УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к средствам для электрохимической защиты подземный трубопроводов, оборудования и металлических конструкций зданий, сооружений.
Методы защиты подземных металлических трубопроводов и металлических конструкций зданий, сооружений от коррозии подразделяются на пассивные и активные.
Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр). На практике не удается добиться полной оплошности изоляционного покрытия. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.
Причина почвенной коррозии подземных металлоконструкций - перетекание электронов с металла в грунт. Этому можно воспрепятствовать созданием постоянного тока между внешним анодом (протектором), сделанным из более электроотрицательного элемента по сравнению с катодом (трубопроводом или резервуаром). Хотя суммарные потери металла при таком способе пассивной защиты увеличиваются, металлоконструкция остается целой, и даже имеющиеся на ней локальные коррозионные дефекты перестают развиваться. Для защиты подземных металлоконструкций, главным образом трубопроводов, используются магниевые протекторы, так как только сплавы магния способны в этих условиях вывести подверженный опасности коррозии металл на должный уровень защитного потенциала. Традиционно на большинстве предприятий, эксплуатирующих трубопроводный транспорт, магниевыми протекторами, защищают металлические кожухи в местах переходов под а/дорогами, ж/д путями, реками. Часто используются протекторы и для защиты собственно продуктопроводов. Срок эксплуатации магниевых протекторов в земле может составлять 10-15 лет. Разность потенциалов между анодом и катодом определяет площадь защитного действия протектора. У магниевых протекторов анодный потенциал почти в два раза выше, чем у цинковых, поэтому их требуется примерно вдвое меньше, чем цинковых или алюминиевых. Также у магния и его сплавов отсутствует поляризация, снижающая токоотдачу, алюминий же склонен к образованию на его поверхности плотного окисного слоя - именно эти факторы определяют преимущественное использование магниевых протекторов для защиты подземных сооружений.
Известен, например, протектор для защиты от коррозии газонефтепродуктопроводов, состоящий из анода, выполненного в виде металлической отливки магниевого сплава и контактного сердечника, размещенного в мешке, заполненном порошкообразным активатором, через горловину которого пропущен изолированный провод, соединяющий контактный сердечник анода с защищаемым сооружением, отличающийся тем, что место соединения изолированного провода с контактным сердечником анода изолировано от внешней среды диэлектриком, см. патент РФ №69522.
Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Для защиты подземных трубопроводов от коррозии по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты. В состав станций катодной защиты входят источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, контрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели. Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.
В качестве источников постоянного тока, как правило, используются преобразователи различной конструкции, питающиеся от сети переменного тока. Преобразователи позволяют регулировать защитный ток в широких пределах, обеспечивая защиту трубопровода в любых условиях.
Известна, например, система катодной защиты магистральных трубопроводов, которая включает катодно-поляризуемый трубопровод и установку катодной защиты. При этом каждая установка катодной защиты содержит катодную станцию (преобразователь), пункты приема и регистрации информации, источник сетевого электроснабжения, глубинное анодное заземление, блок измерения и обработки информации, датчик поляризационного потенциала, датчик скорости коррозии, блок приема и передачи, электрод сравнения, блок логики, телеизмерения и телерегулирования, блок коммутации и измерения параметров защиты. Причем первый выход катодной станции соединен с глубинным анодным заземлением, третий выход - с блоком измерения и обработки информации, четвертый выход катодной станции - с вторым входом блока измерения и обработки информации, выход которого соединен с первым входом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, первый выход - с блоком приема и передачи, выход которого соединен с вторым входом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, третий вход которого соединен с блоком коммутации и измерения параметров защиты, входы которого соединены с трубопроводом, с выходами электрода сравнения и с выходами всех датчиков. В каждую установку катодной защиты введены: блок фазовой регулировки, блок импульсной модуляции и избирательный фильтр. При этом первый вход фильтра соединен с трубопроводом, а второй вход - с выходом электрода сравнения, выход избирательного фильтра соединен со вторым входом блока приема-передачи, второй выход которого соединен с входом блока импульсной модуляции, выход которого соединен с трубопроводом, а второй вход - с вторым выходом катодной станции, входы которой последовательно с блоком фазовой регулировки соединены с источником электроснабжения, вход управления блока фазовой регулировки соединен с вторым выходом блока логики, телеизмерения и телерегулирования, четвертый вход которого соединен с одним из пунктов приема и регистрации информации, см. патент РФ №2202001.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа является то, что в некоторых режимах работы подземного оборудования и условиях его расположения поляризационный потенциал защищаемого оборудования оказывается невысоким и работа энергоемкой станции катодной защиты не требуется. В этих случаях ее рольможет исполнять пассивная протекторная защите, не требующая затрат электроэнергии.
Задачей полезной модели является энергосбережение станции катодной защиты за счет включения в работу средств пассивной защиты подземных объектов.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Устройство для электрохимической защиты подземных трубопроводов и оборудования, включающее станцию катодной защиты, характеризующееся тем, что оно снабжено блоком измерения поляризационного потенциала, соединенным с измерительным электродом, блоком сравнения и коммутации и протекторной защитой, внешний растворимый анод, которой соединен со входом блока сравнения и коммутации, к другим входам которого подсоединены выходы станции катодной защиты и блока измерения поляризационного потенциала, а выходы блока сравнения и коммутации подключены к станции катодной защиты и защищаемому объекту.
За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигается технический результат, заключающийся в том, что работа энергоемкой станции катодной защиты осуществляется только в случаях понижения поляризационного потенциала защищаемого объекта ниже установленных значений, при которых протекторная защита становится не эффективной.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема заявленного устройства.
Устройство для электрохимической защиты подземных трубопроводов и оборудования включает станцию катодной защиты 1, блок измерения поляризационного потенциала 2, соединенным с измерительным электродом 3, блок сравнения и коммутации 4 и внешний растворимый анод 5 протекторной защиты. Анод 5 соединен со входом блоком сравнения и коммутации 4, к другим входам которого подсоединены выходы станции катодной защиты 1 и блока измерения поляризационного потенциала 2, а выходы блока сравнения и коммутации 4 подключены к станции катодной защиты 1 и защищаемому объекту 6.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Изначально к защищаемому объекту подключен растворимый магниевый анод 5 и защита объекта является протекторной. Сигнал, снимаемый с измерительного электрода 3, анализируется блоком измерения поляризационного потенциала 2, который определяет величину этого потенциала. Сигнал с блока измерения поляризационного потенциала 2 поступает на блок сравнения и коммутации 4, в котором происходит сравнение полученной величины поляризационного потенциала с величиной необходимой для эффективной защиты подземного оборудования, которая в свою очередь задастся заранее, исходя из установленных нормативов. В случае получения результата после сравнения, говорящего о том, что защита является не эффективной, по сигналу с устройства сравнения и коммутации 4 включается станция катодной защиты 1 и далее защита объекта осуществляется от станции катодной защиты 1. При обратном изменении величины поляризационного потенциала ниже установленных нормативов блок сравнения и коммутации 4 отключает станцию катодной защиты 1 и подключает к защищаемому оборудованию растворимый анод 5 протекторной защиты.
Заявленное устройство по сравнению с аналогами обеспечивает экономию электроэнергии для электрохимической защиты подземных трубопроводов и оборудования.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.