АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ ПРОТЯЖЕННЫЙ ГИБКИЙ

Полезная модель относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использована при сооружении протяженных подповерхностных и глубинных анодных заземлений для систем катодной электрохимической защиты от коррозии магистральных трубопроводов и других подземных металлических сооружений, а также днищ резервуаров и емкостей.
Для электрохимической защиты длинномерных электропроводных конструкций, работающих под землей, создают разность потенциалов между защищаемым материалом (сооружением), выполняющим роль катода, и протяженным анодным заземлителем, расположенным параллельно материалу (сооружению), но отделенным от него слоем земли.
Известен протяженный анодный заземлитель, содержащий токопроводник в виде металлического или углеродного стержня, коаксильно расположенного в токопроводной оболочке на основе полимерного связующего в смеси с отходами металлургических производств и углеродными волокнами (см. патент РФ №2148012, публ. 27.04.2000 г.).
Однако при указанном конструктивном исполнении анодного заземлителя, в котором токопроводник выполнен в виде металлического стержня, значительно снижается гибкость протяженного заземлителя, затрудняет процесс монтажных работ, а значительные силовые нагрузки при эксплуатации заземлителя нарушают прочность токопроводной оболочки, что в целом ухудшает эксплуатационные характеристики заземлителя.
Протяженный анодный заземлитель по патенту РФ №2236483, публ. 20.09.2004 г., содержит одножильный многопроволочный токопроводник, жила которого образована из скрученных медных проволок, токопроводник коаксиально расположен в токопроводящей оболочке, являющейся анодом с растворимым рабочим материалом, который выполнен в виде композита на основе каучука и технического углерода.
При реализации технического решения за счет выполнения жилы многопроволочной из скрученных токопроводящих проволок улучшается гибкость заземлителя, что снижает трудозатраты на монтажные работы заземлителя в системе электрохимической защиты от коррозии длинномерных электропроводных конструкций.
Однако данный протяженный анодный заземлитель эксплуатационно ненадежен вследствие быстрого разрушения токопроводящей оболочки, содержащей каучук, имеющего низкую устойчивость к кислотным и щелочным компонентам грунтового электролита, образующегося в процессе электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений.
Известен анодный заземлитель протяженный (см. патент РФ №134172 ПМ, публ. 10.11.2013 г.), который выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения.
Данный анодный заземлитель протяженный содержит токопроводящий кабель, на строительной длине которого многократно через шагово расположенные контактные узлы электрически соединен малорастворимый электрод, выполненный из химически стойкой проволоки, предпочтительно, в виде проволоки из титана с активным металлооксидным покрытием, расположенной параллельно токопроводящему кабелю в электропроводящей засыпке, помещенной в водопроницаемую химически стойкую текстильную оболочку, усиленную с наружной стороны армирующей сеткой из нитей перекрестного переплетения, в зонах вывода токопроводящего кабеля к источнику тока размещены термоусаживающие муфты переходного диаметра, фиксирующие оболочку с армирующей сеткой.
В техническом решении в качестве водопроницаемой химически стойкой оболочки используют:
либо водопроницаемую перфорированную трубу, выполненную, например, из полиэтилена, обеспечивающей защиту от повреждений токонесущего кабеля;
либо водопроницаемую химически стойкую оболочку на основе шовного или бесшовного текстильного рукава, усиленного с наружной стороны армирующей сеткой, состоящей из диэлектрических нитей перекрестного переплетения, что препятствует разрыву водопроницаемой оболочки от действия силовых напряжений. Использование данного варианта конструктивного исполнения водопроницаемой оболочки, предпочтительно, по сравнению с вариантом выполнения оболочки на основе перфорированной трубы из полимерного материала, т.к. перфорация последнего подвержена заиливанию в грунтах, что снижает эффективность работы анодного заземлителя, ухудшает его гибкость, что существенно при производстве монтажных работ и особенно в условиях горизонтальной ориентации заземлителя вдоль магистральных трубопроводов.
Для повышения прочности анодного заземлителя к продольно ориентированным силовым нагрузкам вдоль токонесущего кабеля в электропроводящей засыпке размещают диэлектрическую нить на основе кевлара, что усложняет конструкцию заземлителя, снижает его гибкость при монтажных работах и вместе с тем технологически нецелесообразно вследствие значительной строительной протяженности анодных заземлителей при горизонтальной или вертикальной их ориентации.
