УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ КАНАЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для контроля и измерения параметров электрохимической защиты, коммутации силовых и измерительных цепей средств электрохимической защиты (далее ЭХЗ), обозначения трасс трубопроводов и других металлических подземных сооружений и коммуникаций. Предлагаемое устройство обладает функционалом и характеристиками, необходимыми для реализации специфических требований при организации ЭХЗ подземных трубопроводов тепловых сетей канальной прокладки.
Из уровня техники известно устройство контрольно-измерительное с колонкой, конструктивно выполненное согласно документации АО институт "Мосгазниипроект" (Альбом 2 МГНП 01-99 "Узлы и детали электрозащиты инженерных сетей от коррозии"). Данное устройство имеет 4 контрольных клеммы для подсоединения к трубопроводу, стационарному электроду сравнения, переносному электроду сравнения и резервную клемму. Недостатком данного устройства является то, что подобный набор клемм позволяет производить измерение текущего потенциала трубопровода относительно стационарного или переносного электрода сравнения только с помощью переносных измерительных устройств, а также отсутствует возможность дистанционной передачи измерений и управляющих сигналов от датчиков затопления каналов.
Наиболее близким техническим решением является устройство коррозионного мониторинга НГК-КИП-СМ(У) производства ООО «НПО «Нефтегазкомплекс-ЭХЗ».
Устройство коррозионного мониторинга НГК-КИП-СМ(У) предназначено для подключения анодного либо дренажного кабеля, датчиков потенциала и скорости коррозии, измерения и передачи данных о коррозионных процессах и противокоррозионной защите. Устройство содержит измерительные клеммы для подключения контрольных кабелей от датчиков потенциала и коррозии, и силовые клеммы для подключения дренажных или анодных кабелей. Функционал данного устройства позволяет производить измерение текущей разности потенциалов между трубопроводом и электродом сравнения, текущей скорости коррозии и прочих параметров. Устройство может осуществлять передачу измеренных данных по одному из следующих каналов связи: волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС), RS-485, CAN или радиомодем (стандарт LPD433). Недостатком данного устройства является отсутствие возможности приёма и передачи сигнала от датчика затопления канала. Другим недостатком является отсутствие возможности передачи информации по каналу сотовой связи. Такие каналы передачи данных как ВОЛС, RS-485 и CAN требует организации физической линии связи между передающим и принимающим информацию устройствами, что в условиях плотной городской застройки связано с дополнительными трудностями. Способ передачи данных посредством использования радиомодема стандарта LPD433 также имеет ограниченные возможности применения в связи с низкой дальностью передачи данных в пределах городской застройки. Третьим недостатком устройства коррозионного мониторинга НГК-КИП-СМ(У) является низкая антивандальная устойчивость корпуса, выполненного из полимерной трубы квадратного сечения.
Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков.
Технический результат заключается в обеспечении возможности производить измерение текущей разности потенциалов между трубопроводом и стальным электродом сравнения и тем самым контролировать уровень затопления канала с передачей информации посредством канала сотовой связи в приёмное устройство Станции Катодной Защиты (СКЗ) или на диспетчерский пульт.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что устройство дистанционного измерения и контроля параметров работы электрохимической защиты трубопровода тепловых сетей канальной прокладки содержит блок силовых клемм и программируемое реле, к которому подключен блок клеммных соединений для   подсоединения к нему стального  электрода сравнения и датчика затопления канала, причем  блок клеммных соединений связан  с вольтметром,  на который передается сигнал разности потенциалов между трубопроводом и стальным электродом сравнения,  при этом вольтметр оборудован устройством преобразования входящего сигнала в унифицированный аналоговый вид с возможностью передачи последнего на программируемое реле, которое  связано с интерфейсным модулем и GSM/GPRS модемом,  блок силовых клемм подключен к  источнику постоянного тока, который служит источником питания  программируемого реле, интерфейсного модуля и модема, обеспечивающего передачу информации посредством каналов сотовой связи к системе управления станции катодной защиты, контролирующей необходимое значение напряжения для обеспечения требуемой величины отрицательного потенциала защищаемого трубопровода тепловых сетей канальной прокладки. В частном случае выполнения полезной модели программируемым реле выполнено с возможностью принимать и обрабатывать дискретные сигналы от датчика затопления канала и аналоговые сигналы от вольтметра, связанного с блоком клеммных соединений.
