ДАТЧИК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

Полезная модель относится к технике для электрохимической защиты подземных и подводных металлических сооружений от коррозии и предназначена для измерения электрохимического и поляризационного потенциала сооружения.
Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является датчик электрохимического потенциала (патент РФ №1820722, приоритет 02.10.1990), содержащий электроды сравнения из разнородных металлов, плазмено напыленных на подложке из пористой керамики, пропитанной водным раствором электролита, электрически связанные между собой в контактном узле, снабженном соединительным кабелем. Датчик снабжен вспомогательным электродом, электрически изолированным от электродов сравнения. Вспомогательный электрод выполнен из того же материала, что и защищаемое сооружение, и изготовлен в виде плазменно напыленных пластин, расположенных на обеих поверхностях керамической подложки и соединенных электрически вторым контактным узлом, который снабжен вторым соединительным кабелем. Контактные узлы залиты компаундом. Терминология дана согласно ГОСТ 3 51164-98. «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.»
Недостатками известного датчика является длительное время поляризации собственного потенциала при размещении его в высокоомных грунтах.
Низкая механическая прочность подложки (пористая керамика) делает практически невозможным применение датчиков под днищами резервуаров, так как при подготовке основания с уже заложенными датчиками производится с приложением изменяющимися во времени значительными нагрузками (укатка кулачковыми катками, трамбовка и т.п.), что может привести к разрушению датчиков. Кроме этого в процессе эксплуатации резервуаров (циклы «наполнение-опорожнение») также имеет место значительное изменение нагрузок на датчики. По этим же причинам известные датчики не могут применяться в средах, подвергающихся вибрационным нагрузкам.
Изготовление известного датчика требует применения дорогостоящих высоких технологий по плазменному напылению, которые, однако, не позволяют получить толщину напыленного слоя более 0,2-0.3 мм. Даже при максимальных толщинах напыления долговечность известного датчика является низкой.
При плазменном напылении вспомогательного электрода порошком, полученным из расплава стали (идентичной стали защищаемого сооружения), продуваемого в струе инертных газов, происходит изменение структуры стали, что приводит к ошибке при измерении поляризационного потенциала.
При создании настоящей полезной модели решались технические задачи сокращения время поляризации собственного потенциала при размещении датчика в высокоомных грунтах и увеличения стабильности во времени собственного потенциала в различных грунтах с различным удельным сопротивлением, расширения функциональных возможностей - применение в средах с большими переменными и вибрационными нагрузками, в том числе и под резервуарами, повышение долговечности, а также повысить точность измерений.
Технический результат, достигаемый при решении поставленных задач, обеспечивается тем, что датчик электрохимического потенциала, содержащий выполненные из разнородных металлов первый и второй электроды сравнения, электрически связанные между собой в первом контактном узле, снабженном первым соединительным кабелем, и вспомогательный электрод, выполненный из того же материала, что и защищаемое сооружение, электрически изолированный от первого и второго электродов сравнения и имеющий второй контактный узел, снабженный вторым соединительным кабелем, а контактные узлы залиты компаундом, согласно полезной модели датчик снабжен дополнительным вспомогательным электродом, выполненным из того же материала, что и защищаемое сооружение, с дополнительными залитым компаундом контактным узлом и соединительным кабелем, а залитые компаундом первый, второй и дополнительный контактные узлы размещены в изоляционной муфте, первый электрод сравнения выполнен в виде прямоугольной пластины, снабженной по торцам вне первого контактного узла Г-образными стенками, второй электрод сравнения выполнен в виде прямоугольной пластины, размещенной параллельно пластине первого электрода сравнения с зазором, при этом Г-образные стенки
первого электрода сравнения охватывают с зазором торцы и примыкающие к торцам части поверхности пластины второго электрода сравнения, в зазоре между Г-образными стенками пластины первого электрода сравнения и торцами и примыкающими к торцам частями поверхности пластины второго электрода сравнения, а также в зазоре между параллельными поверхностями пластин первого и второго электродов сравнения вблизи первого контактного узла размещена изолирующая прокладка, а между пластинами первого и второго электродов сравнения размещена электропроводная сетка, которая своими торцами примыкает к изолирующей прокладке, вспомогательный электрод прикреплен через изоляционную подложку к первому электроду сравнения, а дополнительный вспомогательный электрод прикреплен через изоляционную подложку ко второму электроду сравнения.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид спереди на датчик, на фиг.2 - вид сбоку на датчик, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.
