АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ И УДАЛЕННОГО КОРРОЗИОННОГО МОНИТОРИНГА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к электрохимической защите от коррозии, предназначена для обеспечения электрохимической защиты трубопроводов и подземных сооружений от коррозии, оперативного контроля параметров электрохимической защиты, а также дистанционного управления работой устройств катодной защиты в условиях отсутствия доступа к сетям центрального электроснабжения, использующая газ защищаемого магистрального трубопровода в качестве топлива.
Известно устройство для катодной защиты металлических и/или металлосодержащих подземных сооружений от коррозии [Патент РФ №2051989, МПК C23F 13/02, 1996 год], содержащее автоматический входной выключатель, блок формирования управляющих импульсов, переключатель режима, инвертор, источник опорного напряжения, блок контроля и защиты, вспомогательный электрод, расположенный вблизи защищаемого подземного объекта и подсоединенный к блоку выделения контролируемого потенциала, который соединен с блоком формирования управляющих импульсов. Устройство также имеет электрод сравнения, блок сравнения, который соединен с переключателем режима защиты, блок контроля и защиты соединен с источником опорного напряжения и с автоматическим входным выключателем и/или с входами фазосдвигающего блока. При этом электрод сравнения и вспомогательный электрод расположены между защищаемым подземным сооружением и анодным заземлителем. Данное устройство недостаточно эффективно и не обеспечивает надежную защиту.
Наиболее близким техническим решением является система электрохимической защиты, удаленного коррозионного и экологического мониторинга [Патент РФ №63808, МПК C23F 13/22, 2007 год], представляющая собой устройство коррозионного мониторинга, включающее в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, блок совместной защиты, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты по числу трубопроводов, осуществляющие сбор данных с датчиков поляризационного потенциала, датчиков скорости коррозии, датчиков наводороживания, электродов сравнения, блок управления, обрабатывающий информацию с блоков измерения и сигнализации, блок связи для передачи данных и дистанционного управления, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию с блока управления на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, а также блок экологического мониторинга, в состав которого входят датчики парниковых газов, датчики влажности, температуры и атмосферного давления.
Недостатком прототипа является энергозависимость оборудования, что обуславливает требования по энергоснабжению к месту размещения или прокладку дорогостоящих линий электропередач в месте его установки.
Поскольку значительная протяженность подземных магистральных трубопроводов, соединяющих районы добычи нефти и газа с центрами переработки и экспортными терминалами, обуславливает охват значительной территории, не имеющей источников центрального электроснабжения, обеспечение катодной защиты и проведение коррозионного мониторинга целесообразнее производить оборудованием, функционирующим автономно.
Для этого в основу полезной модели положена задача создания энергонезависимой установки катодной защиты и коррозионного мониторинга, которая обеспечивала бы эффективную электрохимическую защиту магистральных подземных трубопроводов, удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты в местах, где прокладка линий электропередач невозможна или нецелесообразна.
Поставленная задача достигается тем, что штатное энергоснабжение оборудования электрохимической защиты осуществляется от электрогенераторной установки, использующей природный газ магистрального трубопровода в качестве топлива и входящей в состав автономной установки катодной защиты. Автономная установка катодной защиты и удаленного коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов и подземных сооружений, включает в себя устройство коррозионного мониторинга, глубинный анодный заземлитель, блок совместной защиты, протяженные анодные заземлители, расположенные вдоль каждого трубопровода, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты по числу трубопроводов, блок управления, блок передачи данных и дистанционного управления. Устройство коррозионного мониторинга, блок управления, а также блок передачи данных и дистанционного управления размещены в модульном каркасном контейнере, содержащем электрогенераторную установку, аппаратуру теплорегулирования, устройство подготовки газа, датчики контроля безопасности эксплуатации установки.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства. Автономная установка катодной защиты и удаленного коррозионного мониторинга представляет собой комплекс аппаратуры, размещенный в едином модульном каркасном контейнере 1, содержащим устройство коррозионного мониторинга 2, блок управления 3, блок передачи данных и дистанционного управления 4, имеющее антенну 5, устройство электроснабжения на основе электрогенераторной установки 6, использующее природный газ магистрального трубопровода 7 в качестве топлива, аппаратуру теплорегулирования 8, предназначенную для поддержания рабочего теплового режима помещения модульного каркасного контейнера, устройство подготовки газа 9 и блок датчиков 10, обеспечивающих безопасную эксплуатацию установки. Блок 10 включает в себя датчик утечки топливного газа 11, датчик задымления 12, датчик охранной сигнализации 13. Предполагается возможность комплектации устройства резервной электрогенератоной установкой 14. Устройство коррозионного мониторинга содержит глубинный анодный заземлитель 15, протяженные анодные заземлители 16, расположенные вдоль каждого трубопровода, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты 17 по числу трубопроводов, осуществляющие сбор данных с датчиков поляризационного потенциала 18, датчиков скорости коррозии 19, датчиков наводороживания 20, электродов сравнения 21, коммутируемые через блок совместной защиты 22.
