АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ADAPTIVE SISTEM OF UNDERGROUND STRUCTURE CATHODE PROTECTION

Изобретение относится к технологии защиты от коррозии подземных металлических сооружений и может быть использовано для защиты группы газопроводов, нефтепроводов, водопроводов и других сооружений.
Скорость коррозии в зависимости от внешних условий составляет 0,3-0,5 мм в год, поэтому, например газопроводы с толщиной стенки 9 мм выходят из строя через 6-8 лет. Ущерб, наносимый народному хозяйству коррозией, огромен.
Известна схема катодной защиты подземных металлических сооружений, включающая защищаемое сооружение - трубопровод, регулируемый источник постоянного тока, соединительный провод и анодное заземление [1]. В этом устройстве отрицательный полюс источника постоянного тока подключают к защищаемому сооружению - трубопроводу, положительный полюс - к искусственно созданному аноду - заземлителю.
Однако такая схема защиты наиболее целесообразна для одиночных трубопроводов и сооружений.
Если необходимо защитить несколько трубопроводов различных по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам, находящихся в грунтовом или водном электролитах, выполняют прямые или вентильные перемычки, т.е. осуществляют совместную защиту подземных сооружений [2]. Такая система катодной защиты может осуществляться подсоединением различных сооружений на общую защитную установку с одновременным устройством металлических соединений между отдельными сооружениями.
При разработке схемы совместной защиты в разветвленных сетях подземных сооружений выбирают основное сооружение - основную дренажную цепь, к которой с помощью перемычек подключают остальные защищаемые сооружения. Совместная система защиты подземных сооружений различного назначения включает: защищаемые металлические сооружения - трубопроводы, регулируемые перемычки, источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель, анодное заземление.
При такой совместной защите различные по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам сооружения, находящиеся в грунтовом или водном электролитах, оказываются гальванически связанными между собой. Поскольку стационарные потенциалы защищаемых сооружений различны, то при подключении их между собой как прямой, так и вентильной перемычками, образуется мощная гальваническая коррозионная пара, "подавить" которую с помощью источника постоянного тока в интервале поляризационных потенциалов, рекомендованных действующим ГОСТом, не всегда удается. При этом в таких условиях осложняется измерение потенциалов отдельных сооружений в точке дренирования и источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель сам становится источником блуждающих токов.
При регулировании источника постоянного тока потенциалы сооружений, стационарные потенциалы которых до подключения перемычек были разными, приобретают различные поляризационные потенциалы и не могут быть скомпенсированы в пределах, рекомендованных ГОСТом.
Таким образом, совместная защита двух или более сооружений одним источником постоянного тока оказывается не эффективной.
Известно устройство для совместной катодной защиты подземных сооружений [3], которое содержит регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлению.
Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность совместной катодной защиты.
Наиболее близким к изобретению является система катодной защиты двух и более сооружений [4], 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 сопротивления.
Недостатком известного прототипа является отсутствие приспосабливаемости (адаптации) к изменениям параметров грунта в зависимости от климатических условий. Другой недостаток состоит в том, что для выравнивания защитных токов двух или более сооружений используют регулируемые сопротивления, на которых происходит дополнительный расход электрической энергии.
Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты подземных сооружений и снижение электрических потерь в процессе выравнивания защитных потенциалов.
Поставленная цель достигается тем, что адаптивная система катодной защиты подземных сооружений содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителю, первый и второй кремниевые вентили, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений, первый и второй силовые частотные ключи, первый и второй частотные фильтры, первый и второй блоки управления силовыми частотными ключами, первый и второй сумматоры коррекции величины защитного потенциала, задатчик величины защитного потенциала, инвертирующий повторитель аналогового сигнала, дифференциальный усилитель разности защитных потенциалов, причем выходы первого и второго силовых частотных ключей подсоединены к минусовой клемме выпрямителя, а входы через первый и второй частотные фильтры к катодам кремниевых вентилей, первый и второй входы дифференциального усилителя разности защитных потенциалов подсоединены к каждому из защищаемых сооружений, а выход к первому входу первого сумматора коррекции величины защитного потенциала и через инвертирующий повторитель аналогового сигнала к первому входу второго сумматора коррекции величины защитного потенциала, вторые входы первого и второго сумматора коррекции величины защитного потенциала подсоединены к задатчику величины защитного потенциала, выход первого сумматора коррекции величины защитного потенциала через первый блок управления силовыми частотными ключами подсоединен к управляющему входу первого силового частотного ключа, а выход второго сумматора коррекции величины защитного потенциала через второй блок управления силовыми частотными ключами подсоединен к управляющему входу второго силового частотного ключа.
