Протяженный анод системы электрохимической защиты подземного объекта

Полезная модель относится к области электрохимической защиты, а именно к устройствам катодной защиты от коррозии длинномерных подземных сооружений. Может быть использована в промышленности для защиты от коррозии протяженных металлических конструкций и сооружений, в частности трубопроводов, проложенных в высокоомных грунтах, для транспортирования газов и жидкостей, где применение вертикально расположенных анодов неэффективно.
Известен гибкий анод по патенту Китая на полезную модель CN206706213, C23F 13/10, 2017. Устройство состоит из кабеля с медным сердечником, анодного провода, коксового наполнения, трубы для газа, тканевой сетки, оптоволоконной оболочки. В устройстве есть точка соединения анодного провода, то есть место стыка медных сердечников и соединение их с анодным проводом. Кабель с медным сердечником, анодный провод и труба для газа расположены коаксиально внутри коксового наполнения. Труба для газа отводит газ, образующийся в оболочках и сетке. Недостатком устройства является применение медного сердечника, так как медь имеет высокое значение растворимости, при растворении сердечника сокращается зона действия электрохимической защиты. В случае плохого отведения газа из трубы для газа может произойти накопление большого количества газа в оболочке, которое может привести к отслоению оболочки от анодного провода и кабеля с медным сердечником, или разрыву оболочки. А при повреждении целостности оболочки происходит быстрое растворение медного сердечника. Все это снижает надежность работы гибкого анода. При этом, в случае недостаточно плотного стыка медных сердечников, зона действия устройства сокращается, что также приводит к снижению надежности.
Известен протяженный гибкий анод по патенту РФ на полезную модель №93085, C23F 13/06, 2009. Данное устройство состоит из токопроводника, токопроводящей оболочки, медной оплетки. Токопроводник состоит из скрученных в жилу медных проволок. В состав токопроводящей оболочки включены каучук, технический углерод и графит. Недостатком устройства является применение медных проволок в качестве сердечника, так как медь имеет высокую степень растворимости, сердечник быстро растворяется, сокращается зона действия электрохимической защиты объекта. При повреждении оболочки анода, скорость разложения медного сердечника увеличивается. Все это снижает надежность работы гибкого анода.
В качестве ближайшего аналога выбран протяженный анодный заземлитель по патенту РФ на полезную модель №193633, C23F 13/16, 2019. Данное устройство содержит металлический токопровод, полимерную оболочку, дополнительный титановый электрод, минеральную оболочку, токопроводящую оболочку, оплетку. Титановый электрод расположен коаксиально металлическому проводу в минеральной оболочке, титановых электродов может быть несколько в зависимости от длины анодного заземлителя. Металлический токопровод выполняют из гибкой медной проволоки. Минеральная оболочка выполнена из углеродной засыпки с графитовой мукой. Недостатком устройства является невысокая надежность устройства, так как применяется медная проволока в качестве сердечника, которая обладает высоким значением растворимости под действием тока, а при разрушении проволоки сокращается зона действия электрохимической защиты. В случае повреждения оболочки разрушение медной проволоки ускоряется. Расположение титанового электрода на малом расстоянии от металлического токопровода может снизить уровень электрохимической защиты, так как титановый электрод и металлический токопровод будут работать как два независимых анода, создавая свои электрические поля и препятствуя работе друг друга. Кроме того, титановый электрод является твердым и негибким, что при изгибах анодного заземлителя может привести к нарушению целостности оболочки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы протяженного анода системы электрохимической защиты подземного объекта.
Технический результат достигается тем, что в протяженном аноде системы электрохимической защиты подземного объекта, содержащем токопроводящую жилу и токопроводящую оболочку, согласно полезной модели токопроводящая жила выполнена из соприкасающихся между собой медной проволоки и гибкого графитосодержащего шнура.
Технический результат обеспечивается за счет выполнения жилы из двух материалов, обладающих разной проводимостью и характеризующихся разной скоростью растворения при использовании их в качестве анода в электрохимической защите от коррозии. Графитосодержащий шнур обладает более высоким удельным сопротивлением, чем медная проволока, поэтому дольше разрушается, обеспечивая более длительную защиту сооружений и конструкций. Медная проволока обладает малым удельным сопротивлением, хорошо распределяет токовую нагрузку на анод по всей длине и смещает собственный потенциал объекта в сторону больших отрицательных значений быстрее, чем графитосодержащий шнур. Применение одновременно двух материалов в одной жиле позволяет повысить надежность работы протяженного анода. При локальном растворении медной проволоки, например, в месте нарушения целостности полимерной оболочки, протяженный анод продолжает выполнять свою функцию по электрохимической защите подземного объекта, т.к. графитосодержащий шнур разрушается дольше медной проволоки и продолжает работать на всей длине жилы. Применение графитосодержащего материала в виде шнура, а не оболочки с графитовой засыпкой, как в указанных аналогах, обеспечивает более высокую степень его проводимости и позволяет расположить его непосредственно возле медной проволоки по всей длине анода. Расположение медной проволоки и графитосодержащего шнура таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом, обеспечивает создание единого защитного поля, которое защищает объект, предотвращая при этом создание двух самостоятельных электромагнитных полей, которые могут препятствовать работе друг друга. Применение гибкого графитосодержащего шнура позволяет избежать повреждений при транспортировке и укладке протяженного анода, так как гибкий материал не ломается при сгибании, что так же повышает надежность работы протяженного анода.