Устройство подготовки газа 9 обеспечивает понижение давления топливного газа от рабочего давления в газопроводе 7 до требуемого давления газа, подаваемого на электрогенераторную установку 6, осуществляет фильтрацию газа, а также обеспечивает подачу газа необходимого для электрогенераторной установки расхода. Устройство подготовки газа имеет отсечные запорные регулируемые клапаны, обеспечивающие безопасное отключение подачи газа в аварийной или нештатной ситуации.
Электрогенераторная установка 6 осуществляет выработку электроэнергии номинальной электрической мощностью достаточной для питания комплекса электротехнического оборудования в составе автономной установки катодной защиты. Тепловая мощность, излучаемая электрогенераторной установкой, посредством аппаратуры теплорегулирования 8 распределяется в модульном каркасном контейнере 1 в зависимости от условий окружающей среды. Часть тепловой энергии передается на устройство подготовки газа 9 в целях предотвращения замерзания аппаратуры при снижении давления газа. В холодный период года выделяемой тепловой мощности достаточно для обогрева оборудования и поддержания рабочего температурного режима в модульном каркасном контейнере. В теплый период года излишняя тепловая мощность отводится в окружающую среду посредством внешнего тепловентилятора, входящего в состав аппаратуры теплорегулирования.
В случае неисправности основной электрогенераторной установки аварийное энергоснабжение для поддержания параметров электрохимической защиты трубопровода и проведения коррозионного мониторинга осуществляется от резервной установки 14. При комплектации автономной установки катодной защиты, не включающей резервную электрогенераторную установку или в случае ее отказа, аварийное поддержание энергоснабжения осуществляется от аккумуляторного блока и предназначено только для оборудования электрохимической защиты, блока управления, блока передачи данных, а также аварийного освещения.
Устройство коррозионного мониторинга 2 в составе автономной установки катодной защиты осуществляет электрохимическую защиту с дистанционным контролем и регулированием параметров катодной защиты подземного трубопровода и других объектов нефтегазового комплекса. Устройство имеет от 1 до 6 независимых каналов формирования защитного тока. Каждый канал состоит из основного и резервного модулей силовых преобразователей.
Одновременная электрохимическая защита нескольких нитей трубопроводов при их компактном расположении на ограниченной территории осуществляется через блок совместной защиты 22. Ток катодной защиты участков трубопровода подается через отдельные анодные заземлители 16, расположенные в непосредственной близости от трубопроводов 7.
Для проведения комплексного коррозионного мониторинга и электрохимической защиты на протяжении каждого трубопровода установлены блоки измерения и сигнализации 17, которые обеспечивают сбор информации с датчиков поляризационного потенциала 18, датчиков скорости коррозии 19, датчиков наводороживания 20, электродов сравнения 21, а также сигнализируют о несанкционированном вскрытии защитного корпуса блока.
Блок управления 3 осуществляет интеграцию и автоматизированное управление работой устройств, входящих в состав автономной установки, в частности, контроль параметров работы электрогенераторной установки 6, переключение энергоснабжения от резервного генератора 14, автоматическое регулирование теплового режима внутреннего объема модульного каркасного контейнера 1 при помощи аппаратуры теплорегулирования 8, контроль параметров работы устройства подготовки газа 9, контроль работы устройств электрохимической защиты 2, а также контроль безопасности эксплуатации установки посредством контроля датчиков загазованности 11, задымления 12, датчиков охранной сигнализации 13 входящих в состав блока 10.
Блок управления 3 формирует, согласно установленному протоколу обмена пакет данных, предназначенный для передачи на удаленный диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, с помощью блока передачи данных и дистанционного управления. Пакет данных включает в себя информацию о параметрах коррозионного мониторинга и электрохимической защите объектов, параметрах работы автономной установки катодной защиты, сигналы возникновения внештатных и аварийных ситуаций. Сформированный пакет передается на блок передачи данных и дистанционного управления 4, который обеспечивает информационную связь с удаленным диспетчерским пунктом, включая прием управляющих команд и их передачу на центральный блок управления 3. Блок передачи данных и дистанционного управления предполагает организацию связи с удаленным диспетчерским пунктом проводным (Ethernet, ЛВС, оптоволоконная связь и пр.) или беспроводным (GPRS, радиоканал и пр.) с помощью антенны 5 способами, в зависимости от географических условий размещения установки и требований проекта.
Таким образом, предлагаемая конструкция автономной установки катодной защиты и коррозионного мониторинга позволяет осуществлять эффективную электрохимическую защиту, удаленный комплексный контроль параметров и надежное дистанционное управление электрохимической защитой магистральных подземных трубопроводов и сооружений, расположенных в местах отсутствия центрального энергоснабжения и не требует прокладки дорогостоящих линий электропередач.