Датчик электрохимического потенциала содержит выполненные из разнородных металлов первый и второй электроды сравнения 1 и 2 соответственно, которые электрически связаны между собой в первом контактном узле 3, снабженном первым соединительным кабелем 4. Первый электрод сравнения 1 выполнен из меди, а второй - из титана или никеля. Первый и второй электроды сравнения выполнены в виде прямоугольных пластин, размещенных параллельно с зазором. Пластина первого электрода сравнения 1 снабжена по торцам вне первого контактного узла Г-образными стенками (ребрами) 5, охватывающими с зазором торцы и примыкающие к торцам части поверхности пластины второго электрода сравнения. Применение в качестве материалов электродов сравнения химически чистых разнородных металлов заданной толщины (1.0-1.5 мм) и площади контакта с окружающим грунтом (площадь контакта с грунтом меди должна превышать площадь контакта титана или никеля на 15-20%) обеспечивает применение предлагаемого датчика в средах с большими переменными и вибрационными нагрузками, в том числе и под резервуарами, а также использование датчика в течение всего срока эксплуатации защищаемого сооружения.
В зазоре между Г-образными стенками 5 пластины первого электрода сравнения 1 и торцами и примыкающими к торцам частями поверхности пластины второго электрода сравнения 2, а также в зазоре между параллельными поверхностями пластин первого и второго электродов сравнения вблизи первого контактного узла 3 размещена изолирующая прокладка 6, а между пластинами первого и второго электродов сравнения размещена электропроводная сетка 7, которая своими торцами примыкает к изолирующей прокладке 6. Изолирующая прокладка 6 может быть выполнена из капролактана или полипропилена, а электропроводная сетка 7 - из углеродной ткани типа «Вискум». Применение электропроводной сетки резко снижает (по сравнению с прототипом) время стабилизации собственного потенциала электродов сравнения и увеличивает стабильность во времени собственного потенциала в различных грунтах с различным удельным сопротивлением, а также на морском дне.
К первому электроду сравнения 1 через изоляционную подложку 8 прикреплен вспомогательный электрод 9, имеющий второй контактный узел 10, снабженный вторым соединительным кабелем 11.
Ко второму электроду сравнения 2 через изоляционную подложку 12 прикреплен дополнительный вспомогательный электрод 13, имеющий дополнительный (третий) контактный узел 14, снабженный дополнительным (третьим) соединительным кабелем 15.
2
Площадь каждого вспомогательных электрода (и 9 и 13) равна нормированной (обычно нормированную площадь дополнительного электрода принимают равной 625 мм). Вспомогательный электрод 9 и дополнительный вспомогательный электрод 13 выполнены из того же материала, что и защищаемое сооружение, без его переработки, что позволяет повысить точность измерений по сравнению с прототипом.
Все контактные узлы 3, 10 и 14 залиты компаундом 16 и размещены в изоляционной муфте 17, закрытой изоляционной пробкой 18. Компаунд 16 выполняется из эпоксидной смолы с наполнителем из стойкой к хлору кварцевой пыли, а изоляционная муфта выполняется из полиэтилена.
Таким образом вспомогательный электрод 9 и дополнительный вспомогательный электрод 13 электрически изолированы друг от друга и от первого и второго электродов сравнения.
Датчик электрохимического потенциала устанавливают следующим образом.
При контроле и управлении станцией катодной защиты подземного трубопровода по поляризационному потенциалу датчик устанавливается на минимальном расстоянии от стенки трубопровода в любой точке так, чтобы плоскость датчика сравнения 1 или 2 была параллельна касательной к окружности трубопровода, а в случае защиты днища резервуара - параллельна днищу резервуара. При контроле эффективности катодной защиты подземного сооружения датчик электрохимического потенциала располагают в области дефекта изоляционного покрытия.
Для измерения поляризационного потенциала подземного сооружения применяется метод с использованием коммутатора, вольтметра и накопительной емкости.
Сначала вспомогательный электрод, обращенный к трубе подключают соединительным кабелем через коммутатор к защищаемому сооружению, в результате чего этот вспомогательный электрод приобретает потенциал защищаемого сооружения, а вспомогательный электрод, расположенный с другой стороны датчика, приобретает потенциал от сторонних источников тока (блуждающие токи и т.п.).
Для оценки эффективности катодной защиты в период поляризации обращенного к защищаемому сооружению вспомогательного электрода вспомогательный электрод, расположенный с другой стороны датчика, подключают к вольтметру, тем самым измеряется потенциал, натекающий от посторонних источников тока. По окончании поляризации обращенного к защищаемому сооружению вспомогательного электрода он подключается к вольтметру, а другой вспомогательный электрод отключается от него. Об эффективности катодной защиты судят по разности показаний вольтметра.
Для оценки эффективности защиты в области дефекта изоляции сначала поляризуют обращенный к защищаемому сооружению вспомогательный электрод. Затем этот электрод подключают к вольтметру и регистрируют величину
поляризационного потенциала. После этого оба вспомогательных электрода запараллеливают и поляризуют подсоединением к защищаемому сооружению. По окончании поляризации эти электроды подключают к вольтметру и фиксируют величину поляризационного потенциала. В случае расхождения в величинах поляризационных потенциалов делается вывод о недостаточной защите сооружения.