УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к средствам для электрохимической защиты трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений.
Коррозия подземных трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений приводит к образованию каверн, трещин и разрывов. Важнейшими видами коррозии являются: поверхностная (сплошная по всей поверхности), местная в виде раковин, язвенная (питтинговая), щелевая, межкристаллитная и усталостное коррозионное растрескивание. Два последних вида коррозии представляют наибольшую опасность для подземных трубопроводов. Электрокоррозионное разрушение трубопроводов часто является наиболее сильным отрицательным проявлением блуждающих токов в земле, вызываемых электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока.
Методы защиты подземных металлических трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений от коррозии подразделяются на пассивные и активные.
Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр). На практике не удается добиться полной оплошности изоляционного покрытия. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.
Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Для защиты подземных трубопроводов от коррозии по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты. В состав станций катодной защиты входят источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, ко
нтрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели. Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.
В качестве источников постоянного тока, как правило, используются преобразователи различной конструкции, питающиеся от сети переменного тока. Преобразователи позволяют регулировать защитный ток в широких пределах, обеспечивая защиту трубопровода в любых условиях.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.
Для выравнивания потенциала трубы или нескольких труб применялись блоки диодно-резисторные.
Известен, например, блок диодно-резисторный, содержащий подстроенный резистор, набор резисторов, диод, отличающийся тем, что вход подстроечного резистора, установленного на лицевой стороне платы, соединен с переключателем, установленным на лицевой стороне платы, и с выходом второго резистора набора резисторов, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, расположенных на оборотной стороне платы, вход первого резистора соединен с выходом диода и первой клеммой для переключений, выход первого резистора соединен с входом второго резистора и со второй клеммой для переключений, см. патент РФ №97131.
Известен, например, блок диодно-резисторный, содержащий измерительный шунт с клеммами для подключения внешнего измерительного прибора, подстроенный резистор, набор последовательно соединенных резисторов и диод, отличающийся тем, что введен переключатель, а между клеммой для подключения к минусовому выходу катодной станции и измерительным шунтом включен плавкий предохранитель, вход подстроечного резистора соединен с измерительным шунтом, а выход - с переключателем и первым резистором набора резисторов, выполненного из трех последовательно соединенных резисторов и трех клемм для переключений, причем первая клемма для переключений расположена между первым и вторым резисторами набора резисторов, вторая клемма для переключений расположена между вторым и третьим резисторами набора резисторов, а третья клемма для переключений соединена с выходом третьего резистора набора резисторов и через диод - с клеммой для подключения защищаемого объекта, см. патент РФ №48446
Блок диодно-резисторный, состоит из набора резисторов переменной величины. Регулируя величину резистора, получают изменение потенциала на защищаемом объекте. Поскольку резисторы блока диодно-резисторного имеют некоторое граничное значение сопротивления, следовательно, возможность регулирования потенциала ограничена определенными пределами.
Известна, например, система катодной защиты магистральных трубопроводов, которая включает катодно-поляризуемый трубопровод и установку катодной защиты. При этом каждая установка катодной защиты содержит катодную станцию (преобразователь), пункты приема и регистрации информации, источник сетевого электроснабжения, глубинное анодное заземление, блок измерения и обработки информации, датчик поляризационного потенциала, датчик скорости коррозии, блок приема и передачи, электрод сравнения, блок логики, телеизмерения и телерегулирования, блок коммутации и измерения параметров защиты. Причем первый выход катодной станции соединен с глубинным анодным заземлением, третий выход - с блоком измерения и обработки информации, четвертый выход катодной станции - с вторым входом блока измерения и обработки информации, выход которого соединен с первым входом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, первый выход - с блоком приема и передачи, выход которого соединен с вторым входом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, третий вход которого соединен с блоком коммутации и измерения параметров защиты, входы которого соединены с трубопроводом, с выходами электрода сравнения и с выходами всех датчиков. В каждую установку катодной защиты введены: блок фазовой регулировки, блок импульсной модуляции и избирательный фильтр. При этом первый вход фильтра соединен с трубопроводом, а второй вход - с выходом электрода сравнения, выход избирательного фильтра соединен со вторым входом блока приема-передачи, второй выход которого соединен с входом блока импульсной модуляции, выход которого соединен с трубопроводом, а второй вход - с вторым выходом катодной станции, входы которой последовательно с блоком фазовой регулировки соединены с источником электроснабжения, вход управления блока фазовой регулировки соединен с вторым выходом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, четвертый вход которого соединен с одним из пунктов приема и регистрации информации, см. патент РФ №2202001.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа является сложность конструкции и высокая стоимость станции катодной защиты, в то время, как по сути, она необходима только для того, что бы соблюсти нормативное требование к устройству для электрохимической защиты трубопроводов по пульсациям напряжения питающего трубу, которые не должны превышать 3%.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства для защиты трубопроводов и снижение его стоимости при одновременном соблюдении нормативного требования по пульсациям напряжения.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Устройство для электрохимической защиты трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений, включающее источник питания, связанный через блок катодной защиты с защищаемым объектом, а также с анодным заземлением, характеризуется тем, что блок катодной защиты выполнен в виде импульсного преобразователя, а в качестве источника питания использован выпрямитель.
За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигается технический результат, заключающийся в том, что при выполнении блока катодной защиты в виде импульсного преобразователя на объект передается напряжение со сравнительно малым уровнем пульсаций, что исключает необходимость применять дорогостоящую станцию катодной защиты, вместо которой в качестве источника питания используют простой выпрямитель соответствующей мощности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом где изображена блок-схема заявленного устройства.
Устройство для электрохимической защиты трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений включает источник питания 1, связанный через блок катодной защиты 2 с защищаемым объектом 3 или несколькими объектами, например, трубопроводами или металлическими конструкциями зданий, сооружений, а также с анодным заземлением 4. Блок катодной защиты 2 объекта 3 выполнен в виде импульсного преобразователя, а в качестве источника питания 1 использован выпрямитель соответствующей мощности.
Заявленное устройство реализует активный метод защиты объекта 3, преимущественно, подземного трубопровода, от коррозии, который осуществляется путем катодной поляризации трубопровода и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Заявленное устройство решает туже задачу, что и станции катодной защиты, но значительно более прос1ыми средствами, за счег того, что входящий в состав заявленного устройства блок катодной защиты 2 выполнен в виде импульсного преобразователя. Он передает па объект папряжение со сравнительно малым уровнем пульсаций, что исключает необходимое гь применять дорогостоящую станцию катодной защиты, вместо которой в качестве источника питания используют простой выпрямитель 1 соответствующей мощности.
Выпрямитель 1 состоит из понижающего трансформатора и диодов, а стоимость блока катодной защиты 2 трубы сопоставима со стоимостью блока диодно-резисторного, в связи с чем достигается упрощение и удешевление всей системы электрохимической защиты.
Заявленное устройство по сравнению с аналогами имеет следующие преимущества:
- простота конструкции;
- низкая стоимость;
- низкий уровень пульсации напряжения, питающего объект;
- высокий КПД - 95%;
- широкий диапазон регулирования потенциала;
- возможность организовать совместную защиту объектов с большим разбросом сопротивления изоляции.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.