Способ защиты от коррозии подземного трубопровода
METHOD OF CORROSION PROTECTION OF UNDERGROUND PIPELINE

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии протяженных объектов, в частности, к защите подземных трубопроводов с помощью станций катодной защиты, включающей анализ состояния защитного покрытия трубопровода.
Известен способ непрерывного контроля прочности защитного покрытия на подземных металлических конструкциях по патенту ЕР 0411689, C23F 13/04, 1991. Способ контроля прочности защитного покрытия на подземных металлических конструкциях, подвергнутых катодной защите, основан на измерении электрического сопротивления объекта. Способ включает изменение наложенного тока катодной защиты и измерение соответствующего изменения потенциала из-за падения сопротивления. Причем значение сопротивления получают из отношения изменения потенциала к изменению тока. Недостатком является сложность определения мест повреждения изоляции трубопровода в режиме реального времени, высокие трудозатраты и энергозатраты на устранение повреждений изоляции трубопровода.
Известен способ контроля состояния изоляционного покрытия в процессе эксплуатации подземного магистрального трубопровода по патенту РФ на изобретение №2221190, F16L 58/02, 2004. Способ включает контроль состояния изоляционного покрытия подземного магистрального трубопровода путем измерения электрического параметра. В качестве параметра измеряют электрическое сопротивление "датчик утечки - общий электрод" в цепи элементов устройства, при этом по уменьшению электрического сопротивления с 108÷1015 до 102÷105 Ом судят об изменении адгезионных характеристик заводского полиэтиленового антикоррозионного покрытия и термоусаживающейся манжеты. Недостатком является невысокая эффективность электрохимической защиты, которая обусловлена сложностью регулирования электрических характеристик для уменьшения влияния повреждений изоляционного покрытия, высокой энергозатратностью способа, сложностью измерений характеристик в полевых условиях и сложностью обслуживания трубопровода.
Известен способ катодной защиты подземного стального трубопровода по патенту РФ на изобретение №2671224, С23F 13/02, 20018. Способ катодной защиты подземного стального трубопровода, включает чередование контрольного и рабочего циклов, при этом в течение контрольного цикла снимают поляризационную кривую зависимости защитного потенциала участка трубопровода, расположенного в непосредственной близости от катодной станции. Определяют верхний и нижний пределы регулирования защитного потенциала от логарифма выходного тока катодной станции, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования потенциала. На протяжении последующего рабочего цикла поддерживают значение защитного потенциала вблизи нижнего предела регулирования. В контрольном цикле перед процедурой снятия поляризационной кривой осуществляют дистанционную катодную поляризацию наиболее удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до нормированного значения (-0,85 В) при отсутствии выходного тока катодной станции с помощью расположенных вблизи измерительных пунктов. Измерительные пункты при этом содержат измеритель потенциала, датчик потенциала, протектор, размыкатель, автономный источник питания и приемопередатчик. Значение катодного потенциала (-0,85 В), до которого поляризуют наиболее удаленные участки трубопровода, принимают в качестве нижнего предела диапазона регулирования защитного потенциала. Недостатком является низкая эффективность электрохимической защиты, обусловленная тем, что оптимальные параметры поддерживают не на всем участке защиты каждой отдельной станции катодной защиты, а только в непосредственной близости от нее. При анализе не учитывают особенности удаленных участков, на которых наиболее велика вероятность снижения защитного потенциала вследствие потерь. Низкая эффективность защиты трубопровода вызвана так же чередованием рабочих циклов с контрольными циклами, во время которых не происходит электрохимическая защита объекта. Кроме того, для прерывания защиты необходимо использование управляемого размыкателя, т.е. прерывателя тока станции. Прерывание работы станции снижает возможности регулирования и эффективность ее работы.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран аппаратно-программный комплекс мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений по патенту РФ на изобретение №2580610, F17D 5/00, 2015. В процессе мониторинга измеряют показания с помощью датчиков изменения рабочих физических параметров, характеризующих техническое состояние подземного сооружения. С помощью набора датчиков, размещенных в непосредственной близости от трубопровода на стойках мониторинга, расположенных вдоль всего контролируемого участка подземного сооружения, ведется постоянный мониторинг за коррозионным состоянием подземного сооружения. Опрос оборудования каждой стойки мониторинга производится с персональной периодичностью, по программе опроса, которая записывается в соответствующем программируемом контроллере. Происходит накопление результатов измерений от разных датчиков за выбранный период времени. Процессоры программируемых контроллеров стоек собирают информацию, преобразованную в цифровой вид, и выдают результаты измерений, которые поступают в комплект модемов и далее в приемопередающую антенну для варианта беспроводного канала связи, или обеспечивается ручной съем данных непосредственно на стойках мониторинга. Передачу данных по различным каналам проводной или беспроводной связи осуществляют в штатном режиме или в режиме дистанционного управления. С устанавливаемой пользователем периодичностью дистанционно контролируют весь комплекс электрических параметров коррозионной среды, в которой находятся одно или несколько подземных сооружений, передают в режиме реального времени данные от системы измерений и обработанные результаты измерений на автоматизированное рабочее место оператора центра мониторинга и управления. Недостатком является невысокая эффективность системы коррозионной защиты подземных сооружений, связанная со сложностью и длительностью накопления, преобразования и снятия результатов измерений, с использованием ручного съема данных со стоек мониторинга, со сложностью управления электрическими характеристиками коррозионной защиты, а также с высокой энергоемкостью использования аппаратно-программного комплекса мониторинга.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы системы коррозионной защиты за счет повышения технологичности процессов контроля состояния трубопровода и его защиты, и за счет снижения энергоемкости процесса защиты трубопровода.
