УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к системе мониторинга коррозионных процессов и контроля эффективности электрохимической защиты на стальных подземных сооружениях.
Наиболее близким к данному техническому решению является устройство для измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения (см. патент РФ №44117, МПК C23F 13/00 от 27.02.2005), состоящее из вспомогательного металлического электрода, покрытого, кроме рабочей поверхности, изоляционным материалом, пористой диафрагмы, корпуса и двух изолированных проводов. Вспомогательный электрод выполнен в форме диска, один торец и боковая поверхность которого покрыта изоляционным материалом, а на втором торце последовательно размещены прокладка, пористая диафрагма, выполненная в форме мембраны и корпус, снабженный изолирующей трубкой и имеющей выступ, на который опирается фланец, соединенный со вспомогательным металлическим электродом, прижимными винтами с гайками, изолированными от внешней среды, а корпус, прокладка и фланец выполнены из токонепроводящих материалов.
Недостатками известного устройства для измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения являются:
- наличие только одного металлического датчика потенциала, не позволяющего измерить естественный и поляризационный потенциалы подземного металлического сооружения одновременно;
- наличие прижимных винтов с гайками, усилие затяжки которых влияет на работоспособность пористой диафрагмы и на надежность электрического контакта между датчиком потенциала и проводом, что ведет к снижению надежности работы устройства;
- невозможность многократного использования устройства (датчик потенциала замене не подлежит);
- сложность изготовления и сборки конструкции.
Технической задачей, решаемой с помощью настоящей полезной модели, является создание простого в изготовлении и эксплуатации, универсального устройства многократного использования в стационарном и переносном варианте, позволяющего одновременно контролировать естественный потенциал и потенциал, эквивалентный потенциалу подземного сооружения, а также позволяющего измерять натекающий на датчик потенциала ток, эквивалентный току, натекающему на подземное сооружение в месте сквозного дефекта в изоляционном покрытии.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности устройства и точности измеряемых параметров, обеспечение удобства эксплуатации, а также увеличение срока службы устройства.
Технический результат полезной модели достигается за счет того, что устройство состоит из корпуса и изолирующей трубки, расположенной в верхней части корпуса, которые выполнены из диэлектрического материала, двух электрических проводов, датчика потенциала, изолирующей прокладки и пористой диафрагмы. Устройство дополнительно снабжено датчиком потенциала, изолирующей прокладкой и пористой диафрагмой. При этом датчики потенциала выполнены из того же металла, что и контролируемое подземное сооружение, корпус имеет вертикальные отверстия, сообщающиеся с изолирующей трубкой, причем боковые вертикальные отверстия заполнены электролитом и имеют сквозные капиллярные отверстия с выходами на наклонные поверхности среза донной части корпуса, а центральное вертикальное отверстие, через которое проведены электрические провода, имеет два сквозных выхода на датчики потенциала, закрепленные на наклонных поверхностях донной части корпуса, в непосредственной близости от капиллярных отверстий, при этом изолирующие прокладки, соприкасающиеся с краями рабочих поверхностей датчиков потенциала и капиллярными отверстиями, и выходы капиллярных отверстий закрыты расположенными последовательно пористыми диафрагмами и диэлектрическими экранами.
Датчики потенциала и пористые диафрагмы являются сменными. Каждое из боковых вертикальных отверстий имеет по три сквозных капиллярных отверстия. Датчики потенциала могут быть расположены на расстоянии не более 1 мм от капиллярных отверстий. Изолирующая прокладка может быть выполнена из химически стойкого диэлектрического материала.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схема устройства, на фиг.2 - вид сбоку устройства, на фиг.3 - вид устройства сверху, на фиг.4 - узел Б, на фиг.5 - схема, поясняющая работу устройства.