В целом указанные обстоятельства ухудшают эксплуатационную надежность известного протяженного анодного заземлителя и препятствуют созданию унифицированного протяженного анодного заземлителя для различных условий его эксплуатации, соответственно как при вертикальной ориентации в скважинах, так и при горизонтальной ориентации в траншеях в системе электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационной надежности протяженного анодного заземлителя в системе электрохимической защиты подземных металлических сооружений.
2
10
18
Для решения поставленного технического результата предлагается анодный заземлитель протяженный гибкий, содержащий токопроводящий кабель, на строительной длине которого многократно через шагово расположенные контактные узлы электрически соединен малорастворимый электрод в виде проволоки из титана с активным металлооксидным покрытием, расположенный параллельно токопроводящему кабелю в электропроводящей засыпке, помещенной в водопроницаемую химически стойкую текстильную оболочку, усиленную с наружной стороны армирующей сеткой из нитей перекрестного переплетения, в зонах вывода токопроводящего кабеля размещены термоусаживающие муфты переходного диаметра, фиксирующие оболочку с армирующей сеткой, согласно полезной модели, используют одножильный многопроволочный токопроводящий кабель, жила которого имеет скрутку из 7÷9 медных проволок при номинальном поперечном сечении 10÷25 мм, двуслойную изоляцию из водо- и химически стойких полимерных материалов с удельным электрическим сопротивлением 10÷10 Ом×м, контактные узлы электрического присоединения проволоки малорастворимого электрода с токопроводящем кабелем шагово смещены на 2,5÷3,5 м.
3
Согласно полезной модели, в качестве электропроводящей засыпки используют коксовую крошку при фракционном составе не более 2,5 мм, насыпной плотности не более 500 кг/м, при этом - внешний диаметр «D» заземлителя равен 36÷42 мм, а удельный вес - 1,2÷1,5 кг/пог. м.
Согласно полезной модели, строительная длина анодного заземлителя не менее 300 м.
При анализе известного уровня техники не выявлены технические решения, имеющие аналогичную совокупность признаков заявляемому техническому решению, что свидетельствует о соответствии его критериям полезной модели «новизна» и «промышленная применимость».
При реализации полезной модели обеспечивается создание анодного заземлителя протяженного гибкого, имеющего высокую эксплуатационную надежность к действующим силовым нагрузкам, как при строительно-монтажных работах, так и со стороны слоя грунта при эксплуатации заземлителя в системе электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений, что подтверждается ниже приведенным описанием.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на рис. 1 показан анодный заземлитель протяженный гибкий.
Анодный заземлитель протяженный гибкий предназначен для системы электрохимической защиты от коррозии металлических объектов методом катодной поляризации с использованием для этих целей станции катодной защиты, являющейся источником внешнего тока с энергетическими параметрами, по номинальному входному напряжению 220 В при частоте 50 Гц и выходному напряжению постоянного тока до 100 В.
2
2
Предназначенный для этих целей анодный заземлитель протяженный содержит одножильный многопроволочный токопроводящий кабель 1, жила 2 которого имеет скрутку из 7÷9 медных проволок с номинальным поперечным сечением жилы 10÷25 мм. Использование при создании анодного заземлителя протяженного гибкого одножильного многопроволочного кабеля из скрутки из 7÷9 проволок соответствует параметрам токопроводящих кабелей марки ВВГ, КГВВ или ПВГ с номинальным поперечным сечением 10÷25 мм.
10
18
Жила 2 имеет двуслойную изоляцию из водо- и химически стойких диэлектрических полимерных материалов с удельным электрическим сопротивлением 10÷10 Ом×м. Для изготовления изоляции используют экструзионное оборудования с последовательным наложением внутреннего 3 и наружного 4 слоев полимерных материалов. Толщина внутреннего слоя изоляции 3 не менее 0,7 мм, для наружного слоя 4 не менее 1,1 мм. Для двуслойной изоляции жилы используют диэлектрические полимерные материалы на основе поливинилхлоридного пластиката или полиэтилена для внутреннего слоя и поливинилхлоридного пластиката для наружного слоя, имеющих низкую диэлектрическую проницаемость, высокую водостойкость, устойчивость к действию кислот и щелочей, высокий предел прочности при растяжении до 50 МПа.