Технический результат достигается за счет того, что в способе защиты от коррозии подземного трубопровода, включающем подачу защитного напряжения на трубопровод от станций катодной защиты, расположенных вдоль трубопровода, соединение трубопровода с контрольно-измерительными пунктами, установленными вдоль трубопровода, измерение электрических характеристик на трубопроводе, передачу измеренных данных в центр управления, анализ полученных данных, корректировку работы станций катодной защиты, согласно изобретению, в программное обеспечение контроллеров станций катодной защиты и в программное обеспечение контроллера центра управления заводят номера всех точек соединения трубопровода со станциями катодной защиты и всех точек соединения трубопровода с контрольно-измерительными пунктами, устанавливают минимально допустимые значения величины защитного потенциала на участках трубопровода, необходимые для обеспечения катодной защиты этих участков от коррозии с учетом габаритов и материала труб трубопровода, параметров грунта, проводят измерения величины защитного потенциала, выходного напряжения, выходной силы тока в точках соединения трубопровода со станциями катодной защиты и с контрольно-измерительными пунктами, на контрольно-измерительных пунктах измеряют скорость коррозии с помощью датчика скорости коррозии, который расположен в земле вместе с электродом сравнения, передают информацию о результатах измерений на контроллеры блоков управлений станций катодной защиты и на контроллер центра управления, проводят анализ результатов измерений во всех точках соединения, выявляют точки соединения, в которых величина защитного потенциала на трубопроводе ниже или выше установленного допустимого значения, проводят автоматическое перераспределение величин защитного потенциала на участках трубопровода, при этом автоматически повышают величину защитного потенциала до минимального установленного допустимого значения на выявленных участках с защитным потенциалом ниже допустимого и понижают величину защитного потенциала до минимально допустимого значения на выявленных участках с защитным потенциалом выше допустимого.
Повышение технологичности процесса контроля состояния трубопровода и процесса его защиты обеспечивается за счет нумерации всех точек дренажа, т.е., всех точек соединения трубопровода со станциями катодной защиты (СКЗ) и всех точек соединения трубопровода с контрольно-измерительными пунктами, за счет нумерации всех СКЗ и за счет введения этих номеров в программное обеспечение контроллеров станций катодной защиты и в программное обеспечение контроллера центра управления. СКЗ устанавливают вдоль защищаемого трубопровода через каждые 10 км, контрольно-измерительные пункты (КИПы) устанавливают над трубопроводом через каждые 500 метров. В местах пересечения трубопровода с эстакадами, железной дорогой, ЛЭП и т.д., КИПы устанавливают с двух сторон от препятствия. Введение номеров в программные обеспечения и СКЗ, и центра управления, позволяет отслеживать состояние качества изоляции трубопровода на всей его длине, в том числе, на участках, наиболее удаленных от станций катодной защиты, на которых падение защитного потенциала наиболее вероятно. Проведение постоянных измерений величины защитного потенциала, выходного напряжения и выходной силы тока во всех точках дренажа и передача информации о результатах измерений на контроллеры блоков управлений СКЗ и на контроллер центра управления позволяет создавать полную картину состояния защищаемого объекта по всей его длине в режиме реального времени, без потерь времени на выезды для снятия показаний со стоек мониторинга. Это в свою очередь позволяет с помощью программного обеспечения своевременно выявить участки, на которых произошло падение значений защитных параметров ниже допустимого предела и не допустить длительного воздействия коррозии на участок трубопровода с поврежденной изоляцией. Быстрое автоматическое повышение значения защитного потенциала на участках с защитным напряжением ниже допустимого за счет автоматического перераспределения защитного потенциала между участками трубопровода с помощью программного обеспечения позволяет снизить потери защитного тока и повысить эффективность работы системы защиты от коррозии. Повышение эффективности работы системы коррозионной защиты обеспечивается и за счет того, что при подключении участков трубопровода к станциям катодной защиты на каждом участке устанавливают минимальную допустимую для этого участка величину защитного потенциала. Минимальную допустимую величину