Устройство обеспечивает непостоянный режим ЭХЗ трубопровода в зависимости от отсутствия или наличия затопления канала, а также возможность регулирования параметров ЭХЗ посредством беспроводных каналов сотовой связи. Известно, что принцип организации ЭХЗ трубопроводов тепловых сетей канальной прокладки имеет ряд особенностей. Пролегание защищаемого трубопровода в канале обуславливает отсутствие его постоянного контакта с почвой или паводковыми водами, которые непосредственно оказывают коррозионное воздействие на трубопровод. С другой стороны, канальная прокладка и возможность присутствия в непосредственной близости от трубопроводов сторонних подземных металлоконструкций обуславливает неэффективность использования точечных анодных заземлителей (далее АЗ), в связи с тем, что большая часть защитного тока, стекающего с них, не достигнет защищаемого трубопровода. Вместо точечных АЗ, расположенных на значительном удалении от защищаемого трубопровода, целесообразно применение распределённых анодных заземлителей, располагающихся непосредственно в канале по всей длине защищаемого участка. В свою очередь, растекание тока с протяжённого АЗ, расположенного в канале, возможно и необходимо только в случае затопления канала до уровня трубопровода. В случае постоянной работы станции катодной защиты и нахождения распределённого АЗ под положительным потенциалом защита трубопровода не будет обеспечиваться, вследствие чего происходит перерасход электроэнергии, потребляемой станцией катодной защиты. Кроме того, для существующих моделей протяжённых АЗ не рекомендован длительный режим работы без погружения в воду, т.к. в данном режиме происходит их ускоренное разрушение.
Принципиальная схема предлагаемого устройства изображена на чертеже. Аппаратный комплекс устройства располагается в едином корпусе. Основными элементами аппаратного комплекса являются:
1- программируемое реле;
2- блок клеммных соединений;
3- вольтметр;
4- интерфейсный модуль;
5- GSM/GPRS модем;
6- блок силовых клемм;
7- источник питания постоянного тока 24 В;
8 – корпус.
Блок клеммных соединений 2 устройства состоит из клемм, к которым посредством кабельных линий подсоединяются стальной электрод сравнения и датчик затопления канала. Сигнал разности потенциалов между трубопроводом и стальным электродом сравнения передаётся в вольтметр 3, оборудованный устройством преобразования входящего сигнала в унифицированный аналоговый вид (0-10 В или 4-20 мА). Преобразованный сигнал разности потенциалов передаётся в программируемое реле 1. Сигнал датчика затопления канала передаётся напрямую в программируемое реле. Программируемое реле производит обработку входящих сигналов и формирование выходных управляющих сигналов для их последующей передачи в систему управления станции катодной защиты. Сигнал текущего значения разности потенциалов является управляющим сигналом для автоматической системы управления станции катодной защиты, на основании которого задаётся необходимое значение напряжения на выходных клеммах СКЗ для обеспечения требуемой величины отрицательного потенциала защищаемого трубопровода. Сигнал датчика затопления трубопровода является управляющим сигналом на включение/отключение СКЗ, защищающей участок трубопровода. После обработки и формирования управляющих сигналов в программируемом реле они передаются в интерфейсный модуль RS-485 4 для обработки в цифровой вид и последующей передачи в GSM/GPRS модем 5. Посредством модема сигнал по каналу сотовой связи передаётся в приёмный модуль автоматической системы управления станции катодной защиты.
Питание устройства осуществляется от однофазной сети 220 В. Подключение питающего кабеля осуществляется к блоку силовых клемм 6 и далее к инвертору, который служит источником постоянного тока 24 В 7, необходимого для питания программируемого реле, интерфейсного модуля и модема. Подобная конфигурация аппаратного комплекса позволяет определять затопление канала и текущую разность потенциалов между трубопроводом и стальным электродом сравнения и осуществлять передачу этих данных посредством канала сотовой связи в системы управления СКЗ.
Основными задачами комплекса оборудования ЭХЗ трубопровода теплосети канальной прокладки являются:
- измерение потенциала трубопровода. Для выполнения данных измерений используется стальной стационарный электрод сравнения;
- измерение уровня паводковых вод внутри канала. Для выполнения данного измерения используется датчик затопления канала;
- приём по физическим каналам связи (кабельные линии) данных от вспомогательных измерительных устройств с помощью модуля ввода внешних сигналов;
- обработка принятого сигнала и его приведение в нормированный вид с помощью модуля обработки внешних сигналов;
- передача информации посредством каналов сотовой связи непосредственно в управляющее устройство станции катодной защиты с помощью модуля передачи обработанного сигнала.
Габаритные размеры корпуса 8 обеспечивают свободное размещение средств приёма, обработки и передачи информации внутри него, а также удобный доступ для обслуживающего персонала. Высота установки устройства может быть увеличена с помощью монтажа дополнительных модульных проставок высотой 250 мм (допускается установка нескольких проставок).
Так как устройство в первую очередь предназначено для установки в пределах населённых пунктов, к конструкции его корпуса предъявляются повышенные требования к антивандальной устойчивости и предотвращению несанкционированного доступа. Корпус устройства выполнен из листовой углеродистой стали толщиной 2 мм, что позволяет конструкции выдерживать человеческое воздействие. Дверца корпуса устройства оборудована запирающим устройством и датчиком несанкционированного доступа. Сигнал о несанкционированном доступе передаётся на пульт оператора диспетчера при попытке открытия дверцы без использования ключа.