АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ

Полезная модель относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии, в частности к анодному заземлителю, и может быть использована в нефтяной, газовой промышленности при защите стальных и железобетонных сооружений, контактирующих с электролитической средой грунта, в коммунальном хозяйстве, а именно при защите сложных сетей подземных металлических коммуникаций, магистральных (промысловых) трубопроводов, в городских подземных металлических сооружениях, а также технологических резервуаров любого назначения.
Известен анодный заземлитель, содержащий центральный металлический электрод с закрепленными вдоль образующих электрода равномерно по окружности металлическими элементами, которые имеют с электродом гарантированную электрическую и механическую связи и окружены слоем активатора, выполненного из электропроводного гранулированного пористого сыпучего материала, расположенного в оболочке, выполненной из тонкостенного оцинкованого стального листа (патент RU 2196190 С1, C23F 13/16, опубл. 10.01.2003).
Выполнение центрального электрода в виде соединенных между собой длинномерных металлических пластин усложняет конструкцию анодного заземлителя, а образующиеся при этом сопряжения между смежными пластинами являются не только концентраторами механических напряжений, но и концентраторами электрических потенциалов, что ведет к интенсификации электрохимической коррозии и приводит, в конечном счете, к нарушению механической связей между пластинами и преждевременному разрушению анодного заземлителя в целом.
Известен анодный заземлитель, содержащий центральный электрод из токопроводящего пластика, установленный в центраторах и окруженный слоем активатора, выполненного из электропроводного гранулированного пористого сыпучего материала на основе графитовой крошки и расположенного в защитной оболочке, со стороны одного из торцев электрода расположен герметичный контактный узел для подсоединения кабельного токовывода, который с наружной стороны защитной оболочки подсоединен к кабелю катодной станции (RU 137700 U1, H01R 4/66, опубл.27.02.2014).
Основными составляющими анодного заземлителя являются центральный коррозионно-стойкий электрод из токопроводящего пластика, предпочтительно, на основе графитопласта, и углеродистый наполнитель активатора. Благодаря своим коррозионно-стойким свойствам, электрод имеет низкий уровень электрохимического растворения, что объясняется синергетической совместимостью используемых материалов для активатора и центрального электрода. Срок эксплуатации анодного заземлителя определяется скоростью растворения углеродистого наполнителя активатора, то есть не меньше срока его службы.
Используемые для изготовления центрального электрода графитопласты получены на основе углеграфитовых наполнителей и полимерных связующих, при этом электропроводность графитопластов в основном зависит от массового содержания в наполнителе графитового материала, что значительно снижает конструкционную прочность электрода вследствие его хрупкости, при этом увеличение деформационных силовых нагрузок приводит к частичному разрушению электрода.
Кроме того, в процессе эксплуатации анодного заземлителя нарушается электрическая связь контактного узла с центральным электродом из-за разгерметизации контактного узла под действием различных силовых нагрузок и в основном со стороны массы грунта.
Указанные недостатки, нарушающие конструкционную целостность анодного заземлителя, снижают его экслуатационную надежность и повышают электрохимическую коррозию защищаемого объекта в зоне размещения конкретного заземлителя, используемого в системе катодной защиты подземных металлических коммуникаций.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности анодного заземлителя в системе катодной защиты подземных металлических коммуникаций за счет улучшения его электропроводности при конструкционных разрушениях.
Для достижения поставленного технического результата предложен анодный заземлитель, содержащий центральный электрод из токопроводящего пластика, установленный в центраторах и окруженный слоем активатора, выполненного из электропроводного гранулированного пористого сыпучего материала на основе графитовой крошки и расположенного в защитной оболочке, со стороны одного из торцев электрода установлен герметичный контактный узел для подсоединения кабельного токовывода, который с наружной стороны защитной оболочки подсоединен к кабелю катодной станции, согласно полезной модели, анодный заземлитель снабжен дополнительным токовыводом, который размещен в слое активатора, ориентирован в направлении продольной оси центрального электрода и подсоединен через дополнительный герметичный контактный узел к электроду со стороны его противолежащего торца и к основному токовыводу со стороны его подсоединения к герметичному контактному узлу.
При реализации полезной модели, благодаря указанным конструктивным особенностям анодного заземлителя, обеспечивается параллельно-последовательная электрическая связь центрального электрода с кабелем катодной станции, что способствует сохранению его электропроводности как вне зависимости от разрушения части электрода, так и от нарушения его электрической связи с основным токовыводом.
