УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АНОДНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ В МОРСКИХ УСЛОВИЯХ
INSTALLATION FOR TESTING OF ANODE GROUNDERS IN MARINE CONDITIONS

Изобретение относится к области электрохимической защиты трубопроводного транспорта, в частности к испытательному оборудованию, предназначенному для проведения испытаний анодных заземлителей различных типов, эксплуатируемых в морской воде.
В настоящее время подбор анодных заземлителей производится в соответствии с проектной документацией без возможности опробования эффективности работы образцов анодных заземлителей в натурных условиях эксплуатации.
Существующие установки для испытаний анодных заземлителей для определения их работоспособности основаны на лабораторных методах и не позволяют получить достоверную оценку работоспособности анодных заземлителей.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является установка для испытаний анодных заземлителей из малорастворимого сплава ЧС 15 (обозначение по ГОСТ 7769-82) на опытно - экспериментальной базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ», описанная в материалах к докладу: A.M. Пушкарев, Н.Н. Глазов, И.Ю. Копьев / Газотранспортные системы: настоящее и будущее: Сборник докладов VI Международной научно-технической конференции (Москва 28-29.10.2015).
Недостатками известной установки являются следующие:
- испытания электродов сравнения проводятся в лабораторных условиях в теплоизолированной ванне, не позволяющей учесть механические и температурные воздействия морской среды и других физико-химических факторов, имеющих место в реальных условиях;
- в качестве электролита использовался водный раствор натрия хлористого 2,6-2,9%, отличающийся от химического состава морской воды;
- ограниченность по типу и количеству одновременно испытываемых анодных заземлителей;
- не учитывается экранирующее влияние анодных заземлителей.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание установки для испытаний анодных заземлителей, обеспечивающей проведение натурных испытаний длительностью до нескольких лет в морских условиях необходимого количества анодных заземлителей всех известных типов любой геометрической формы.
Техническим результатом изобретения является выявление оптимальных систем анодных заземлителей и, как следствие, повышение эффективности системы электрохимической защиты на причальных и портовых сооружениях, эксплуатируемых в морской воде.
Технический результат достигается за счет установки для испытаний анодных заземлителей в морских условиях, которая включает станцию катодной защиты, подключенную к защищаемым сооружениям, площадки заземлителей с установленными на них анодными заземлителями, клеммный шкаф с клеммной панелью, измерительные разъемы которой с помощью кабельных линий соединены с защитными сооружениями и испытываемыми образцами анодных заземлителей. Станция катодной защиты подключена к вводу от внешнего электроснабжения, отрицательный вывод станции катодной защиты с помощью первой силовой кабельной линии подключен к группе защищаемых сооружений, соединенных между собой проводниками, а положительный вывод станции катодной защиты с помощью второй силовой кабельной линии подключен через резистивные устройства и отдельные силовые кабельные линии к анодным заземлителям. Анодные заземлители расположены внутри диэлектрических экранов, которые неподвижно закреплены на площадках заземлителей в горизонтальном положении.
Количество защищаемых сооружений выбирается из расчета плотности тока катодной поляризации таким образом, чтобы обеспечить номинальную нагрузку испытываемых анодных заземлителей.
Количество испытываемых анодных заземлителей ограничивается лишь мощностью катодной станции (при необходимости может быть использовано две и более катодных станций) и общим количеством защищаемых сооружений.
Анодные заземлители установлены на площадках заземлителей, предусматривающих их изолирование от открытых элементов металлических частей площадки.
На каждой площадке заземлителей установлено не менее двух образцов каждого типа анодных заземлителей, причем расстояние между анодными заземлителями подбирается, таким образом, чтобы не возникал эффект экранирования.
Каждый анодный заземлитель соединен с отдельным измерительным разъемом клеммной панели клеммного шкафа через отдельный канал резистивного устройства посредством отдельных силовых кабельных линий.
Площадка заземлителей представляет собой прямоугольную конструкцию с плоским основанием, выполненную из двутавра или швеллера, при этом конструкция изготовлена из углеродистой либо низколегированной стали с защитным антикоррозионным покрытием.
Размеры и металлоемкость площадки заземлителей выбирают в зависимости от размеров каждой группы анодных заземлителей.
Диэлектрические экраны закреплены с помощью хомутовых или болтовых соединений.
Конструкция диэлектрических экранов выполнена в виде полой трубки, диаметром от 100 до 200 мм, имеющая многочисленные вырезы, причем общая площадь вырезов составляет не менее 60% от общей поверхности трубки.
Каждый анодный заземлитель помещен в отдельный диэлектрический экран, который обеспечивает его защиту от механических повреждений и равномерное распределение защитного потенциала по поверхности защищаемых сооружений, а также исключает возможность электрического контакта анодного заземлители с площадкой заземлителей.
