АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ РАБОТЫ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ
ADAPTIVE SYSTEM OF AUTOMATIC CORRECTION OF CATHODE PROTECTION STATIONS OPERATION

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для автоматической коррекции величины защитного потенциала по длине трубопровода для его эффективной защиты.
Известна система катодной защиты, которая содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителю, два кремниевых вентиля, два регулируемых сопротивления, причем минусовая клемма выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые балластные сопротивления (Патент РФ №2151218, кл. G23F 13/00, 2003).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты при воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников, способствующих протеканию токов и возрастанию коррозии.
Известно устройство катодной защиты от коррозии, содержащее трансформатор, выпрямитель, электрод сравнения, задатчик величины начального защитного потенциала, блок коррекции потенциала (Патент РФ №2394943, кл. C23F 13/02, 2010).
Недостатком устройства является низкая эффективность защиты трубопроводов от коррозии ввиду возможных отклонений значений защитного потенциала по длине трубопровода, приводящих к нарушению процесса коррозионной защиты и выходу величины защитного потенциала за допустимые пределы.
Наиболее близким является система автоматической коррекции работы станций катодной защиты, содержащая первую и вторую ведомые станции катодной защиты с управляемыми силовыми модулями, корректируемые задатчики величины начального защитного потенциала первой и второй ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения первой и второй ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения первой и второй удаленных точек и задатчики потенциалов, соединенные с входами блоков сравнения потенциала удаленных точек, и линию связи (Патент РФ №2465570, кл. G01N 17/02, 27.10.2012).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты при воздействии внешних нестационарных электрических полей ввиду нестабильности поддержания значений защитного потенциала по длине газопровода и в удаленных точках и неравномерности загрузки станций катодной защиты при работе на единый газопровод для компенсации воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников.
Задачей изобретения является повышение эффективности защиты газопровода от коррозии посредством контроля значений защитного потенциала по длине газопровода и в удаленных точках для поддержания равномерного его распределения и управления величиной нагрузки ведущей и ведомых станций катодной защиты при работе на единый газопровод для компенсации воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников.
Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматической коррекции работы станций катодной защиты, содержащую первую и вторую ведомые станции катодной защиты с управляемыми силовыми модулями, корректируемые задатчики величины начального защитного потенциала первой и второй ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения первой и второй ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения первой и второй удаленных точек и задатчики потенциалов соединены с входами блоков сравнения потенциала удаленных точек, линию связи, дополнительно введены ведущая станция катодной защиты, включающая первый, второй и третий корректирующие сумматоры, корректор, задатчик величины начального защитного потенциала ведущей станции катодной защиты, блок сравнения, силовой модуль, датчик нагрузки силового модуля, электрод сравнения, первый, второй, третий и четвертый нормирующие усилители потенциала удаленных точек, пятый и шестой нормирующие усилители потенциала ведомых станций катодной защиты, седьмой и восьмой нормирующие усилители потенциала ведущей станции катодной защиты, девятый и десятый нормирующие усилители датчика нагрузки силового модуля ведущей станции катодной защиты, одиннадцатый и двенадцатый нормирующие усилители датчиков нагрузки силовых модулей ведомых станций катодной защиты, в первую и вторую ведомые станции катодной защиты с управляемыми силовыми модулями дополнительно введены первые и вторые корректоры, блоки сравнения и датчики нагрузки управляемых силовых модулей первой и второй ведомых станций катодной защиты, причем выходы управляемых силовых модулей первой и второй ведомых станций катодной защиты через датчики нагрузки и линии связи соединены с входами одиннадцатого и двенадцатого нормирующего усилителей датчиков нагрузки силовых модулей ведомых станций катодной защиты