УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОДОВ СРАВНЕНИЯ В МОРСКИХ УСЛОВИЯХ
INSTALLATION FOR TESTS OF ELECTRODES OF COMPARISON IN MARINE CONDITIONS

Изобретение относится к области электрохимической защиты трубопроводного транспорта, в частности к испытательному оборудованию, предназначенному для проведения испытаний электродов сравнения длительного действия различных типов, обеспечивающих контроль защитных потенциалов металлических сооружений, эксплуатируемых в морской воде.
В настоящее время подбор электродов сравнения производится в соответствии с проектной документацией без возможности опробования эффективности работы образцов электродов сравнения в натурных условиях эксплуатации.
Существующие установки для испытаний электродов сравнения для определения их работоспособности основаны на лабораторных методах и не позволяют получить достоверную оценку работоспособности электродов сравнения.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является установка для испытаний электродов сравнения, описанная в рекомендациях PCRA 005, май 2007 - версия 1 (https://www.cefracor.org/doc/PCRA-005-en.pdf).
Недостатками известной установки является следующее:
- испытания электродов сравнения проводятся в условиях электрохимической лаборатории;
- отсутствуют сведения по биметаллическим электродам сравнения;
- ограниченность по количеству одновременно испытываемых электродов сравнения.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание установки для испытаний электродов сравнения, обеспечивающей проведение натурных испытаний в морских условиях необходимого количества электродов сравнения всех известных типов любой геометрической формы, длительностью до нескольких лет.
Техническим результатом изобретения является увеличение точности оценки эксплуатационных характеристик электродов сравнения и отбора наиболее работоспособных образцов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании реальных условий испытаний, идентичных эксплуатационным, с учетом температурных режимов, химического состава морской среды, механического воздействия водных масс, а также влияния морских микроорганизмов. Создание равных условий позволит оценить точность показателей каждого образца в отдельности, а агрессивность морской среды выявит наиболее адаптивные виды конструкций применяемых электродов сравнения.
Изобретение поясняется чертежами:
- фиг. 1 - принципиальная схема установки для испытаний электродов сравнения в морских условиях;
- фиг. 2 - номограмма критических значений потенциалов электродов сравнения в морской воде.
Позициями на фиг. 1 обозначены следующие составные части установки:
- станция катодной защиты 1;
- анодное заземление 2;
- измерительная площадка 3;
- электроды сравнения 4;
- первая силовая кабельная линия 5,
- вторая силовая кабельная линия 6;
- измерительные кабельные линии 7;
- клеммный шкаф 8;
- ввод от внешнего электроснабжения 9;
- контрольный электрод сравнения 10;
- клеммная панель 11;
- площадка заземлителей 12.
Станция катодной защиты 1 выполняет функцию источника питания стабилизированного тока, она размещена на подготовленной площадке причальных сооружений и подключена к вводу от внешнего электроснабжения 9 с соблюдением всех требований электробезопасности.
Посредством первой силовой кабельной линии 5 отрицательный вывод станции катодной защиты 1 подключен к измерительной площадке 3, а посредством второй силовой кабельной линии 6 положительный вывод - к анодному заземлению 2. Кабельные линии 5, 6 имеют изоляционное покрытие и обеспечивают неразрывность цепи, а также надежные контакты в точках подключения.
Анодное заземление 2 может представлять из себя как одиночные, так и групповые анодные заземлители, обеспечивающие стекание защитного тока катодной защиты в морскую среду. Анодное заземление 2, как правило, представляет собой электрод цилиндрической формы, выполненный из малорастворимых сплавов металлов.
Наиболее ответственным элементом установки является измерительная площадка 3, которая предназначена для размещения и защиты от внешних воздействий электродов сравнения 4. Измерительная площадка 3 установлена стационарно на дне акватории в непосредственной близости от береговой линии.
2
Измерительная площадка 3 представляет собой прямоугольную конструкцию с плоским основанием, выполненную из прокатного профиля (двутавр или швеллер). Используемый материал - углеродистая либо низколегированная сталь с защитным антикоррозионным покрытием (лакокрасочное, термореактивное, горячее цинкование). Размеры и металлоемкость измерительной площадки 3 выбирают из расчета обеспечения необходимой плотности защитного тока, а также устойчивого размещения на дне акватории. Так, например, для измерительной площадки 3 размерами 3×3 м необходимо создать электрический ток силой 0,03 А, при рекомендуемой плотности тока до 0,01 А/м для металлоконструкций с защитным покрытием в условиях морской среды.
Для размещения необходимого количества испытываемых образцов электродов сравнения 4 площадка имеет поперечные перегородки. Для крепления электродов сравнения 4 на площадке измерительной 3 по ее периметру или на поперечных перегородках с помощью сварки или болтовых соединений устанавливаются вертикальные стойки (на фиг. 1 не показаны), выполненные из стального уголка.
обр
обр
обр
Экспериментально установлено, что высота вертикальных стоек должна быть в диапазоне от 0,5 Н до 1 Н, где Н - высота образца электрода сравнения 4.
Крепление электродов сравнения 4 к вертикальным стойкам осуществлено с помощью пластиковых хомутов (на фиг. 1 не показаны), толщиной не менее 3 мм, либо обжатием стальной полосой с болтовым соединением через диэлектрическую проставку. Такое крепление обеспечивает надежное размещение электродов сравнения 4, без возможности их перемещения относительно самих вертикальных стоек и без создания избыточных нагрузок на корпус электродов сравнения 4.
Электроды сравнения 4 размещены на измерительной площадке 3 в вертикальном верхнем положении, что дает возможность рабочим элементам - мембранам электродов сравнения 4 находиться в контакте с испытательной средой по всей площади поверхности, без ограничения доступа элементами конструкции измерительной площадки 3 и дном акватории.
