Способ выполнения анодного заземления
METHOD OF MAKING ANODE GROUNDING

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтегазовой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.
Известно устройство горизонтального анодного заземления, включающее траншею, которую выполняют вдоль защищаемого сооружения, электроды анодного заземления, размещенные в траншее, контрольно-измерительные колонки для контроля эффективности электрохимической защиты, кабели для соединения электродов и токопроводящий раствор, покрывающий электроды (патент РФ № 2407824, опубл. 27.12.2010 г.).
К недостаткам способа относят трудоемкость выполнения заземления и его ремонта при наличии рядом с защищаемой конструкцией сторонних подземных трубопроводов, дорог с твердым покрытием, подземных линий связи, силовых кабелей, например на территории промышленных площадок компрессорных и насосных станций.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ выполнения анодного заземления, включающий бурение скважины преимущественно горизонтально, вдоль подземного сооружения с выходом на дневную поверхность с обоих концов скважины, обсадку скважины и протягивание в нее электродов с установкой их в горизонтальной части скважины, заполнение скважины электропроводящим материалом, при этом определяют уровень грунтовых вод и глубину промерзания грунта вдоль подземного сооружения. Горизонтальную часть скважины располагают ниже уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунта, скважину обсаживают перфорированными неметаллическими трубами или электропроводными трубами из композиционного материала, а электроды подключают к кабелям, выходящим на дневную поверхность с обоих концов скважины (патент РФ № 2521927 опубл. 10.07.2014 г.).
Недостатком данного способа является то, что в случае наличия дефектов изоляционного покрытия на защищаемом сооружении, при обеспечении катодной защиты данного сооружения, происходит неоптимальное распределение разности потенциалов «сооружение-земля». На участках с дефектами изоляционного покрытия наблюдается локальное снижение разности потенциалов «сооружение-земля», при общих значениях  в пределах регламентируемых нормативной документацией (для газонефтепроводов ГОСТ Р 51164-98). Повышение разности потенциалов «сооружение-земля» на участках с дефектами изоляционного покрытия осуществляется за счет увеличения силы тока станций катодной защиты,  что приводит к увеличению разности потенциалов «сооружение-земля» и может привести к выходу значений за границы максимально допустимого потенциала согласно нормативной документации.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности работы анодного заземления при различном сопротивлении изоляционного покрытия сооружения.
Поставленная задача решается тем, что в способе выполнения анодного заземления, включающем определение уровней грунтовых вод и промерзания грунта на участке выполнения анодного заземления, бурение ниже этих уровней скважины вдоль защищаемого сооружения с выходом на дневную поверхность обоих концов скважины, установку в скважине труб из токопроводящего композита, размещение в трубах защитных электродов с выводом подключающих кабелей с обоих концов скважины, вдоль защищаемого сооружения на участке выполнения анодного заземления пошагово измеряют переходное сопротивление изоляционного покрытия сооружения, разбивают участок выполнения анодного заземления на интервалы, характеризуемые различным сопротивлением покрытия, выбирают сопротивление труб из токопроводящего композита, соответствующее каждому интервалу, устанавливают трубы из токопроводящего композита таким образом, чтобы после их размещения в скважине, трубы с определенным сопротивлением располагались в соответствующем интервале.
min
На фиг.1 показан график значений измеренной разности потенциалов «сооружение-земля» на подводном переходе магистрального газопровода через реку, из которого видно, что в местах повреждения изоляционного покрытия имеется локальное снижение разности потенциалов «сооружение-земля» ниже уровня U,регламентируемого нормативной документацией.
На фиг.2 показано сравнение распределения разности потенциалов «сооружение-земля» при защите от существующей станции катодной защиты с глубинными анодными заземлениями и при использовании защитного электрода, проложенного в трубах из токопроводящего композита с различным сопротивлением, на которой изображены:
1 – график распределения разности потенциалов «сооружение-земля» при защите от существующей станции катодной защиты;
2 – график распределения разности потенциалов «сооружение-земля» при использовании защитного электрода, проложенного в трубах из токопроводящего композита с различным сопротивлением.
Способ поясняет фиг.3, на которой изображены:
3 – защищаемое сооружение;
4 – скважина;
5 – уровень грунтовых вод;
6 – уровень промерзания грунта;
7 – поверхность грунта;
8 – кабели;
9 – защитный электрод;
10 – трубы из токопроводящего композита.
Способ выполнения анодного заземления осуществляют следующим образом.