Клеммный шкаф выполнен с возможностью установки для измерений вольтметра, амперметра или системы дистанционного контроля, позволяющей в автоматическом режиме получать, хранить и обрабатывать измеряемые показатели, при этом периодичность проведения измерений составляет одно измерение в сутки.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании реальных условий испытаний, идентичных эксплуатационным, с учетом температурных режимов, химического состава морской среды, механического воздействия водных масс, а также влияния морских микроорганизмов. Создание равных условий позволит оценить энергоэффективность каждого образца в отдельности, а агрессивность морской среды выявит наиболее адаптивные типы анодных заземлителей.
Изобретение поясняется примером исполнения на чертеже:
- фиг. 1 - принципиальная схема установки для испытаний анодных заземлителей в морских условиях.
Позициями на фиг. 1 обозначены следующие составные части установки:
- станция катодной защиты - 1;
- защищаемые сооружения - 2;
- анодные заземлители - 3;
- первая силовая кабельная линия - 4,
- вторая силовая кабельная линия - 5;
- резисторные устройства - 6;
- клеммный шкаф - 7;
- ввод от внешнего электроснабжения - 8;
- клеммная панель - 9;
- площадки заземлителей - 10;
- проводники - 11;
- отдельные силовые кабельные линии - 12;
- измерительная кабельная линия - 13.
Станция катодной защиты 1 выполняет функцию источника питания стабилизированного тока, она размещена на подготовленной площадке причальных сооружений (например, в бытовом модуле или блок-боксе) и подключена к вводу от внешнего электроснабжения 8 с соблюдением всех требований электробезопасности. Станция катодной защиты 1 имеет возможность плавной регулировки защитного тока и выходного напряжения.
Посредством первой силовой кабельной линии 4 отрицательный вывод станции катодной защиты 1 подключен к защищаемым сооружениям 2, а посредством второй силовой кабельной линии 5 положительный вывод - к анодным заземлителям 3. Кабельные линии 4 и 5 имеют изоляционное покрытие и обеспечивают неразрывность цепи, а также надежные контакты в точках подключения.
2
2
2
В качестве защищаемых сооружений 2 выступают металлоконструкции причальных и портовых сооружений. Для упрощения могут быть использованы иные металлоконструкции, например, металлические трубы. Количество защищаемых сооружений 2 выбирается из расчета плотности тока катодной поляризации таким образом, чтобы обеспечить номинальную нагрузку испытываемых анодных заземлителей 3. Так, например, для испытаний анодных заземлителей общим номиналом 10 А, общая поверхность защищаемых сооружений 2 составляет 100 м, при рекомендуемой плотности тока до 0,1 А/м для металлоконструкций без защитного покрытия в условиях морской среды. Все отдельные защищаемые сооружения 2 соединены между собой стальными или медными проводниками 11, при этом сечение каждого из них не менее 35 мм. Защищаемые сооружения 2 размещены на дне акватории в непосредственной близости от берега.
Количество испытываемых анодных заземлителей 3 ограничивается лишь мощностью катодной станции 1 (при необходимости может быть использовано две и более катодных станций) и общим количеством защищаемых сооружений 2. Анодные заземлители 3 установлены на площадках заземлителей 10, предусматривающих их изолирование от открытых элементов металлических частей площадки. На каждой площадке заземлителей 10 установлено не менее двух образцов каждого типа анодных заземлителей 3, причем расстояние между анодными заземлителями 3 подбирается таким образом, чтобы не возникал эффект экранирования (по экспериментальным данным не менее 0,5 м).
Анодные заземлители 3 представляют из себя электроды цилиндрической формы, выполненные из малорастворимых сплавов металлов, в том числе на основе ферросилида, магнетита, а также платинированного и оксидированного титана (ММО - mixed metal oxide, с английского - оксиды смешанных металлов).
Вторая силовая кабельная линия 5 состоит из отдельных силовых линий 12, каждая из которых проходит через отдельный канал резистивного устройства 6 и соединена с анодным заземлителем 3 посредством надежного изолированного от морской среды контакта. Резистивные устройства 6 предназначены для точного регулирования токовых нагрузок отдельных анодных заземлителей 3 и расположены рядом со станцией катодной защиты 1. В качестве резистивных устройств 6 могут применяться реостаты, имеющие плавное регулирование сопротивления, либо блоки диодно-резисторные стандартного ряда набора сопротивлений. У каждого резистивного устройства имеется несколько рабочих каналов (на фиг. 1 показаны резистивные устройства с двумя каналами).
Наиболее ответственными элементами установки являются площадки заземлителей 10, которые предназначены для размещения и защиты от внешних воздействий анодных заземлителей 3. Площадки заземлителей 10, так же как и защищаемые сооружения 2, размещаются на дне акватории таким образом, чтобы обеспечить номинальную токовую нагрузку на всех анодных заземлителях 3, например в две линии. На первой линии размещаются площадки заземлителей 10, на второй защищаемые сооружения 2, причем расстояние между двумя линиями может устанавливаться в пределах от 50 до 500 м, в зависимости от количества и номинального тока анодных заземлителей 3. Расстояние между отдельными площадками заземлителей 10 составляет не менее 10 м.