Кроме электродов сравнения 4 на измерительной площадке размещен контрольный электрод сравнения 10, прошедший предварительные лабораторные испытания и имеющий стабильные показания.
От каждого испытываемого электрода сравнения 4 и контрольного электрода сравнения 10 проложены отдельные измерительные линии 7, которые введены в клеммный шкаф 8, расположенный на берегу. Клеммный шкаф 8 служит для выполнения измерений потенциалов от электродов, установленных на измерительной площадке 3. В клеммном шкафе 8 имеется возможность установки системы дистанционного контроля (на фиг. 1 не показана), позволяющей в автоматическом режиме получать, хранить и обрабатывать измеряемые показатели.
Все измерительные кабельные линии 7, а также первая 5 и вторая 6 силовые кабельные линии собраны в плети с помощью пластиковых хомутов и проложены по дну акватории без перегибов и натяжений.
Внутри клеммного шкафа 8 установлена клеммная панель 11, на которой имеются измерительные разъемы от электродов сравнения 4, контрольного электрода сравнения 10 и от защищаемого сооружения, роль которого выполняет измерительная площадка 3. Клеммный шкаф 8, так же как и станция катодной защиты 1, расположен на подготовленной площадке причальных сооружений.
Анодное заземление 2 установлено на площадке заземлителей 12, при этом оно выполнено изолированным от открытых элементов металлических частей площадки.
Установка для испытаний электродов сравнения в морских условиях работает следующим образом.
При подаче напряжения через ввод от внешнего электроснабжения 9 и включении в работу станции катодной защиты 1 происходит протекание тока катодной защиты в цепи «анодное заземление 2 - площадка измерительная 3». При этом происходит катодная поляризация измерительной площадки 3 до момента, пока не будет достигнуто установившееся значение защитного потенциала измерительной площадки 3 относительно контрольного электрода сравнения 10. При использовании хлор-серебряного контрольного электрода сравнения защитный потенциал находится в диапазоне от минус 0,80 В до минус 1,10 В (минимальный и максимальный защитные потенциалы обозначены на фиг. 2 пунктирными линиями).
Параметры работы станции катодной защиты 1 (выходное напряжение и ток) контролируют, обеспечивая номинальный режим работы и стабильность его во времени.
После достижения стабильного режима установки, который характеризуется постоянством защитного потенциала измерительной площадки 3, выходного напряжения и тока станции катодной защиты 1, производят систематическое выполнение измерений следующих показателей:
- значение защитного потенциала измерительной площадки 3 относительно каждого отдельного электрода сравнения 4;
- значения электродного потенциала каждого отдельного электрода сравнения 4 относительно контрольного электрода сравнения 10.
Измерения производят с применением регистрирующих устройств системы дистанционного контроля либо вольтметра (на фиг. 1 не показаны).
Экспериментально установлено, что для получения достаточной информации необходимо проведение измерений с периодичностью, составляющей одно измерение в сутки.
Основными показателями, позволяющими оценить работоспособность электродов сравнения 4 являются:
- стабильность показаний потенциала измерительной площадки 3 относительно электрода сравнения 4 во времени;
- минимальное отклонение значений потенциала электрода сравнения 4 от значений потенциала контрольного электрода сравнения 10.
В качестве контрольного электрода сравнения 10 используется хлорсеребряный электрод сравнения. Потенциал испытываемых образцов электродов сравнения 4 относительно контрольного электрода сравнения 10 при одинаковых условиях в соответствии с номограммой критических значений потенциала электродов сравнения в морской воде (фиг. 2) должен составлять:
- для медно-сульфатного электрода плюс 50±10 мВ;
- для хлорсеребряного плюс 0±4 мВ;
- для цинкового электрода минус 1050±5 мВ;
- для биметаллического электрода минус 350±10 мВ.
Указанные выше соотношения значений потенциалов различных электродов сравнения 4 необходимы для приведения к единой системе измерений и оценки показаний защитных потенциалов измерительной площадки 3.
Номограмма критических значений потенциала электродов сравнения различных типов (медно-сульфатный, хлорсеребряный, цинковый, биметаллический) в морской воде составлена по данным нормативных документов (РД 31.35.07-83 Руководство по электрохимической защите от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне, ISO 15589-2-2012 Petroleum, petrochemical and natural gas industries - Cathodic protection of pipeline transportation systems - Part 2: Offshore pipelines - Second Edition, http://docs.cntd.ru/) и эксперимента:
Стабильность собственного потенциала испытываемого образца электрода сравнения 4 выражается в изменении во времени собственного потенциала электрода относительно начального значения. Указанный показатель не должен превышать 5 мВ от начального значения за сутки.
Предварительная обработка результатов испытаний производится по мере получения данных измерений, полученных с регистрирующих устройств. Окончательная обработка результатов измерений производится по завершении испытаний. В случае отказа какого-либо из испытываемых образцов в процессе испытаний, возможна окончательная обработка результатов по данному образцу до завершения эксперимента.
Вывод об отказе испытываемого образца делается на основании анализа результатов измерений.
Испытываемый образец электрода сравнения 4 считается работоспособным при условиях:
- разность потенциалов испытываемого электрода сравнения 4 и контрольного электрода сравнения 10 не превышает 100 мВ;
- суммарное электрическое сопротивление испытываемого электрода сравнения 4 и измерительной площадки 3 не должно превышать 20 кОм.
Для получения достоверных данных получаемых при реализации изобретения длительность натурных испытаний должна составлять не менее 1 года.
Проведение испытаний позволит оценить эксплуатационные характеристики электродов сравнения и выявить наиболее работоспособные образцы.