Выполняют анализ гидрогеологических характеристик грунта вдоль защищаемого сооружения 3 (фиг.3). Методом наклонно-направленного либо горизонтально-направленного бурения бурят скважину 4, которая на участке действия анодного заземления параллельна защищаемому сооружению 3 и проходит ниже уровня грунтовых вод 5 и уровня промерзания грунта 6, в этом случае часть скважины, в которой расположены защитные электроды, постоянно находится в электропроводящем слое грунта, чем обеспечивается эффективность работы анодного заземления. Оба конца скважины выходят на дневную поверхность 7.
Измеряют переходное сопротивление изоляционного покрытия сооружения бесконтактными методами измерения.
Разбивают участок выполнения анодного заземления на интервалы, характеризуемые различным сопротивлением покрытия. Выбирают сопротивление труб из токопроводящего композита, соответствующее каждому интервалу.
В пробуренной скважине устанавливают трубы из токопроводящего композита 10 таким образом, чтобы после их размещения в скважине трубы с определенным сопротивлением располагались в соответствующем интервале, внутрь которых при помощи троса протягивают защитные электроды 9. Внутрь труб закачивают электропроводящий раствор.
Защитные электроды 9 подключают кабелями 8 к системе электрохимической защиты, при этом кабели выводят с обоих концов скважины 4, что снижает падение напряжения в кабелях и повышает надежность заземления.
Пример
Участок магистрального газопровода 3 пересекает реку (на фиг.3 не показано) шириной 1000 м и глубиной до десяти метров. На берегу расположена станция катодной защиты (на фиг.3 не показано). Методом катодной поляризации участка газопровода, а также при помощи бесконтактного измерителя тока, например БИТА-1, определяют, что на газопроводе под рекой имеются повреждения изоляционного покрытия газопровода значительных размеров, на участках с 550 до 590 м, с 710 до 730 м и на 820 м, что делает неэффективной катодную защиту, осуществляемую станцией катодной защиты, работающей с глубинными анодами, расположенными на берегу реки, и силой тока на выходе станции равной 0,8 А. В местах повреждения изоляционного покрытия имеется локальное снижение разности потенциалов «сооружение-земля» (фиг.1). Увеличение режимов работы станции катодной защиты приводит к превышению максимально допустимой разности потенциалов «сооружение-земля» по ГОСТ Р 51164-98 в местах с неповрежденным изоляционным покрытием, при этом разности потенциалов «сооружение-земля» в местах повреждения изоляционного покрытия не достигает требуемых значений. Выполнить ремонт изоляции не представляется возможным. Требуется установка дополнительного анодного заземления для станции катодной защиты вдоль газопровода на подводном переходе.
По проектной документации определяют глубину заложения трубопровода, тип и характеристики грунтов, уровень грунтовых вод в районе перехода и под ним.
Выбирают трубы, изготовленные из токопроводящего композита, с удельным электрическим сопротивлением токопроводящего композита равным 10000 Ом∙м, при этом для установки в зоне повреждения изоляционного покрытия газопровода выбирают трубы, изготовленные из токопроводящего композита, с удельным электрическим сопротивлением токопроводящего композита равным 10 Ом∙м.
При помощи оборудования для наклонно-направленного бурения (на фиг. не показано) бурят скважину 4 диаметром 168 мм, которая проходит на глубине заложения нижней образующей трубопровода 3 и выходит за 400 м от уреза воды (на фиг.3 не показано) в каждую сторону. В скважину 4 протягивают трубы 10 внешним диаметром 120 мм из токопроводящего композиционного материала, собирая колонну труб таким образом, чтобы трубы с меньшим сопротивлением после установки находились в районе повреждения изоляционного покрытия.
В трубы 10 закачивают электропроводный гель и протягивают защитный электрод (протяженный гибкий анод) 9 типа ПВЕК по ТУ 3435-005-97598003-2011 длиной 1000 м с кабелями 8, выходящими на дневную поверхность 7 из обоих концов скважины 4, и подключают их к станции катодной защиты (на фиг.3 не показано), расположенной на берегу.
Включают станцию катодной защиты и регулируют силу тока на выходе станции таким образом, чтобы разность потенциалов «сооружение-земля» находилась в пределах диапазона, соответствующегоГОСТ Р 51164-98. Устанавливают, что при силе тока на выходе станции катодной защиты равной 0,12 А разность потенциалов «сооружение-земля» на подводном переходе газопровода соответствует ГОСТ Р 51164-98 (фиг.2).
Таким образом, использование способа выполнения анодного заземления с применением труб из токопроводящего композита, с различным сопротивлением в местах локального повреждения изоляционного покрытия,  позволяет обеспечить разность потенциалов «сооружение-земля» в пределах диапазона, соответствующего ГОСТ Р 51164-98, на подводном переходе газопровода, при снижении силы тока на выходе станции катодной защиты в 6,5 раз, для данных условий.