СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ В ГРУНТАХ С ВЫСОКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
METHOD OF HORIZONTAL ANODE EARTHING IN SOILS WITH HIGH ELECTRIC RESISTANCE

Изобретение относится к электрохимзащите от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтяной, газовой, энергетических отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.
Известен способ выполнения анодного заземлителя, включающий выполнение токоввода и последовательно соединенных электродов, каждый из которых выполнен в виде концентрично расположенных кабеля, тонкостенного титанового корпуса с каталитическим покрытием наружной поверхности, контактными втулками, а также герметичным соединением торцов корпуса с кабелем путем обжима с обеспечением электрического контакта корпуса с втулкой путем контактной сварки, а свободные внутренние полости корпуса заполнены изоляционным компаундом. На поверхности контакта корпуса с втулкой может быть нанесен локально слой меди или др. металла методом фрикционного нанесения. Поверх слоя катализатора может быть нанесен слой материала с электронной или дырочной проводимостью. Для использования в качестве катода корпус заземлителя может выполняться из стали (Патент РФ №2101388, опубл. 10.01.1998).
Известный анодный заземлитель не применим в грунтах с высоким электрическим сопротивлением вследствие малой площади растекания электрического заряда. Кроме того, анодный заземлитель не предусматривает демонтаж и ремонт.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ выполнения горизонтального анодного заземления в грунтах с высоким электрическим сопротивлением, который включает производство траншеи, стоек на дне траншеи, электродов анодного заземления на стойках, контрольно-измерительной колонки, кабелей для соединения электродов и контрольно-измерительной колонки, загущенного до сметанообразного состояния отработанного при бурении скважин бентонитового глинистого раствора, покрывающего электроды и стойки, скважины с поверхности до глинистого раствора, ковера над скважиной и газоотводных труб, при этом расстояние в любом направлении от электродов анодного заземления, заполняемое отработанным при бурении скважин бентонитовым глинистым раствором, до грунта с высоким электрическим сопротивлением выполняют не менее 0,5 м, а глубину траншеи назначают из условия размещения глинистого раствора ниже глубины промерзания грунтов (Патент РФ №2407824 (заявка №2010106298/03), кл. C23F 13/06, опубл. 27.12.2010 - прототип).
Недостатком прототипа является пересыхание бентонитового глинистого раствора и, как следствие, увеличение электрического сопротивления и снижение защитных функций анодного заземления.
В предложенном изобретении решается задача сокращения количества анодных электродов, уменьшения размеров траншей для их размещения и увеличения срока эксплуатации анодного заземлителя.
Задача решается тем, что в способе выполнения горизонтального анодного заземления в грунтах с высоким электрическим сопротивлением, включающем монтаж стоек на дне траншеи для установки электродов анодного заземления и контрольно-измерительной колонки, к которой подводят кабели, при этом устанавливают ковер с выводом газоотводной трубки от электродов через скважину и заполняют пространство между электродами и грунтом, согласно изобретению пространство между электродами и грунтом заполняют углеродсодержащим материалом из твердых углеродосодержащих отходов электродного производства марки МУЭ, обладающим естественной усадкой при увлажнении на 10-15%, с утрамбовкой каждого слоя материала, увлажненного до насыщения.
Сущность изобретения
В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением необходимо поддержание значений сопротивления растеканию тока R 1,0÷1,5 Ом в течение всего срока эксплуатации анодного заземления. Существующие анодные заземлители имеют в качестве засыпного материала быстростареющие и теряющие проводимость композиции, что приводит к коррозии подземного оборудования. Кроме того, с их применением приходится использовать повышенное количество анодных электродов и увеличенные размеры траншей для их размещения. В предложенном изобретении решается задача сокращения количества анодных электродов, уменьшения размеров траншей для их размещения и увеличения срока эксплуатации анодного заземлителя.
Задача решается следующим образом.
Способ выполнения горизонтального анодного заземления в грунтах с высоким электрическим сопротивлением включает выполнение траншеи, стоек на дне траншеи, электродов анодного заземления на стойках, установку контрольно-измерительной колонки, использование кабелей для соединения электродов и контрольно-измерительной колонки, заполнение траншеи раствором, покрывающим электроды и стойки, создание ковера над скважиной и газоотводных труб. В качестве раствора, покрывающего электроды и стойки, используют углеродсодержащий материал из твердых углеродосодержащих отходов электродного производства, обладающий усадкой при увлажнении на 10-15%, послойно утрамбованный в траншее в увлажненном состоянии.