Устройство состоит из корпуса 1 с навинченной на него изолирующей трубкой 2. Корпус 1 и изолирующая трубка 2 изготовлены из диэлектрического материала. В корпусе 1 просверлены отверстия 3, имеющие капиллярные отверстия 4, выходящие на наклонные поверхности среза корпуса 1. Через центральное отверстие 5 и сквозные отверстия 6 проведены электрические провода, подключаемые к датчикам потенциала 7. При этом датчики потенциала 7 закреплены на наклонных поверхностях корпуса 1 в непосредственной близости от капиллярных отверстий 4, например, на расстоянии не более 1 мм. В сквозных отверстиях 6 расположены соединительные клеммы 8, которые спаяны с электрическими проводами 9. На тыльной поверхности (обратной стороне рабочей поверхности) датчиков потенциала 7 расположены ответные части 10 для соединительных клемм 8. Электрический контакт датчиков потенциала 7 с электрическими проводами 9 осуществляется через контакты между соединительными клеммами 8 и ответными частями 10. Электрические провода 9 от соединительных клемм 8 проходят через сквозные отверстия 6, центральное отверстие 5, и через изолирующую трубку 2 выведены наружу. После подключения электрических проводов 9 к датчикам потенциала 7 отверстия 5 и 6 герметизируют. Тыльную поверхность и торцы датчиков потенциала 7, при их установке и замене, герметизируют гудроном.
Диэлектрические экраны 11, через пористые диафрагмы 12 закрывают выходы капиллярных отверстий 4, обеспечивая электрический контакт между наружной поверхностью датчика потенциала 7 и неполяризующимся электродом сравнения, находящимся во внутренней полости изолирующей трубки 2, через электролит и торцевую поверхность пористой диафрагмы 12, и удерживают датчики потенциала 7. При этом изолирующие прокладки 13 устанавливают таким образом, чтобы они служили изоляторами между наружной плоскостью датчиков потенциала и плоскостью пористой диафрагмы, обеспечивая электрический контакт датчика потенциала с электродом сравнения исключительно через торцевую поверхность пористой диафрагмы 12. Диэлектрические экраны 11 крепятся винтами 14.
2
Диэлектрические экраны 11 могут быть выполнены из листового поливинилхлорида толщиной до 2 мм с окном 1 см.
Пористые диафрагмы 12 изготовлены из фильтровальной бумаги, имеющей электролитическую проводимость, а изолирующие прокладки - из химически стойкого диэлектрического материала, например, из фторопласта.
Измерение естественного потенциала и потенциала, эквивалентного потенциалу исследуемого подземного сооружения, например, трубопровода, проводят следующим образом.
Предлагаемое устройство помещают в грунт рядом с подземным сооружением 15 так, чтобы установленные на нем датчики потенциала 7 были максимально приближены к подземному сооружению 15 (см. фиг.5). Во внутренней полости изолирующей трубки 2 и в сообщающихся с ней отверстиях 3 с капиллярными отверстиями 4, залит электролит, например, 3% раствор поваренной соли. В изолирующую трубку 2 вставляют неполяризующийся электрод сравнения 16 с погружением в электролит.
Первый датчик потенциала 7, электрическим проводом 9, выведенным через одно из двух сквозных отверстий 6, центральное отверстие 5 и внутреннюю полость трубки 2, подключают в контрольно-измерительном пункте 17 к выводу от обследуемого трубопровода 15. Таким образом, датчик потенциала 7 приобретает потенциал обследуемого трубопровода 15. Второй датчик потенциала 7, своим электрическим проводом 9, выведенным через другое сквозное отверстие 6, центральное отверстие 5 и внутреннюю полость трубки 2, оставляют свободным (не подключают), при этом второй датчик потенциала 7 приобретает естественный потенциал метала в той среде, в которую он помещен.
Электрический контакт между неполяризующимся электродом сравнения 16, помещенным в электролит, залитый во внутреннюю полость изолирующей трубки 2, и каждым из двух датчиков потенциала 7, контактирующих с грунтовым электролитом, осуществляется через торцевые поверхности пористых диафрагм 12, насыщенные электролитом, поступающим через капиллярные отверстия 4 и отверстия 3 из полости изолирующей трубки 2. В результате максимального приближения датчиков потенциала 7 к капиллярным отверстиям 4 через торцевые поверхности пористых диафрагм 12 (на расстоянии не более толщины изолирующей прокладки 0,2 мм), возникает электрический контакт, обладающий малой площадью и малым расстоянием между неполяризующимся электродом сравнения 16 и датчиком потенциала 7, что позволяет измерять потенциал подземного сооружения 15, в частности, трубопровода без омической составляющей.
