УСТРОЙСТВО КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ГАЗОПРОВОДОВ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
INSTALLATION FOR CATHODE PROTECTION OF GAS LINES AND UNDERGROUND CONSTRUCTIONS

Изобретение относится к технике защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений.
Известна схема катодной защиты подземных металлических сооружений, включающая защищаемое сооружение, регулируемый источник постоянного тока, соединительный провод и анодное заземление [1]. В этом устройстве отрицательный полюс источника постоянного тока подключен к защищаемому сооружению, положительный полюс - к искусственно созданному аноду - заземлителю.
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 трубопроводов и подземных металлических сооружений одним источником постоянного тока оказывается неэффективной.
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 балластные сопротивления.
Недостатком известного прототипа является низкая эффективность катодной защиты при изменении параметров грунта, его влажности, температуры, проводимости и других параметров и появление разности защитных потенциалов группы металлических подземных сооружений, способствующей протеканию токов. В результате нарушаются параметры электрохимической защиты сооружений. Кроме того, применение балластных сопротивлений обуславливает высокий уровень электрических потерь и снижение энергоэффективности устройства в целом.
Целью изобретения является повышение эффективности катодной защиты группы подземных металлических сооружений путем выравнивания защитных потенциалов группы металлических подземных сооружений и снижение электрических потерь в процессе защиты.
Поставленная цель достигается тем, что устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящей из основного и дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителью, кремниевые вентили в цепи защищаемых сооружений, снабжено датчиком величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, N датчиками разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовым ключом и фильтром основного защищаемого сооружения и N силовыми ключами и фильтрами дополнительных защищаемых сооружений, задатчиком потенциала, блоком сравнения, усилителем, интегратором и блоком управления силовым ключом основного защищаемого сооружения, N инверторами, N первыми и вторыми триггерами Шмидта, N первыми и вторыми элементами «И», N генераторами импульсов, N реверсивными счетчиками, N цифроаналоговыми преобразователями и N блоками управления силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений, причем силовой ключ и фильтр основного защищаемого сооружения соединены последовательно с кремниевым вентилем в цепи основного защищаемого сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных защищаемых сооружений соединены последовательно с кремниевыми вентилями в цепях N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, выход блока сравнения через последовательно соединение усилитель, интегратор и блок управления силовым ключом основного защищаемого сооружения соединен с силовым ключом основного защищаемого сооружения, N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений соединены с N первых триггеров Шмидта и через N инверторов - с N вторых триггеров Шмидта, выходы N первых и вторых триггеров Шмидта соединены соответственно с первыми входами N первых и вторых элементов «И», вторые входы которых соединены с N генераторами импульсов, выходы N первых элементов «И» соединены с суммирующим входом, а N вторых элементов «И» - с вычитающим входом N реверсивных счетчиков, выход которого через N цифроаналоговых преобразователей и N блоков управления силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений соединен с N силовых ключей дополнительных защищаемых сооружений.
На чертеже представлена схема устройства катодной защиты газопроводов и подземных сооружений.
Устройство содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, фильтр выпрямленного напряжения 3, анодный заземлитель 4, кремниевые вентили 5, датчик величины защитного потенциала 6 основного защищаемого сооружения, N датчиков разности потенциалов 7 дополнительных защищаемых сооружений, силовой ключ 8 и фильтр 9 основного защищаемого сооружения и N силовых ключей 10 и фильтров 11 дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала 12, блок сравнения 13, усилитель 14, интегратор 15 и блок управления силовым ключом 16 основного защищаемого сооружения, N инверторов 17, N первых 18 и N вторых 19 триггеров Шмидта, N первых 20 и N вторых 21 элементов «И», N генераторов импульсов 22, N реверсивных счетчиков 23, N цифроаналоговых преобразователей 24 и N блоков управления силовыми ключами 25 дополнительных защищаемых сооружений.
Устройство катодной защиты газопроводов и подземных сооружений работает следующим образом.
Величина защитного потенциала измеряется датчиком величины защитного потенциала 6 основного защищаемого сооружения и устанавливается посредством задатчика потенциала 12. В рабочем режиме величины защитных потенциалов основного защищаемого сооружения (ОЗС) и N дополнительных защищаемых сооружений (ЗС1, ЗС2, …, ЗСN) выровнены устройством катодной защиты газопроводов и подземных сооружений и имеют одинаковые значения. На выходах N датчиков разности потенциалов 7 дополнительных защищаемых сооружений напряжение равно нулю. При появлении каких-либо факторов, изменяющих параметры грунта, его влажность, температуру, проводимость, изменяются параметры электрохимической защиты, меняется сопротивление грунта как между защищаемыми сооружениями Rгс, так и между сооружениями и анодным заземлителем Rга. Это приводит к нарушению процесса электрохимической защиты и усилению коррозии подземных металлических сооружений. Между защищаемыми сооружениями образуется разность потенциалов и возникают электрические токи. Эта разность потенциалов измеряется датчиком разности потенциалов 7 каждого защищаемого сооружения, сигнал с которого подается на первый 18 и через инвертор 17 - на второй 19 триггер Шмидта. Если потенциал дополнительного сооружения положителен относительно потенциала основного сооружения, то срабатывает первый 18 триггер Шмидта, если отрицателен - второй 19 триггер Шмидта. При этом триггер Шмидта откроет или первый 20 или второй 21 элемент «И» через которые начнут поступать импульсы от генератора импульсов 22 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 23. В результате в реверсивном счетчике 23 формируется кодовая комбинация, поддерживающая равенство потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений. Эта кодовая комбинация посредством цифроаналогового преобразователя 24 преобразуется в аналоговый сигнал, поступающий на блок управления силовым ключом 25, который производит частотное управление силовым ключом 10. В результате происходит изменение величины защитного тока дополнительного сооружения и выравнивание потенциалов. Фильтр 11 предназначен для сглаживания тока после частотного преобразования силовым ключом 10. Величина защитного потенциала основного защищаемого сооружения поддерживается посредством сравнения сигналов с датчика величины защитного потенциала 6 и задатчика потенциала 12 на блоке сравнения 13, сигнал с которого через усилитель 14, интегратор 15 и блок управления силовым ключом 16 поступает на силовой ключ 8 основного защищаемого сооружения. В результате происходит частотное управление величиной защитного тока основного сооружения. Фильтр 9 предназначен для сглаживания защитного тока после частотного преобразования.
Таким образом, устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений обеспечивает повышение эффективности катодной защиты путем выравнивания защитных потенциалов группы металлических подземных сооружений при изменении параметров грунта, его влажности, температуры, проводимости и других параметров. В результате поддерживаются заданные параметры электрохимической защиты. Применение в устройстве вместо регулируемых сопротивлений силовых ключей с частотным управлением обеспечивает снижение электрических потерь и повышение энергоэффективности устройства в целом.
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. Патент SU N 524860, 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. Патент RU 2151218, МПК C23F 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.