ПРОТЯЖЁННЫЙ ЭЛЕКТРОД АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Полезная модель относится к электрохимической защите металлических объектов от коррозии, а именно к 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 коммуникациях компрессорных, газораспределительных, нефтеперекачивающих станций, теплоэлектростанций и промышленных площадок иного назначения, подводных переходах однониточных трубопроводов и их многониточных систем, технологических резервуаров любого назначения, включая внутреннею поверхность, портовых и причальных сооружений, морских платформ и иных гидротехнических сооружений.
Известен 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. % - RU 136805 U1, 2014 г.
Недостатком данного устройства является его относительно низкая 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.
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, а также -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, 2010 г.
Недостатком данного устройства является отсутствие активной оболочки, окружающей токопроводящий полимер, что приводит ограничению электрохимических реакций.
Наиболее близким аналогом является 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, а также - слой токопроводящей оболочки, окружающей слой коксовой оболочки, и внешнюю оплетку - RU 148604 U1, 2014 г.
Недостаток известного устройства состоит в достаточно высоком сопротивлении растекания анодного тока, что понижает срок его службы.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в понижении сопротивления растекания анодного тока, что увеличивает срок службы устройства.
Эта задача решена в протяженном электроде анодного заземления, содержащем размещенный коаксиально вдоль центральной оси металлический токопровод, слой полимерной электропроводящей оболочки, расположенный вокруг токопровода, слой минеральной оболочки, окружающей слой полимерной электропроводящей оболочки, слой токопроводимой оболочки, окружающей слой минеральной оболочки, и оплетку, при этом слой минеральной оболочки образован шунгитовой смесью, слой токопроводимой оболочки выполнен из токопроводящей резины, внутри которой размещена оплетка.
Частные случаи выполнения протяженного электрода анодного заземления предполагают следующие варианты:
2
-8
- металлический токопровод выполнен многожильным, из меди, с покрытием или без него, при этом номинальное сечение - не менее 10 мм и удельное сопротивление - не более 1,7×10 Ом⋅м;
- слой полимерной электропроводящей оболочки наполнен углеродом и/или углеродными волокнами;
- наружный диаметр слоя полимерной электропроводящей оболочки составляет от 10,0 до 20,0 мм;
- фракционный состав шунгитовой смеси составляет от 1,0 до 20 мм;
- количество связанного углерода в шунгитовой смеси составляет не менее 30%;
-4
- удельное электрическое сопротивление шунгитовой оболочки больше или равно 4,0×10 Ом⋅м.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение протяженного электрода, на фиг. 2 - продольное сечение.
2
-8
Протяженный электрод анодного заземления состоит из размещенного коаксиально вдоль центральной оси металлического токопровода 1 (токопроводящей жилы), который может быть выполнен многожильным, из меди, с покрытием или без него, при номинальном сечении - не менее 10 мм и удельном сопротивлении - не более 1,7×10 Ом⋅м.
Слой полимерной электропропроводящей оболочки 2 расположен вокруг токопровода 1. Этот слой может быть наполнен углеродом и/или углеродными волокнами; его наружный диаметр составляет от 10,0 до 20,0 мм.
-4
Фракционный состав слоя минеральной оболочки в виде шунгитовой смеси 3, окружающей слой электропропроводящей оболочки 2, составляет от 1,0 до 20 мм; количество связанного углерода в шунгитовой смеси 3 составляет не менее 30%; удельное электрическое сопротивление шунгитовой оболочки - больше или равно 4,0×10 Ом⋅м.
Применяемый фракционный состав шунгитовых смесей выбран согласно стандартным ситам для их рассева.
Слой токопроводящей оболочки 4, окружающей слой шунгитовой смеси 3, выполнен из токопроводящей резины, внутри которой размещена оплетка 5 в виде навивки. Конструктивно это представляет собой шунгитовую смесь 3, заключенную в армированный резиновый рукав, выполненный из электропроводящей резины. Армирование осуществляется навивкой медной мягкой проволоки диаметром 0,4-1,0 мм, с шагом 15-20 мм в один слой внутри слоя электропроводящего резинового рукава.
Работа протяженного электрода анодного заземления осуществляется следующим образом.
Протяженный электрод анодного заземления прокладывают параллельно трубопроводу, кабелю или иным металлическим сооружениям (коммуникациям), подключенным к отрицательному полюсу 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 электрод анодного заземления в среду, в которой расположены сооружения (коммуникации) и протяженный электрод анодного заземления, и непосредственно через сами сооружения (коммуникации), и возвращается на катодную станцию. В результате переноса анодных процессов на протяженный электрод анодного заземления, он растворяется, защищая от коррозии и повреждений металлические сооружения, увеличивая при этом срок эксплуатации последних.
Элементы конструкции протяженного электрода анодного заземления выполняют следующие функции.
Токопровод 1 служит питающей шиной низкого сопротивления и обеспечивает передачу защитного тока на длительные расстояния без существенного падения напряжения вдоль анода. Слой электропропроводящей оболочки 2 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 шунгитовой смесью 3; обеспечивает передачу электронов в шунгитовую смесь 3 за счет свойств электропроводности полимера, наполненного углеродом.
Слой шунгитовой смеси 3, окружающий слой электропропроводящей оболочки 2, служит как активная матрица, на поверхности и внутри которой происходит большинство электрохимических реакций.
Слой токопроводящей оболочки 4 служит эластичным защитным кожухом шунгитовой смеси 3, а оплетка 5 защищает устройство от внешних повреждений при прокладке и транспортировке.
Параллельное включение металлической оплетки 5 с металлическим токопроводом 1 позволяет регулировать защитную плотность тока.
Испытания показали, что заявленное устройство может работать в диапазонах температуры окружающей среды от минус 60°С до 60°С. Удельные электрические характеристики устройства обеспечиваются рецептурой электропроводного полимера и конструкцией и определяются расчетным путем в зависимости от применяемого материала токопровода 1, его эквивалентного диаметра, удельного объемного электрического сопротивления полимерного материала оболочек и диаметра электрода.
Понижение сопротивления растекания анодного тока, достигаемое в данной конструкции применением шунгитовой смеси, заключенной в армированный резиновый рукав, значительно увеличивает срок службы устройства.