Заданные по полезной модели технические параметры одножильного многопроволочного токопроводящего кабеля соответствуют рекомендациям ГОСТа 22483-2012 «Жилы токопроводящие для кабелей, проводов, шнуров» и ГОСТа 16442-80 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия», в соответствии с которыми указанные параметры и конструктивные особенности токопроводящего кабеля для анодного заземлителя при строительной длине его L=300÷600 м соответствуют требованиям:
передачи и распределения электрической энергии напряжением до 1 кВ, что оптимально для систем электрохимической защиты от коррозии металлических объектов методом катодной поляризации;
стойкости на разрыв, к многократным изгибам и высокой прочности при использовании кабеля на строительной длине заземлителя при производстве для строительно-монтажных работ в системе электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений;
использования функциональной особенности кабеля 1 как несущей опоры для монтажа на его строительной длине многократно через шагово расположенные контактные узлы 5 электрически соединенного с ним малорастворимого электрода, выполненного из химически стойкой проволоки 6.
2
2
2
3
Проволока 6 имеет диаметр 1÷1,5 мм, выполнена из титана, на которую нанесено активное металлооксидное покрытие толщиной 4-8 мкм, например, на основе смеси оксидов таких металлов как иридий и тантал - IrO / ТаO или иридий и рутений. Контактные узлы 5 конструктивно могут быть выполнены, например, в виде кабельных зажимов или термоусаживаемой трубки, герметизированных, например, полимерным материалом. Контактные узлы 5 электрического присоединения проволоки 6 с токопроводящим кабелем 1 шагово смещены на расстояние «l», где l=2,5÷3,5 м. Указанное шаговое расположение контактных узлов 5 оптимально. При увеличении данного параметра увеличивается электрическое сопротивление заземлителя, при уменьшении - повышаются материалозатраты, снижается гибкость заземлителя. Проволка 6 расположена параллельно токопроводящему кабелю 1 в электропроводящей засыпке 7, помещенной в водопроницаемую химически стойкую текстильную оболочку 8, усиленную с наружной стороны армирующей сеткой 9 из нитей перекрестного переплетения. Оболочка 8 выполнена в виде шовного или бесшовного текстильного рукава. В качестве водопроницаемого текстильного материала может быть использован нетканый материал или трикотаж. В качестве нитей для армирующей сетки могут быть использованы полиэфирные нити, характеризующиеся химической устойчивостью к растворам кислот, щелочей, являющиеся диэлектриками, имеющие высокую прочность и износостойкость. В качестве электропроводящей засыпки 7 используют обеспечивающие протекание анодного тока углеродные компоненты на основе коксовой крошки при фракционном составе не более 2, 5 мм, насыпной плотности не более 480-500 кг/м, которой заполняют текстильный рукав оболочки 8 при вибропрессовании. Использование в качестве электропроводящей засыпки коксовой крошки предпочтительно по затратной части на изготовление заземлителя.
Параметры текстильного рукава при заполнении его коксовой крошкой рассчитывают с учетом получения наружного диаметра «D» анодного заземлителя в пределах 36÷42 мм, при этом вес погонного метра рукава с коксовой крошкой 1,0÷1,2 кг, что обеспечивает изготовление анодного заземлителя с удельным весом 1,2÷1,5 кг на пог. м. Уменьшение или увеличение указанных параметров анодного заземлителя может привести либо к ухудшению его энергетических параметров по долговечности работы в системе электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений, либо к повышению его материалоемкости, снижающей гибкость заземлителя при траншейном монтаже вдоль горизонтально или вертикально ориентированных металлических сооружений. Увеличение материалоемкости усложняет процесс монтажа анодного заземлителя, в том числе при использовании специализированного оборудования.
Анодный заземлитель протяженный гибкий с конструктивными особенностями токонесущего кабеля и указанными параметрами имеет высокую эластичность при изгибе не менее 15D, что облегчает процесс монтажных работ при строительстве систем катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и других подземных металлических сооружений как при вертикальной ориентации заземлителя в скважине так и при горизонтальной ориентации в траншеи ниже глубины промерзания грунта, при этом в зависимости от параметров защищаемого объекта используют один или несколько анодных заземлителей.
Все работы по установке анодных заземлителей протяженных производятся в соответствии с проектом электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии.