СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКА БЛУЖДАЮЩЕГО ТОКА
METHOD OF IDENTIFICATION OF SOURCE OF GROUND CURRENTS

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии, вызванной блуждающими токами, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при эксплуатации подземных трубопроводов, в частности, при оценке опасности источника блуждающего тока, проведении электрометрических обследований, контроле и управлении работой средств электрохимической защиты.
Известны способы локализации источника блуждающего тока, оказывающего воздействие на магистральные трубопроводы [см. Патент РФ на изобретение №2473098; Рекомендации по электрическим измерениям и изысканиям. – М.: - ВНИИСТ, 1968. - 73 с.]. Однако в ряде случаев источник блуждающего тока связан с влиянием геомагнитных вариаций на металлический трубопровод, при этом непосредственно трубопровод участвует в генерации тока, поэтому указанными способами источник не может быть локализован и идентифицирован.
Известен способ идентификации геомагнитных источников блуждающего тока, заключающийся в синхронных измерениях электрических параметров трубопровода и величины напряженности магнитного поля Земли. В случае высокого коэффициента корреляции между массивами значений потенциала и значений напряженности поля Земли предполагают, что источник блуждающего тока относится к геомагнитному [см. Elias A.G., Silbergleit V.M. Strong geomagnetic disturbances and induced current on Earth surface / Progress in Electromagnetics Research Letters, Vol. 1, 139-148, 2008].
К недостатку способа относят сложность его реализации, обусловленную необходимостью проведения специальных измерений магнитного поля Земли, которые, как правило, выполняются стационарными лабораториями метеоисследований.
Известен способ идентификации неклассического геомагнитного источника блуждающего тока, по признакам единства источника блуждающего тока, воздействующего на участок трубопровода, определяемого по значению коэффициента корреляции между массивами потенциалов, измеренных синхронно в различных точках трубопровода, отсутствия точек стекания-натекания тока на границах участка, отсутствия в разности потенциалов труба-земля переменной составляющей с частотами, кратными промышленной частоте сети переменного тока [см. Фуркин А.В. Совершенствование методик идентификации и оценки опасности источников блуждающих токов, воздействующих на магистральные нефтегазопроводы. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Ухта - УГТУ. - 23 с.].
Недостатком способа является недостаточная достоверность при идентификации исследуемого источника блуждающего тока как геомагнитного. При этом существует риск неправильной идентификации источника блуждающего тока и, как следствие, принятие неправильных решений при эксплуатации трубопровода, что негативно влияет на безопасность его эксплуатации.
Задачей изобретения является создание способа, позволяющего достоверно идентифицировать источник блуждающего тока и обоснованно относить его к категории неклассических, связанных с геомагнитными вариациями.
Технический результат - повышение достоверности способа идентификации источника блуждающего тока.
Задача решается тем, что в способе идентификаций источника блуждающего тока, заключающемся в отключении средств электрохимической защиты трубопровода, синхронном измерении разности потенциалов «труба-земля» по меньшей мере в двух точках обследуемого участка трубопровода, анализе графика изменения разности потенциалов во времени, идентификации источника блуждающего тока по признакам единства источника блуждающего тока, действующего на обследуемый участок, отсутствия в измеренной разности потенциала переменной составляющей с частотами, кратными промышленной частоте сети переменного тока, с целью повышения достоверности идентификации дополнительно определяют точки-экстремумы на графике изменения разности потенциалов во времени, определяют скорость нарастания разности потенциала до установления экстремального значения, определяют коэффициент корреляции между массивами значений экстремумов и скорости нарастания разности потенциалов, выполняют спектральный анализ графика разности потенциалов, при значении определяемого коэффициента корреляции по модулю более 0,9 и при частоте колебаний с наибольшей амплитудой от 0,0001 Гц до 0,001 Гц считают, что источник блуждающего тока связан с геомагнитными вариациями.
На фиг. 1 показан фрагмент графиков, полученных по результатам измерения разности потенциалов «труба-земля» в двух точках трубопровода.
На фиг. 2 показан пример определения экстремума и скорости нарастания разности потенциалов на фрагменте графика разности потенциалов «труба-земля».
На фиг. 3 показан пример зависимости между скоростью нарастания разности потенциалов и экстремальным значением потенциала для участка трубопровода, подверженного влиянию источника блуждающего тока, вызванного геомагнитными вариациями.
На фиг. 4 показан пример результатов расчета спектра колебаний для участка трубопровода, подверженного влиянию источника блуждающего тока, вызванного геомагнитными вариациями.
Способ реализуется следующим образом.
С помощью методов электроизмерений определяют (локализуют) участок подземных трубопроводов, подверженный влиянию блуждающих токов. На выделенном участке трубопроводов отключают средства электрохимической защиты, по меньшей мере в двух точках устанавливают самопишущие приборы для измерения разности потенциалов «труба-земля». Включают приборы в режим измерения переменного тока и частоты переменного тока. При отсутствии в разности потенциалов труба-земля переменной составляющей с частотами, кратными промышленной частоте сети переменного тока, переключают приборы в режим измерения постоянного тока и выполняют синхронные измерения разности потенциалов в точках трубопровода. По результатам измерения строят графики изменения разности потенциалов во времени (фиг. 1). Рассчитывают коэффициент корреляции между массивами значений потенциалов, измеренных в различных точках. При значении коэффициента корреляции по модулю выше 0,9 на графиках разности потенциала определяют экстремумы и скорости изменения разности потенциалов, предшествующие этим экстремумам (фиг. 2). Определяют коэффициент корреляции между массивами экстремумов и скорости изменения разности потенциалов, предшествующей этим экстремумам. При значении коэффициента корреляции по модулю выше 0,9 (фиг. 3) выполняют спектральный анализ (фиг. 4), при частоте колебаний, соответствующей наибольшим амплитудам от 0,0001 Гц до 0,001 Гц, считают, что источник блуждающего тока связан с геомагнитными вариациями (фиг. 4).
Пример
Системами дистанционного коррозионного мониторинга установлено, что на участок подземного магистрального газопровода 900-990 км действует неизвестный источник блуждающего тока. Действие источника определено по хаотичному изменению разности потенциалов «труба-земля». В ряде случаев разность потенциалов «труба-земля» переходит в анодную область значений, что несет риск коррозионного разрушения трубопроводов.
Отключают станции катодной защиты №11, 12 и 13, защищающие от коррозии указанный участок газопровода. Выбирают две точки измерения, расположенные в пределах локализованного участка: точка №1 - 905 км; точка №2 - 986 км (на данных точках установлены контрольно-измерительные пункты систем электрохимической защиты). Подключают вольтметр, например, Fluke79/29 к клеммам контрольно-измерительного пункта: одна клемма - трубопровод; вторая - электрод сравнения длительного действия. Переводят вольтметр в режим измерения напряжения переменного тока. В результате измерений устанавливают, что в измеряемой разности потенциалов на обеих точках отсутствует переменная составляющая с частотами кратными 50 Гц.
Подключают вольтметр, имеющий возможность работы в режиме самописца, например, типа Minilog, к клеммам контрольно-измерительных колонок в точках №1 и №2. Устанавливают текущее значение времени на самописцах и ставят в режим «Запись». По прошествии 8 ч отключают приборы и переносят данные из внутренней памяти самописцев в ЭВМ. На ЭВМ строят графики изменения разности потенциалов (U) во времени (t) (фиг. 1). Рассчитывают коэффициент корреляции между массивами значений потенциалов, измеренных в различных точках. Устанавливают, что значение коэффициента корреляции составляет - 0,94.
На графиках разности потенциала определяют экстремумы и скорости изменения разности потенциалов (dU/dt), предшествующие этим экстремумам (фиг. 2). Для автоматического решения такой задачи применяют, например, функции табличного редактора MS Excel. Определяют, что коэффициент корреляции между массивами экстремумов и скорости изменения разности потенциалов, предшествующей этим экстремумам, составляет 0,95 (фиг. 3).
При помощи специализированной программы, например, PAS Analysis Center, выполняют спектральный анализ зависимости изменения разности потенциалов во времени (фиг. 4). Устанавливают, что наибольшая амплитуда колебаний соответствует частотам менее 0,001 Гц. Таким образом, по совокупности признаков определяют, что источник блуждающего тока связан с геомагнитными вариациями. На основании этого вывода разрабатывают комплекс мероприятий, позволяющих безаварийно эксплуатировать трубопровод в условиях влияния геомагнитного источника, для данного примера устанавливались протекторы и электроизолирующие вставки, что позволило стабилизировать потенциал «труба-земля» в регламентируемом диапазоне.