защитного напряжения на каждом отдельном участке защищаемого трубопровода определяют исходя из габаритов трубопровода на данном участке, материала тела трубы, материала изоляции и параметров грунта. Возможность работы системы ЭХЗ на нижних допустимых значениях параметров защитного тока обеспечивается возможностью автоматического мониторинга защитных параметров, возможностью быстрой автоматической передачей данных, возможностью автоматического анализа состояния всех участков в совокупности, быстрым автоматическим перераспределением защитного потенциала между участками трубопровода. Данные возможности обеспечиваются использованием программного обеспечения блоков управления СКЗ и центра управления. Повышение эффективности происходит за счет снижения энергоемкости на каждом участке вдоль всей длины трубопровода. Снижение энергоемкости достигается за счет установки минимальных значений параметров защитного тока и в количественном выражении определяется разностью между средним значением защитного потенциала и его минимальным допустимым значением, выбранным для каждого участка. Таким образом, эффективность процесса антикоррозионной защиты повышается за счет улучшения его технологичности и за счет снижения энергоемкости.
На фигуре 1 схематично представлена система электрохимической коррозионной защиты одного из участков трубопровода.
На фигуре 2 представлено распределение защитного потенциала на участке трубопровода.
Система электрохимической коррозионной защиты участка трубопровода 6 содержит общий для всех участков центр управления 1 с контроллером и программным обеспечением, систему передачи данных 2, включающую линии связи или каналы передачи данных, станцию катодной защиты (СКЗ) 3, контрольно-измерительные пункты (КИП) 4, точки соединения 5 трубопровода 6 с СКЗ 3 и КИПами 4, так называемые точки дренажа. Система передачи данных 2 связывает между собой центр управления 1, СКЗ 3, КИПы 4.
Способ защиты от коррозии подземного трубопровода осуществляют следующим образом.
з.п
з.п
вых
з.п.
вых
вых
вых
вых
з.п.
з.п.
Всем СКЗ 3 и всем точкам соединения 5 присваивают индивидуальные номера. СКЗ 3 устанавливают вдоль защищаемого трубопровода через каждые 10 км, КИПы 4 устанавливают над трубопроводом через каждые 500 метров. В местах пересечения трубопровода с эстакадами, железной дорогой, ЛЭП и т.д., КИПы 4 устанавливают с двух сторон от препятствия. Номера всех СКЗ 3 и всех точек соединения 5 с трубопроводом 6 как от СКЗ 3, так и от КИПов 4 вводят в компьютерные программы, установленные в контроллере центра управления 1 и в контроллере каждой СКЗ 3. Программное обеспечение СКЗ 3 необходимо для измерения необходимых параметров, передачи полученных значений в центр управления 1, приема команд из центра управления 1, управления параметрами, необходимыми для электрохимической защиты трубопровода 6. Программное обеспечение центра управления 1 необходимо для приема информации о значениях измеряемых на СКЗ 3 параметров, проведения анализа полученных данных, формирования решения о корректировке значений параметров электрохимической защиты, передачи управляющих сигналов на СКЗ 3. Для участков трубопроводов, относящихся к каждой конкретной СКЗ 3 определяют допустимую силу тока и минимальное допустимое значение защитного потенциала. При определении допустимых значений параметров используют нормативные документы и учитывают диаметр и толщину стенки трубы, длину участка, защищаемого СКЗ 3, материал трубы и материал, и марку изоляции, параметры грунта, в котором располагается данный участок трубопровода 6. Основным параметром грунта является его удельное сопротивление. Концы защищаемых участков трубопровода от одной СКЗ перекрывают действием защиты на них от соседних СКЗ. Это делают для усиления защиты наиболее удаленных от СКЗ участков, т.к., известно, что на них происходит затухание защитного потенциала, подаваемого от СКЗ, вследствие потерь. Защитный потенциал затухает, во-первых, из-за сопротивления металла трубы. Чем дальше участок трубопровода находится от СКЗ 3, тем выше сопротивление трубы. Во-вторых, защитный потенциал затухает из-за сопротивления грунта, поскольку ток от заземлителя проходит разное расстояние до точки дренажа и до конца участка трубопровода одной СКЗ 3. На участки трубопровода от всех СКЗ 3, размещенных вдоль него, подают защитный ток в точках 5 его соединения с СКЗ 3. При этом устанавливают минимально допустимое значение защитного потенциала U, выбранное из диапазона значений, определенных как допустимые, для данного участка. Например, для