровода возникают коррозионные дефекты, являющиеся следствием недостаточности действия электрохимической защиты. Это объясняется тем, что натекание защитного тока на поверхность трубопровода под отслоившейся изоляцией происходит неравномерно и значения поляризационного потенциала тем меньше, чем больше расстояние от точки контакта поверхности металла с внешней электролитической средой до наиболее отстоящей точки, находящейся в полости дефектной зоны.
Известно большое количество устройств, предназначенных для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений.
6
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, выполненное в виде зонда, измерительная часть которого состоит из электрода сравнения и вспомогательного электрода. Измерительная часть зонда представляет собой заполненный электролитом стакан с крышкой, выполненный из диэлектрического материала, внутри стакана расположены вспомогательный электрод, постоянно подключенный при измерении к сооружению и представляющий собой плоское стальное кольцо с пористой диафрагмой в середине, электрод сравнения, расположенный между крышкой стакана и вспомогательным электродом, и поляризующий электрод, закрепленный между вспомогательным электродом и пористой капой, подсоединенной к днищу стакана и заполненной грунтом, причем пространство между вспомогательным электродом и капой также заполнено грунтом (патент РФ №2109086, МПК C23F 13/00, опубл. 20.04.1998).
Основным недостатком приведенного выше устройства является то, что оно не дает точной информации о состоянии электрохимзащиты, так как для получения достоверных данных поляризация вспомогательного электрода должна происходить в течение длительного времени.
7
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения, выполненное в виде зонда, размещенного в корпусе с крышкой, измерительная часть которого состоит из электрода сравнения и вспомогательного электрода. Вспомогательный электрод выполнен из металла и имеет отверстие со вставленным в него капилляром, выходящим одним концом на рабочую поверхность вспомогательного электрода и расположенным с ней на одном уровне, снабженным пористой диафрагмой и заполненным электролитом, другой конец капилляра, закрытый пробкой, выполнен с расширением, в котором размещен электрод сравнения, причем вспомогательный электрод покрыт изоляционным материалом, кроме рабочей поверхности, а через крышку проходят провода, один из которых подключен к электроду сравнения, а два других - к вспомогательному электроду (патент РФ №2149919, МПК C23F 13/00, опубл. 27.05.2000). Описанное устройство принято нами за прототип.
Недостатками обоих из описанных выше устройств является невозможность их использования для измерения поляризационного потенциала трубопровода в зоне наличия дефектов, связанных с отслоением изоляционного покрытия.
Задачей заявляемого нами технического решения является расширение функциональных возможностей устройств для измерения поляризационного потенциала металлических сооружений подземного расположения за счет обеспечения достоверной оценки фактических параметров поляризационного потенциала в зоне дефектов трубопровода с отслоением изоляционного покрытия, и, как следствие, обеспечения полной оценки степени защищенности металла.
Поставленная задача в устройстве для измерения поляризационного потенциала, включающем вспомогательный электрод, закрытый пробкой капилляр с ячейкой, в которой размещен электрод сравнения и провод для подключения вспомогательного электрода к средствам и объектам измерения, решается тем, что вспомогательный электрод смонтирован в зондирующем блоке, содержащем заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором установлены штуцер с токопроницаемой мембраной и не менее трех капилляров, ячейки которых смонтированы в отдельном измерительном блоке на токонепроводящем основании и связаны с полостью, в которой расположен вспомогательный электрод посредством эластичных трубок, длина которых соответствует глубине залегания трубопровода.
Из уровня техники нам неизвестно средство, предназначенное для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, покрытых изоляцией, которому присущи все приведенные выше существенные признаки, поэтому мы считаем, что заявляемое нами техническое решение соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Заявляемое нами техническое решение реализовано в конкретном устройстве и успешно используется на действующих производственных объектах ООО «Газпром трансгаз Ухта» при исследовании и оценке параметров электрохимзащиты магистральных газопроводов, поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Изложенное выше подтверждает, что заявленное техническое решение является полезной моделью.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для измерения поляризационного потенциала, подготовленного к установке на трассе магистрального трубопровода; на фиг.2 изображен вырез А на фиг.1; на фиг.3 изображен вырез Б на фиг.1.; на фиг.4 изображена электрическая схема подключения устройства для измерения поляризационного потенциала к объекту и средству измерения; в табл. приведены значения поляризационного потенциала на поверхности стального образца при различных выходных режимах станции катодной защиты (СКЗ).
Устройство для измерения поляризационного потенциала включает в себя вспомогательный электрод 1 (см. фиг.1, 2, 3), закрытый пробкой 2 капилляр 3 с ячейкой 4, в которой размещен электрод сравнения 5 и провод 6 для подключения вспомогательного электрода 1 к средствам и объектам измерения (на фиг.1, 2, 3 не показаны). Вспомогательный электрод 1 смонтирован в зондирующем блоке 7, содержащем заполненный электролитом диэлектрический корпус 8, в котором установлены штуцер 9 с токопроницаемой мембраной 10 и не менее трех капилляров 3, ячейки 4 которых смонтированы в отдельном измерительном блоке 11 на токонепроводящем основании 12 и связаны с полостью 13, в которой расположен вспомогательный электрод 1 посредством эластичных трубок 14. Зондирующий блок 7 и измерительный блок 11 соединены друг с другом посредством токонепроводящего патрубка 15, в котором проложены эластичные трубки 14 и провод 6. Клемма 16 провода 6 смонтирована на токонепроводящем основании 12. Корпус 17 измерительного блока 11 снабжен герметично закрывающей его внутреннюю полость крышкой 18. Корпус 10 снабжен вводом 19 с сальниковым уплотнением (на фиг. не показано) для подключения объектов и средств измерения к клемме 16 посредством кабеля 20.
Подключение к объектам и средствам измерения, а также работа устройства для измерения поляризационного потенциала осуществляются следующим образом.
В полость зондирующего блока 7 заливают грунтовый электролит, отобранный в предполагаемом месте его установки, после чего эластичные трубки 14 заполняют проводящей средой и устройство транспортируют на трассу трубопровода. В предполагаемом месте установки с помощью ручного бура выполняют скважину, глубиной равной глубине заложения трубопровода, являющегося объектом исследования. Зондирующий блок 7 помещают на дно скважины и засыпают грунтом. К клемме 16 измерительного блока 11 подключают кабель 20, подсоединенный к контрольно-измерительной колонке 21 трубопровода 22. Далее с измерительного блока 11 снимают крышку 18, после чего в ячейку 4 помещают электрод сравнения 5, электрический вывод электрода сравнения 5 подключают к положительной клемме высокоомного вольтметра 23, являющегося средством измерения, а к отрицательной клемме вольтметра 23 подключают клемму 16 провода 6. Проводят измерение уровня поляризационного потенциала на поверхности вспомогательного электрода 1. Далее последовательно перемещая электрод сравнения 5 из ячейки в ячейку, измеряют значения поляризационного потенциала в других точках на поверхности вспомогательного электрода 1.
На основании полученных значений поляризационного потенциала судят об эффективности электрохимзащиты трубопровода и подбирают оптимальные выходные параметры станции катодной защиты.
Примером применения устройства, в котором была реализована заявленная полезная модель, является следующее. В выбранном месте (зона действия СКЗ №60 Б, 18,7 км магистрального газопровода Пунга - Ухта - Грязовец) ручным буром была выполнена скважина глубиной 1,5 м. Далее в скважину установили устройство для измерения поляризационного потенциала (фиг.1) и с помощью кабеля 20, подключили к контрольно-измерительной колонке 21 (фиг.4).
Место для установки устройства было выбрано таким образом, чтобы измерительный блок 11 (фиг.3) после заглубления образца находился от поверхности грунта на расстоянии 20-30 см, и в то же время не был в воде, чтобы исключить замыкание измерительной системы. При прокладке кабель 20 заглубили в грунт на 15-20 см.
Был реализован следующий порядок проведения измерений. Первоначально определили уровень потенциала с омической составляющей в месте установки образца, для чего положительный зажим высокоомного вольтметра 23 подключили к катодному выводу трубопровода 22 на контрольно-измерительной колонке 21, а отрицательный - к электроду сравнения 5, установленному на поверхности грунта рядом с контрольно-измерительной колонкой 21.
Далее измерили поляризационный потенциал под поверхностью полимерной оболочки, для чего открыли крышку измерительного блока 11 и сняли пробки 2 с измерительных ячеек 4 (при сильном снижении уровня доливали концентрированный раствор КСl). Таким образом провели измерение поляризационного потенциала в каждой ячейке.
вых
вых
тд
1
2
3
4
Измерения проводили в следующей последовательности. Выставлялись минимальные выходные параметры станции (выходной ток, I=7 А; выходное напряжение, U=4 В; потенциал в точке дренажа, U=2 В), в течение 2 часов (через 30 мин) фиксировались значения поляризационного потенциала на поверхности вспомогательного электрода (U, - потенциал, измеренный на первом капилляре, U - на втором, U - на третьем, U - на четвертом). Потенциал в точке дренажа повышали с шагом 1,0 В до 8,0 В. Результаты измерений приведены в табл.
в
в
Проведенные измерения показали, что защита металла в дефекте обеспечивается при следующих выходные режимах СКЗ: ток на выходе I=22,0 А, напряжение на выходе U=8,0 В, что соответствует ГОСТ 9.602-2005, по которому поляризационные защитные потенциалы металла относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения должны составлять от -0,85 В до - 1,15 В.
Устройство для измерения поляризационного потенциала
Таблица
Время измерения
Режимы СКЗ №60 Б
Поляризационный потенциал, В
U<sub>в</sub>, B
I<sub>в</sub>, А
U<sub>тд</sub>, В
U<sub>1</sub>
U<sub>2</sub>
U<sub>3</sub>
U<sub>4</sub>
11:10
4,0
7,0
2,0
1,0769
0,8935
0,7836
0,7167
11:40
5,0
11,0
2,2
1,1453
0,9421
0,8503
0,7413
12:10
6,0
14,0
2,4
1,1860
0,9806
0,8760
0,7981
12:40
7,0
18,0
2,6
1,1992
1,0069
0,8806
0,8269
13:10
8,0
22,0
2,8
1,2160
1,0253
0,9320
0,8616