Для измерения тока, натекающего на подземное сооружение, например, трубопровода, в качестве измерительного прибора используют амперметр 18, подключаемый в разрыв электрической цепи между выводом от трубопровода 15 и выводом от датчика потенциала 7.
Измерение поляризационного потенциала осуществляют подключением вольтметра 19 с высоким входным сопротивлением в электрическую цепь между датчиком потенциала 7, подключенным к трубопроводу и неполяризующимся электродом сравнения 16, помещенным в электролит, залитый во внутреннюю полость диэлектрической трубки 2.
Измерение естественного потенциала трубопровода осуществляют подключением вольтметра 19 с высоким входным сопротивлением в электрическую цепь между датчиком потенциала 7, не подключенным к трубопроводу и неполяризующимся электродом сравнения 16, помещенным в электролит, залитый во внутреннюю полость диэлектрической трубки 2.
По разности между поляризационным и естественным потенциалами узнают о величине смещения потенциала на исследуемом подземном металлическом сооружении.
По совокупности измеренного поляризационного потенциала, разности измеренных величин естественного и поляризационных потенциалов и плотности тока судят о защищенности подземного металлического сооружения от коррозии на исследуемом участке.
Повышение надежности обеспечивается за счет наличия в устройстве двух датчиков потенциала, изготовленных из того же материала, что и исследуемое металлическое сооружение, которые позволяют контролировать потенциал без омической составляющей относительно одного и того же неполяризующегося электрода сравнения.
Максимальное приближение датчиков потенциала к капиллярным отверстиям (через торцевые поверхности пористых диафрагм на расстояние не более толщины изолирующей прокладки), через которые осуществляется электрический контакт между неполяризующимся электродом сравнения и датчиком потенциала, позволяет измерять потенциал подземного сооружения, в частности, трубопровода без омической составляющей. Это позволяет применять для контроля защищенности подземных металлических сооружений вольтметры с высоким входным сопротивлением, что, соответственно, повысит точность измеряемых параметров.
Наличие центрального отверстия, в которое при эксплуатации заливают 3% раствор NaCl и помещают неполяризующийся электрод сравнения, также повысит точность измеряемых параметров.
Предложенное устройство удобно в эксплуатации, поскольку оно выполнено таким образом (датчики потенциала и пористая диафрагма закрыты диэлектрическими экранами, которые легко снимаются), что, в случае замены датчиков поляризации и пористых диафрагм, разборка всего устройства не требуется.
Увеличение срока службы устройства обеспечивается тем, что корпус устройства выполнен из диэлектрического материала, не подверженного коррозии, а также тем, что оно может быть снабжено двумя сменными датчиками потенциала.
Адекватность и воспроизводимость результатов измерений потенциала и тока обеспечивается в результате:
- максимального приближения капиллярных отверстий и пористых диафрагм к датчикам потенциала;
- возможности замены датчиков потенциала в случае их коррозионного разрушения;
- возможности замены пористых диафрагм;
- простоты проведения измерений, поскольку не требуется специальных прерывающих устройств отключающих датчик потенциала от подземного сооружения при измерении поляризационного потенциала;
- полной идентичности физико-химических параметров датчика потенциала и контролируемого подземного металлического сооружения;
- доступности проведения измерений (применения обычных высокоомных вольтметров и стандартных неполяризующихся электродов).
Устройство для контроля защищенности подземных металлических сооружений обладает следующими преимуществами:
- относительная простота конструкции, неприхотливость в обращении, возможность длительного и многократного использования в стационарном и переносном варианте;
- получение истинных значений естественного, поляризационного потенциалов и величины тока, натекающего на подземное металлическое сооружение во время проведения измерений;
- не имеет временных ограничений по хранению.