участка трубопровода определен диапазон значений защитного напряжения в пределах от 0,86 до 1,5В. В обычной практике использования СКЗ на защищаемый объект подают среднее значение из этого диапазона -1,1В для. Это среднее значение выбирают для гарантированной защиты с учетом возможного падения потенциала на участке в случае повреждения изоляции трубопровода. В заявляемом же способе на защищаемый трубопровод подают защитный потенциал, имеющий минимально допустимое значение для этого участка U=0,86В. Так же устанавливают в точках соединения 5 трубопровода 6 с СКЗ 3 минимально допустимое значение выходной силы тока I для участка, соответствующего данной СКЗ 3. Из-за большого количества защищаемых участков на протяженном защищаемом трубопроводе 6 установка минимальных значений защитных параметров дает значительную экономию энергоресурсов. Далее в процессе работы системы электрохимической защиты трубопровода в режиме постоянного мониторинга в точках соединения 5 проводят измерения величин защитного потенциала U, выходного напряжения U и выходной силы тока I. Выходное напряжение U и выходную силу тока I. измеряют на самой станции СКЗ 3. На КИПах 4 получают два параметра измерений на участке - скорость коррозии и защитный потенциал U. Защитный потенциал U измеряют с помощью электрода сравнения ЭНЕС. Скорость коррозии измеряют с помощью датчика скорости коррозии, который расположен в земле вместе с ЭНЕС. Могут использовать датчик скорости коррозии любого типа, например блок пластин индикаторов БПИ.
з.п
з.п
При помощи средств телеметрии по линиям связи или по каналам передачи данных системы передачи данных 2 передают результаты измерений на контроллеры СКЗ 3 и на контроллер центра управления 1. С помощью программного обеспечения производят анализ полученных данных в блоке управления СКЗ 3 и в центре управления 1. Оценивают степень затухания защитного потенциала к концу каждого участка защищаемого трубопровода 6 каждой конкретной СКЗ. Анализируют данные, полученные в точках 5 дренажа СКЗ и в точках дренажа 5 КИПов, обращая особое внимание на концы защитных зон, смежные с соседними защищаемыми участками. Согласно алгоритму, частично основанному на Инструкции по контролю состояния изоляции законченных строительством участков трубопроводов катодной поляризацией ВСН 2-28-76, частично основанному на иных нормативных документах, сопоставляют полученные данные с данными по габаритам объекта, марки изоляции, параметрам грунта. С помощью программного обеспечения делают выводы о состоянии изоляционного покрытия участка, основываясь на выводах по вышеуказанному алгоритму и на основании сравнительного анализа защитного потенциала всех участков на всей длине трубопровода 6. Выявляют участки с резким падением значения величины защитного потенциала U, на которых могло произойти механическое повреждение изоляции трубопровода 6, изменение состояния грунта вследствие погодных изменении или технических работ и т.д. Выявляют участки, на которых значение величины защитного потенциала U выше допустимого диапазона значений, определенного для данного участка. На основании результатов проведенного анализа с помощью автоматической системы регулирования, элементы которой установлены в блоке управления СКЗ 3 и в центре управления 1, проводят автоматическое перераспределение величин защитного потенциала между участками трубопровода 6. На выявленных участках с резким падением защитного потенциала ниже определенного допустимого предела автоматически увеличивают значение Uз.п за счет перераспределения напряжения между участками, следя одновременно, за тем, что бы на соседних участках защитный потенциал Uз.п не выходил за установленный диапазон. На выявленных участках с защитным потенциалом выше допустимого понижают величину защитного потенциала до минимально допустимого значения Uз.п. Увеличение защитного потенциала на участках с поврежденной изоляцией является временным, позволяющим с минимальными затратами энергоресурсов защитить трубопровод 6 от необратимого разрушения до проведения ремонтных работ. Заявляемый способ сбора, обработки и использования полученных данных о качестве изоляции трубопровода 6 позволяет производить планирование работ по обследованию и планово-предупредительному ремонту защищаемого трубопровода 6.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность работы системы коррозионной защиты за счет повышения технологичности процессов контроля состояния трубопровода и его защиты, и за счет снижения энергоемкости процесса защиты трубопровода.