На чертеже представлена схема катодной защиты двух подземных сооружений, например нефтепровода и газопровода.
Схема состоит из понижающего разделительного трансформатора 1, выпрямительных диодов 2, LC-фильтра выпрямленного напряжения 3, подключенного к анодному заземлителю 4, первого 5 и второго 6 силовых частотных ключей, первого 7 и второго 8 блоков управления силовыми частотными ключами, первого 9 и второго 10 сумматоров коррекции величины защитного потенциала, задатчика величины защитного потенциала 11, инвертирующего повторителя аналогового сигнала 12, дифференциального усилителя разности защитных потенциалов 13, первого 14 и второго 15 частотных LC-фильтров, первого 16 и второго 17 кремниевых вентилей, подключенных к первому 18 и второму 19 защищаемым трубопроводам.
Схема работает следующим образом.
В установившемся режиме величины защитных потенциалов первого 18 и второго 19 трубопроводов имеют одинаковые значения. На входы дифференциального усилителя разности защитных потенциалов 13 подаются одинаковые значения и на его выходе напряжение равно нулю, при этом величина защитного потенциала устанавливается задатчиком величины защитного потенциала 11.
В случае изменения климатических условий (дождь, снег, наличие влаги в прилегаемом к защищаемым трубопроводам грунте и т.д.) происходит нарушение процесса защиты трубопроводов, величины защитных потенциалов изменяются и становятся не одинаковыми на защищаемых трубопроводах. В результате на выходе дифференциального усилителя разности защитных потенциалов 13 формируется напряжение рассогласования, пропорциональное разности величин потенциалов между первым 18 и вторым 9 защищаемыми трубопроводами. Это напряжение суммируется с напряжением задатчика величины защитного потенциала 11 на первом 9 сумматоре коррекции величины защитного потенциала и вычитается из напряжения задатчика величины защитного потенциала 11 посредством инвертирующего повторителя аналогового сигнала 12 на втором 10 сумматоре коррекции величины защитного потенциала. В результате изменяется напряжение на входах первого 7 и второго 8 блоков управления силовыми частотными ключами, которые корректируют скважность открытия соответственно первого 5 и второго 6 силовых частотных ключей, обеспечивая тем самым выравнивание защитных потенциалов на трубопроводах. Первый 14 и второй 15 частотные LC-фильтры предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, появляющихся при работе силовых ключей.
Этим обеспечивается адаптация системы катодной защиты подземных сооружений и газопроводов к изменениям климатических и других условий защиты и повышается эффективность катодной защиты подземных сооружений. Кроме того, применение взамен регулируемых сопротивлений силовых частотных ключей, работающих в импульсном режиме с регулируемой скважностью, обеспечивает снижение электрических потерь при выравнивании защитных потенциалов.
Источники информации:
1. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. Учебник. - М.: Недра, 1978 г. Авторы: Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Юфин В.А., с.113-117.
2. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. - М.: Стройиздат, 1974 г., с.86-89; 1982 г., с.74-79.
3. Пат. SU N524860, МПК 5 C23F 13/00. Устройство для совместной катодной защиты металлических оболочек высоковольтных кабелей и других подземных металлических сооружений / Н.Н.Божук [и др.]. - №1984126; заявл. 1974.01.07; опубл. 1976.08.15, Бюл. №30. - 2 с.: ил.
4. Пат. RU 2151218, МПК С23F 13/02. Схема катодной защиты двух или более сооружений / В.В.Палашов [и др.]; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. №99116931/02; заявл. 1999.08.03; опубл. 2003.03.20, Бюл. №8. - 4 с.: ил.