Анализ известного уровня техники в целом показал, что предлагаемая в полезной модели совокупность признаков и их взаимосвязь неизвестны из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям полезной модели «новизна», «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется ниже приведенным описанием и графическими материалами, где на рис. 1 показан анодный заземлитель (поперечный разрез).
Анодный заземлитель содержит центральный электрод 1, установленный в центраторах 2, защитную оболочку 3 и активатор 4, размещенный внутри оболочки 3.
Электрод 1 выполнен из токопроводящего пластика, предпочтительно, отвержденной фенольной смолы (реактопласта), наполненного электропроводящими углеродными частицами, например углеродом или графитом. При изготовлении электрода используют предпочтительно, до 80% графита, 20% заполимеризированной фенолформальдегидной смолы с применением установки, в которой при перемешивании смолы и графита состав нагревается под прессом до 120°С в течение нескольких минут.
Расположенный в защитной оболочке 3 активатор 4 выполнен из электропроводного гранулированного пористого сыпучего материала, в качестве которого используют углеродистый наполнитель на основе графитовой крошки. Основное количество фракции углеродистого наполнителя должно быть размером до 15 мм. Углеродистый наполнитель снижает скорость растворения графитопласта. Так, если без углеродистого наполнителя потеря массы электрода в режиме катодной защиты составляет q=0,8-l,2 кг/(А⋅год), то при использовании активатора на основе засыпки из углеродистого наполнителя - q=0,2 кг/(А⋅год) и менее.
Защитная оболочка 3, предпочтительно, выполнена цилиндрической и изготовлена, предпочтительно, из тонкостенного (толщиной до 1 мм) оцинкованного стального листа. Конструктивное исполнение защитной оболочки 3 соответствует, предпочтительно, техническому решению по патенту RU № 137700, опубл. 27.02.2014 г.
Центральный электрод 1 со стороны верхнего торца имеет герметичный контактный узел для подсоединения основного кабельного токовывода 7, который с наружной стороны защитной оболочки 3 подсоединен к кабелю катодной станции (не показаны). Конструктивное исполнение контактного узла и его герметичность может быть реализована в соответствии с техническим решением по патенту RU № 2149920, опубл. 27.05.2000 г.
Анодный заземлитель имеет дополнительный токовывод 8, который размещен в слое активатора, ориентирован в направлении продольной оси центрального электрода 1 и подсоединен к расположенному со стороны нижнего торца последнего дополнительному герметичному контактному узлу и к основному токовыводу со стороны его подсоединения к герметичному контактному узлу.
При подсоединении к противолежащим торцам центрального электрода основного и дополнительного токовыводов 7 и 8 обеспечивается параллельно-последовательная электрическая связь центрального электрода с кабелем катодной станции, что способствует сохранению его электропроводности как вне зависимости от нарушения механической прочности электрода в одной из его частей, примыкающей к соотвестующей зоне подсоединения токовыводов, так и от механического разрушения контактного соединительного узла со стороны подсоединения основного токовывода к кабелю катодной станции.
Анодный заземлитель предназначен для наиболее распространенного метода электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений - катодная защита, при осуществлении которой подключают защищаемый объект (например трубопровод) к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, положительный полюс источника тока подсоединяют кабелем к основному контактному узлу центрального электрода анодного заземлителя, который размещается в той же коррозионной среде, что и защищаемый объект, в случае подземных промысловых трубопроводов, в почве. В результате образуется замкнутая электрическая цепь:
положительный полюс источника-центральный электрод-почвенный электролит-трубопровод-катодный кабель-отрицательный полюс источник постоянного тока. В составе данной электрической цепи трубопровод является катодом, а центральный электрод, присоединенный к положительному полюсу источника постоянного тока, становится анодным заземлителем. Отрицательно заряженный полюс источника тока, присоединенный к трубопроводу, при наличии внешнего анодного заземления катодно поляризует трубопровод, при этом потенциал анодных и катодных участков практически выравнивается.
В зависимости от технологических особенностей защиты подземных металлических коммуникаций, магистральных (промысловых) трубопроводов, в городских подземных металлических сооружениях, а также технологических резервуаров любого назначения эксплуатация анодных заземлителей осуществляется при горизонтальной или/и при вертикальном их укладки в грунте относительно защищаемых объектов, при защите сложных сетей подземных металлических коммуникаций, магистральных (промысловых) трубопроводов, в городских подземных металлических сооружениях, а также технологических резервуаров любого назначения.