соответственно, выходы электродов сравнения первой и второй ведомых станций катодной защиты соединены со вторыми входами первого и второго блоков сравнения и через линию связи с пятым и шестым нормирующими усилителями потенциала первой и второй ведомых станций катодной защиты соответственно, первые входы первого и второго блоков сравнения через корректируемые задатчики и величины начального защитного потенциала первой и второй ведомых станций катодной защиты, первый и второй корректоры и линию связи соединены с выходами второго и третьего корректирующих сумматоров соответственно, выходы первого и второго блоков сравнения соединены с управляющими входами управляемых силовых модулей первой и второй ведомых станций катодной защиты соответственно, выход силового модуля ведущей станции катодной защиты через датчики нагрузки соединен с девятым и десятым нормирующими усилителями датчика нагрузки силового модуля ведущей станции катодной защиты, выход электрода сравнения ведущей станции катодной защиты соединен с седьмым и восьмым нормирующими усилителями потенциала и со вторым входом блока сравнения, первый вход которого через задатчик величины начального защитного потенциала и корректор соединен с выходом первого корректирующего сумматора, а выход - с управляющим входом силового модуля ведущей станции катодной защиты, выходы блоков сравнения потенциала удаленных точек через линию связи соединены с входами первого, второго и третьего, четвертого нормирующих усилителей потенциала удаленных точек соответственно, выходы первого и третьего нормирующих усилителей потенциала удаленных точек, пятого и шестого нормирующих усилителей потенциала ведомых станций катодной защиты, одиннадцатого и двенадцатого нормирующих усилителей датчиков нагрузки силовых модулей ведомых станций катодной защиты соединены с входами первого корректирующего сумматора ведущей станции катодной защиты, выходы второго нормирующего усилителя потенциала удаленной точки, девятого нормирующего усилителя датчика нагрузки силового модуля ведущей станции катодной защиты и седьмого нормирующего усилителя потенциала ведущей станции катодной защиты соединены с входами второго корректирующего сумматора ведущей станции катодной защиты, выходы четвертого нормирующего усилителя потенциала удаленной точки, десятого нормирующего усилителя датчика нагрузки силового модуля ведущей станции катодной защиты и восьмого нормирующего усилителя потенциала ведущей станции катодной защиты соединены с входами третьего корректирующего сумматора ведущей станции катодной защиты.
На чертеже представлена структурная схема адаптивной системы автоматической коррекции работы станций катодной защиты.
Адаптивная система автоматической коррекции работы станций катодной защиты содержит первую 1 и вторую 2 ведомые станции катодной защиты с управляемыми силовыми модулями 3 и 4, корректируемые задатчики 5 и 6 величины начального защитного потенциала первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения 7 и 8 первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты, электроды сравнения 9 и 10 первой и второй удаленных точек и задатчики потенциалов 11 и 12, соединенные через соответствующие блоки сравнения 13 и 14 потенциала удаленной точки с линий связи 15, ведущую 16 станцию катодной защиты, включающую первый 17, второй 18 и третий 19 корректирующие сумматоры, корректор 20, задатчик величины начального защитного потенциала 21, блок сравнения 22, силовой модуль 23, датчик 24 нагрузки силового модуля, электрод сравнения 25, первой 26, второй 27, третий 28 и четвертый 29 нормирующие усилители потенциала удаленных точек, пятый 30 и шестой 31 нормирующие усилители потенциала ведомых станций катодной защиты, седьмой 32 и восьмой 33 нормирующие усилители потенциала ведущей станции катодной защиты, девятый 34 и десятый 35 нормирующие усилители датчика нагрузки силового модуля ведущей станции катодной защиты, одиннадцатый 36 и двенадцатый 37 нормирующие усилители датчиков нагрузки силовых модулей ведомых станций катодной защиты, в первую 1 и вторую 2 ведомые станции катодной защиты с управляемыми силовыми модулями 3 и 4 дополнительно введены первый 38 и второй 39 корректоры, первый 40 и второй 41 блоки сравнения и первый 42 и второй 43 датчики нагрузки управляемых силовых модулей первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты.
Адаптивная система автоматической коррекции работы станций катодной защиты работает следующим образом.
Ведущая 16, первая 1 и вторая 2 ведомые станции катодной защиты формируют защитный потенциал по длине защищаемого газопровода.