Материал углеродсодержащий из твердых углеродосодержащих отходов электродного производства (МУЭ), обладающий усадкой при увлажнении на 10-15%, выпускается по ТУ 2162-006-31660374-2010. Материал имеет марку МУЭ и обладает следующими свойствами: внешний вид - пылевидный порошок черно-асфальтового цвета с матовым блеском и присутствием гранул кубической или близкой к шару формы; массовая доля золы не более 5%; массовая доля общей серы не более 1%; массовая доля летучих веществ не более 1%; массовая доля углерода не менее 93%; массовая доля влаги не более 1%. Гранулометрический состав следующий. Предельные размеры гранул основной фракции составляют, мм: 0-2 - не более 2, 0-10 - не более 10, от 2 до 10 - от 2 до 10, 5-15 - от 5 до 15, 10-25 - от 10 до 25. Максимально допустимый размер гранул составляет, мм: 0-2 - 3, 0-10 - 13, 2-10 - 13, 5-15 - 20, 10-25 - 30. Массовая доля основной фракции составляет, %, не менее: 0-2 - 90, 0-10 - 90, 2-10 - 90, 5-15 - 90, 10-25 - 90. Усадка при увлажнении составляет 10-15%.
Для монтажа горизонтального анодного заземления выполняют траншею глубиной не менее 2,8 м, шириной порядка 0,7 м и протяженностью в зависимости от количества электродов. На дне траншеи монтируют стойки для укладки на них электродов. На стойках высотой 0,35 м монтируют электроды анодного заземления. Устанавливают контрольно-измерительную колонку и на ее клеммник выводят контрольные кабели от анодного заземления.
Перед заливкой МУЭ посредине траншеи устанавливают ковер с выводом газоотводной трубки от электродов. Снижение электрического сопротивления грунта в месте расположения анодного заземления производят путем заполнения пространства между электродами и высокоомным (каменистым) грунтом материалом МУЭ. Траншею обильно смачивают водой и укладывают слой МУЭ. Слой МУЭ смачивают водой до насыщения. Трамбуют слой МУЭ. При этом происходит уплотнение слоя МУЭ за счет трамбования и за счет естественной усадки при увлажнении. При таком совместном воздействии получается наиболее плотная упаковка МУЭ с наименьшим электрическим сопротивлением. Радиус заполняемого глинистым раствором пространства между электродами и каменистым грунтом составляет 0,35 м и более. На слой уложенного и утрамбованного МУЭ укладывают электроды. Засыпают второй слой МУЭ и смачивают водой до насыщения с последующей трамбовкой слоя. Сверху укладывают насыпной грунт, траншею засыпают естественным грунтом до проектной отметки с принятием мер, не допускающих смешивание грунта с МУЭ в траншее.
Предлагаемое устройство представлено на фиг.1.
Устройство горизонтального анодного заземления в грунтах с высоким электрическим сопротивлением включает траншею 1, стойки 2 на дне траншеи 1, электроды 3 анодного заземления на стойках 2, контрольно-измерительную колонку 4, кабели 5 для соединения электродов 3 и контрольно-измерительной колонки 4, МУЭ 6, покрывающий электроды 3 и стойки 2, скважину 7 с поверхности 8 до МУЭ 6, ковер 9 над скважиной 7 и газоотводные трубы 10. Расстояние в любом направлении от электродов 3 анодного заземления, заполняемое МУЭ 6, до грунта с высоким электрическим сопротивлением составляет не менее 0,35 м. Глубина траншеи назначена из условия размещения глинистого раствора 6 ниже глубины промерзания грунтов.
Ток катодной защиты стекает с электродов анодного заземления в грунт и натекает на защищаемые сооружения (скважины, трубопроводы и т.д.), тем самым достигается смещение разности потенциала «сооружение-земля» (от естественных значений (-0,6÷0,7 В) до защитных (-0,9÷2,5 В)). Для удаления газов, выделяющихся при работе анодного заземления, над заземлителями устанавливают перфорированную трубку, конец которой выводят в контрольно-измерительную колонку. В засушливые годы грунт вокруг анодного заземления увлажняют заливкой воды через перфорированные трубки.
Опытное внедрение было произведено в нефтегазодобывающем управлении «Альметьевнефть», где в грунтах с удельным электрическим сопротивлением 104 и 140 Ом·м было смонтировано горизонтальные анодное заземление из 12 электродов с заложением МУЭ. После монтажа сопротивление растеканию тока с анодного заземлителя составило 1,45 Ом и 1,5 Ом, при проектном 1,5 Ом. Для сравнения: параметры вертикального глубинного анодного заземлителя из 16-ти электродов типа ГА3-М в этих же грунтах составили 4,72 и 3,5 Ом соответственно.
По сравнению с прототипом применение предложенного устройства позволило сократить количество электродов на 20 м траншеи с 16 до 12 шт., уменьшить длину траншеи с 25 до 19 м, уменьшить ширину траншей с 1 до 0,7 м при сохранении электрического сопротивления в пределах проектного. Ускоренные испытания показали, что срок службы предложенного анодного заземлителя составляет 25 лет против 5-7 лет по прототипу.
Применение предложенного технического решения позволит решить задачу сокращения количества анодных электродов, уменьшения размеров траншей для их размещения и увеличения срока эксплуатации анодного заземлителя.