На фигуре 1 представлены протяженный анод и защищаемый объект.
На фигуре 2 представлен поперечный разрез протяженного анода.
Протяженный анод содержит жилу 1, оболочку 2. Жила 1 состоит из медной проволоки 3 и графитосодержащего шнура 4. Оболочку 2 выполняют из токопроводящих полимерных материалов, например углерода, графита, резины и других. Медную проволоку 3 и графитосодержащий шнур 4 располагают внутри оболочки 2 таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом по всей длине, например, скручивают или размещают параллельно друг другу. В качестве графитосодержащего шнура 4 применяют стандартный шнур, используемый в уплотнительных устройствах. Материалом оболочки 2 может служить токопроводящий полимер или токопроводящая резина, типа ПАРМ.
Устройство работает следующим образом
Оболочку 2 с жилой 1 укладывают вдоль защищаемого объекта 5, например трубопровода, расположенного в грунте с высоким сопротивлением, то есть высокоомном грунте, на глубине до трех метров. Оболочку 2 с жилой 1 укладывают на глубине до трех метров, так как в высокоомном грунте сопротивление самого грунта уменьшает область действия анодной защиты, делая вертикально установленные аноды на большой глубине неэффективными. Укладка протяженного анода горизонтально позволяет увеличить зону действия электрохимической защиты. Длина оболочки 2 с жилой 1 зависит от длины защищаемого объекта 5 и может составлять несколько километров. Оболочка 2 не должна касаться защищаемого объекта 5. Жилу 1 соединяют с положительным полюсом станции катодной защиты 6. Медная проволока 3 и графитосодержащий шнур 4 могут быть присоединены к станции катодной защиты 6 одной общей клеммой или двумя отдельными клеммами. Защищаемый объект 5 соединяют с отрицательным полюсом станции катодной защиты 6. Станцию катодной защиты 6 включают, и образуется замкнутая цепь, где ток течет со станции катодной защиты 6 на жилу 1, с жилы 1 ток через грунт идет на защищаемый объект 5, с защищаемого объекта 5 - на станцию катодной защиты 6. При протекании тока через жилу 1 электроны с жилы 1 переходят через грунт на защищаемый объект 5, смещая его потенциал в более отрицательное значение (от -0,8 В до -1,5 В), при котором замедляется коррозия. Во время работы станции катодной защиты 6 жила 1, состоящая из медной проволоки 3 и графитосодержащего шнура 4, создает единое электромагнитное поле, которое защищает объект 5. При протекании тока по жиле 1 в ней не создаются отдельные электромагнитные поля, препятствующие работе друг друга.
Полимерная оболочка 2 защищает жилу 1 от внешней окружающей среды, а также от передавливания и перегибов при эксплуатации, транспортировке или хранении. При нарушении целостности оболочки 2 начинается ускоренное разрушение жилы 1. Так как медная проволока 3 обладает малым удельным сопротивлением, она быстро разрушается под действием тока. При разрушении медной проволоки 3 нарушается целостность жилы 1, что приводит к размыканию электрической цепи. Графитосодержащий шнур 4 обладает удельным сопротивлением большим, чем удельное сопротивление медной проволоки 3, поэтому разрушается медленнее в месте повреждения оболочки 2, сохраняя электрическую цепь замкнутой и обеспечивая работу жилы 1 на всей длине. В случае нарушения целостности оболочки 2 медная проволока 3 будет работать на промежутке от места подключения к станции катодной защиты 6 до места разрушения оболочки 2, а графитосодержащий шнур 4 будет продолжать работать по всей своей длине. В итоге, электрохимическая защита защищаемого объекта 5 не прекращается при нарушении целостности оболочки 2 или частичного разрушения жилы 1, потенциал на защищаемом объекте 5 снижается, но остается в установленном диапазоне.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить надежность работы протяженного анода системы электрохимической защиты подземного объекта.