Величины защитного потенциала изначально задаются задатчиком величины начального защитного потенциала 21 ведущей станцией катодной защиты и корректируемыми задатчиками 5 и 6 величины начального защитного потенциала первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты. Эти значения сравниваются на блоке сравнения 22 ведущей станцией и первом 40 и втором 41 блоках сравнения ведомых станций катодной защиты со значениями от электродов сравнения 25 ведущей 16 и электродов сравнения 7 и 8 и первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты соответственно. Сигналы с выходов блоков сравнения подаются на соответствующие силовые блоки, чем поддерживается заданное значение защитного потенциала на газопроводе при отсутствии воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников.
Значения потенциалов от электродов сравнения 7 и 8 первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты через линию связи 15 передаются на ведущую 16 станцию катодной защиты соответственно.
Значения текущих нагрузок первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты от управляемых силовых модулей 3 и 4 через первый 42 и второй 43 датчики нагрузки и линию связи 15 передаются на ведущую 16 станцию катодной защиты соответственно.
Значения защитных потенциалов первой и второй удаленных точек от электродов сравнения 9 и 10 на блоках сравнения 13 и 14 потенциала сравниваются с заданными значениями от задатчиков потенциалов 11 и 12 удаленных точек и через линию связи 15 передаются на ведущую 16 станцию катодной защиты соответственно.
При проявлении воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников в районе пролегания газопровода значения защитных потенциалов по его длине отклоняются от заданных величин, что приводит к снижению эффективности защиты газопровода от коррозии.
Для отработки этих возмущений адаптивная система автоматически корректирует работу станций катодной защиты.
При отклонении величины защитного потенциала первой удаленной точки на электроде сравнения 9 изменится величина сигнала, при этом произойдет отклонение от заданного значения, установленного задатчиком потенциала 11. На выходе блока сравнения 13 потенциала удаленной точки появится сигнал рассогласования, который через линию связи 15 поступит на первой 26 и второй 27 нормирующие усилители потенциала первой удаленной точки и первый 17 и второй 18 корректирующие сумматоры. В результате на выходе первого 17 корректирующего сумматора произойдет коррекция сигнала, который через корректор 20 произведет коррекцию значения, задаваемого задатчиком величины начального защитного потенциала 21 и через блок сравнения 22 приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты.
Аналогично, на выходе второго 18 корректирующего сумматора произойдет коррекция сигнала, который через линию связи 15, первый 38 корректор произведет коррекцию значения, задаваемого корректируемым задатчиком 5 величины начального защитного потенциала первой 1 ведомой станции катодной защиты, и через первый 40 блок сравнения приведет к изменению режима работы силового модуля 3 первой 1 ведомой станции катодной защиты.
В результате при снижении величины защитного потенциала первой удаленной точки нагрузка на силовой модуль 3 первой 1 ведомой станции катодной защиты и силовой модуль 23 ведущей 16 станции катодной защиты возрастет, что приведет к коррекции величины защитного потенциала первой удаленной точки в сторону увеличения.
При возрастании величины защитного потенциала первой удаленной точки под действием внешних нестационарных электрических полей в районе пролегания газопровода нагрузка на силовой модуль 3 первой 1 ведомой станции катодной защиты и силовой модуль 23 ведущей 16 станции катодной защиты возрастет, что приведет к коррекции величины защитного потенциала первой удаленной точки в сторону уменьшения.
При отклонении величины защитного потенциала второй удаленной точки на электроде сравнения 10 изменится величина сигнала, при этом произойдет отклонение от заданного значения, установленного задатчиком потенциала 12. На выходе блока сравнения 14 потенциала удаленной точки появится сигнал рассогласования, который через линию связи 15 поступит на третий 28 и четвертый 29 нормирующие усилители потенциала второй удаленной точки и первый 17 и третий 19 корректирующие сумматоры. В результате на выходе первого 17 корректирующего сумматора произойдет коррекция сигнала, который через корректор 20 произведет коррекцию значения, задаваемого задатчиком величины начального защитного потенциала 21 и через блок сравнения 22 приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты.