Площадка заземлителей 10 представляет собой прямоугольную конструкцию с плоским основанием, выполненную из прокатного профиля (двутавр или швеллер). Используемый материал - углеродистая либо низколегированная сталь с защитным антикоррозионным покрытием (лакокрасочное, термореактивное, горячее цинкование). Размеры и металлоемкость площадки заземлителей 10 выбирают в зависимости от размеров каждой группы анодных заземлителей 3 (в основном это плащадки размерами 1,5×1,5 м).
На площадках заземлителей в горизонтальном положении неподвижно закреплены диэлектрические экраны (на фиг. 1 не показаны) с помощью хомутовых или болтовых соединений. Материалом для диэлектрических экранов может служить углепластик, полиуретан и прочие диэлектрики, обладающие схожими свойствами. Конструкция диэлектрических экранов выполнена в виде полой трубки, диаметром от 100 до 200 мм, имеющая многочисленные вырезы, причем общая площадь вырезов составляет не менее 60% от общей поверхности трубки. Каждый анодный заземлитель 3 помещен в отдельный диэлектрический экран, который обеспечивает его защиту от механических повреждений и равномерное распределение защитного потенциала по поверхности защищаемых сооружений 2. Кроме того, диэлектрический экран исключает возможность электрического контакта анодного заземлителя 3 с площадкой заземлителей 10.
От группы защищаемых сооружений 2 проложена измерительная кабельная линия 13, которая вместе с силовыми кабельными линиями 12 введена в клеммный шкаф 7, расположенный на берегу. Клеммный шкаф 7 служит для выполнения измерений защитного потенциала защищаемых сооружений 2 и силы тока каждого анодного заземлителя 3. В клеммном шкафе 7 имеется возможность установки системы дистанционного контроля (на фиг. 1 не показана), позволяющей в автоматическом режиме получать, хранить и обрабатывать измеряемые показатели.
Все силовые кабельные линии 4 и 12, а также измерительная кабельная линия 13 собраны в плети с помощью пластиковых хомутов и проложены по дну акватории без перегибов и натяжений.
Внутри клеммного шкафа 7 установлена клеммная панель 9, на которой имеются измерительные разъемы от анодных заземлителей 3, и от защищаемых сооружений 2. Клеммный шкаф 7, так же как и станция катодной защиты 1, расположен на подготовленной площадке причальных сооружений.
Установка для испытаний анодных заземлителей в морских условиях работает следующим образом.
При подаче напряжения через ввод от внешнего электроснабжения 8 и включении в работу станции катодной защиты 1 происходит протекание тока катодной защиты в цепи «анодные заземлители 3 - защищаемые сооружения 2». При этом происходит катодная поляризация защищаемых сооружений 2 до момента, пока не будет достигнуто установившееся значение защитного потенциала защищаемых сооружений 2. При использовании хлор-серебряного электрода сравнения нормативный защитный потенциал находится в диапазоне от минус 0,80 В до минус 1,10 В.
Параметры работы станции катодной защиты 1 (выходное напряжение и ток) контролируют, обеспечивая номинальный режим работы и стабильность ее во времени, а также необходимую нагрузку на анодные заземлители 3. Для точной регулировки токов анодных заземлителей 3 используют резистивные устройства 6.
После достижения стабильного режима установки, который характеризуется постоянством защитного потенциала защищаемых сооружений 2, а также силы тока всех анодных заземлителей 3, производят систематическое выполнение измерений следующих показателей:
- значение защитного потенциала защищаемых сооружений 2;
- значения силы тока каждого отдельного анодного заземлителя 3.
Измерения производят с применением регистрирующих устройств системы дистанционного контроля либо вольтметра и амперметра (на фиг. 1 не показаны).
Экспериментально установлено, что для получения достаточной информации необходимо проведение измерений с периодичностью, составляющей одно измерение в сутки.
Основными показателями, позволяющими оценить работоспособность анодных заземлителей 3 являются:
- стабильность показаний выдаваемой силы тока во времени;
- обеспечение номинальной силы тока.
Стабильность показаний выдаваемой силы тока испытываемого образца анодного заземлителя 3 выражается в изменении во времени значении силы тока анодного заземлителя 3 относительно начального значения. Указанный показатель не должен превышать 3% от начального значения за сутки.
ном
ном
ном
Обеспечение номинальной силы тока заключается в поддержании на всем протяжении испытаний силы тока, вырабатываемой анодным заземлителем, в диапазоне значений от 0,1 I до 1,1 I, где I - номинальная сила тока анодного заземлителя.
Предварительная обработка результатов испытаний производится по мере получения данных измерений, полученных с регистрирующих устройств. Окончательная обработка результатов измерений производится по завершении испытаний. В случае отказа какого-либо из испытываемых образцов в процессе испытаний возможна окончательная обработка результатов по данному образцу до завершения эксперимента.
Вывод об отказе испытываемого образца делается на основании анализа результатов измерений.
Для получения достоверных данных получаемых при реализации изобретения длительность натурных испытаний составляет не менее 1 года.
Проведение испытаний позволит оценить эксплуатационные характеристики анодных заземлителей и выявить наиболее работоспособные образцы.