Аналогично, на выходе третьего 19 корректирующего сумматора произойдет коррекция сигнала, который через линию связи 15, второй 39 корректор произведет коррекцию значения, задаваемого корректируемым задатчиком 6 величины начального защитного потенциала второй 2 ведомой станции катодной защиты, и через второй 41 блок сравнения приведет к изменению режима работы силового модуля 4 второй 2 ведомой станции катодной защиты.
Следовательно, при снижении величины защитного потенциала второй удаленной точки нагрузка на силовой модуль 4 второй 2 ведомой станции катодной защиты и силовой модуль 23 ведущей 16 станции катодной защиты возрастет, что приведет к коррекции величины защитного потенциала второй удаленной точки в сторону увеличения. При возрастании величины защитного потенциала второй удаленной точки под действием внешних нестационарных электрических полей в районе пролегания газопровода, нагрузка на силовой модуль 4 второй 2 ведомой станции катодной защиты и силовой модуль 23 ведущей 16 станции катодной защиты возрастет, что приведет к коррекции величины защитного потенциала второй удаленной точки в сторону уменьшения.
В результате производится коррекция значения защитного потенциала на удаленных точках газопровода посредством изменения режимов работы везущей 16 и первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты.
При проявлении воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников, приводящих к отклонению заданной величины защитного потенциала на первой 1 ведомой станции катодной защиты, на электроде сравнения 7 изменится величина сигнала, который по линии связи 15 поступит на пятый 30 нормирующий усилитель потенциала и первый 17 корректирующий сумматор, что приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты и коррекции заданной величины защитного потенциала.
Аналогично, при отклонении величины защитного потенциала на второй 2 ведомой станции катодной защиты, на электроде сравнения 8 изменится величина сигнала, который по линии связи 15 потупит на шестой 31 нормирующий усилитель потенциала и первый 17 корректирующий сумматор, что приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты и коррекции заданной величины защитного потенциала.
Таким образом, коррекция величины защитного потенциала на первой 1 и второй 2 ведомых станциях катодной защиты производится посредством не только силовых модулей 3 и 4 первой 1 и второй 2 ведомых станций катодной защиты, но изменением режима работы силового модуля 23 везущей 16 станции катодной защиты.
Для организации равномерной загрузки станций катодной защиты, работающих на единый протяженный газопровод, и компенсации возможных перегрузок, на каждой станции имеются датчики нагрузки силовых модулей.
При перегрузке силового модуля 3 и первой 1 ведомой станции катодной защиты сигнал с первого 42 датчика нагрузки через линию связи 15 поступает на одиннадцатый 36 нормирующий усилитель и первый 17 корректирующий сумматор. В результате на выходе первого 17 корректирующего сумматора произойдет коррекция сигнала, который через корректор 20 и через блок сравнения 22 приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты. При этом часть нагрузки первой 1 ведомой станции катодной защиты перераспределится на ведущую 16 станцию катодной защиты.
Аналогично при перегрузке силового модуля 4 и второй 2 ведомой станции катодной защиты сигнал со второго 43 датчика нагрузки через линию связи 15 поступает на двенадцатый 37 нормирующий усилитель и первый 17 корректирующий сумматор, что приведет к изменению режима работы силового модуля 23 ведущей 16 станции катодной защиты, и часть нагрузки перераспределится на ведущую 16 станцию катодной защиты.
При снижении нагрузки на первой 1 и второй 2 ведомых станциях катодной защиты происходит аналогичное перераспределение на ведущую 16 станцию катодной защиты.
В результате происходит выравнивание нагрузки силовых модулей ведущей и ведомых станций катодной защиты, работающих на единый протяженный газопровод.
Величина вклада ведущей и ведомых станций катодной защиты в процесс регулирования защитных потенциалов по длине газопровода и нагрузки силовых модулей определяется настройкой нормирующих усилителей адаптивной системы.
Таким образом, адаптивная система автоматической коррекции работы станций катодной защиты обеспечивает повышение эффективности защиты газопровода от коррозии посредством контроля значений защитного потенциала по длине газопровода и в удаленных точках для поддержания равномерного его распределения и управления величиной нагрузки ведущей и ведомых станций катодной защиты при работе на единый газопровод для компенсации воздействия внешних нестационарных электрических полей от различных источников.