Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений

Датчик скорости коррозии подземиых металлических сооружений
Полезная модель относится к области защиты от коррозии и может быть использована для определения скорости коррозии и эффективности защиты подземных металлических сооружений, а также для определения коррозионной активности грунта.
Известны два типа датчиков коррозии, с помощью которых определяется средняя скорость коррозии стали в грунте, в частности скорость коррозии подземных металлических сооружений, в том числе магистральных газопроводов. Первый тип представляет гибкую печатную плату на полиэтиленовой подложке. Чувствительным элементом служит полоска стальной фольги шириной 10мм, толщиной 0,1мм и общей длиной 7м. Во втором типе применяется чувствительный элемент в виде ленты из той же стальной фольги, но различной ширины, которая размещается на трубчатой поливинилхлоридной основе в виде однослойной обмотки, закрепленной лаком. С целью компенсации влияния температуры грунта на сопротивление чувствительного элемента датчика коррозии в последний встраивается стандартный термометр сопротивления. Средняя скорость коррозии чувствительного элемента датчика коррозии определяется по увеличению сопротивления чувствительного элемента, вследствие уменьшения его толщины, через определенные интервалы времени от момента начала контроля. (Ю.П.Михайловский, А.И.Маршаков, В.Э.Игнатенко, М.А.Петрушин, П.А.Петров, В.М.Буховцев. Контроль коррозионного состояния подземных трубопроводов с помощью резисторных датчиков. «Защита металлов, том 36, №6, с. 636 - 641, М., 2000).
Основными недостатками этих датчиков являются:
1) большие габаритные размеры;
2)эффект экранирования трубопровода от поля анодного заземления вследствие значительной площади чувствительного элемента, т.е. снижение эффективности катодной защиты в зоне установки датчика коррозии;
3)снижение величины защитного потенциала трубопровода в точке присоединения датчика коррозии к трубопроводу и в прилегающей области справа и слева, т.е. образование так называемой «воронки потенциала, вследствие значительной площади чувствительного элемента;
4)техническая сложность контроля скорости коррозии, так как стальной чувствительный элемент имеет малое удельное сопротивление и изменение сопротивления сопоставимо с погрешностью его измерения серийно выпускаемыми приборами;
5)зависимость сопротивления стального чувствительного элемента от температуры окружающей среды;
6)необходимость пересчета измеряемых величин сопротивления чувствительного элемента в скорость коррозии по формуле с двумя переменными величинами;
7)технологическая сложность изготовления датчика коррозии при изготовлении чувствительного элемента.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому датчику скорости коррозии является блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений, который принят за прототип. Блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений содержит не менее трех индикаторов скорости коррозии различной толщины ( 0,3мм; 0,4мм; 0,5мм) и шириной не более 2-х мм, присоединенных одним концом к контрольной (контактной) пластине. Индикаторы и контрольная пластина изготовлены из того же материала, что и подземные металлические сооружения (трубопроводы). Индикаторы расположены на расстоянии не менее 3-х мм друг от друга. К контрольной пластине и противоположным концам индикаторов присоединены контрольные проводники с указателями толщины индикаторов скорости коррозии. Внутренняя поверхность
индикаторов скорости коррозии изолирована антикоррозионным покрытием. Блок индикаторов скорости коррозии и контрольная пластина вмонтированы в диэлектрический корпус. Контрольная пластина присоединена к подземному металлическому сооружению (трубопроводу). Путем периодического измерения электропроводимости цепи между трубопроводом и каждым из индикаторов скорости коррозии определяется момент разрушения индикаторов (патент РФ №2161789, кл.О 01 N17/00, 27/30, 2001г. «Блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений).
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, следующие.
Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений содержит диэлектрический корпус с вмонтированной в него контактной пластиной. К контактной пластине присоединены концами единичные индикаторы, изготовленные из того же материала, что и подземные сооружения. Другие концы единичных индикаторов закреплены в противоположной стороне корпуса. К единичным индикаторам и к контактной пластине присоединены одним концом контрольные проводники. Па других концах контрольных проводников расположены указатели единичных индикаторов.
В отличие от прототипа диэлектрический корпус датчика скорости коррозии подземных металлических сооружений выполнен в виде рамки. Единичные индикаторы расположены в окне рамки и выполнены из проволоки. Каждый единичный индикатор имеет определенный расчетный диаметр, обеспечивающий заданное время работы от момента установки его в грунт до полного разрушения под воздействием почвенной коррозии.
Причины, препятствующие получению требуемого технического результата при использовании прототипа, следующие:
расчетные соотношения по связи моментов разрушения единичных индикаторов и скорости коррозии подземных металлических сооружений. Это препятствует практическому использованию прототипа;
2)несоответствие скорости коррозионных процессов на подземном металлическом сооружении (трубопроводе) и каждом единичном индикаторе вследствие дополнительной коррозии единичных индикаторов с неизолированных торцевых сторон, приводящих к более ускоренному разрушению индикаторов. Это искажает контролируемую величину скорости коррозии;
3)влияние микронеоднородности грунта, прилегающего к единичным индикаторам и подземному металлическому сооружению, на скорость их коррозии, так как диэлектрический корпус выполнен сплошным и разделяет грунт. Под воздействием электрохимических процессов в грунте, в том числе вызванных защитным током при катодной защите, он приобретает с течением времени химическую микронеоднородность. Это приводит к искажению контролируемой величины скорости коррозии;
4)технологическая сложность изготовления единичных индикаторов, так как единичные индикаторы изготавливаются из длинных и тонких металлических полосок шириной не более 2мм.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные выше недостатки и получить технический результат от создания датчика скорости коррозии - повышение достоверности и надежности диагностики коррозионного состояния наружной поверхности подземного металлического сооружения (трубопровода) при наличии электрохимической (катодной) защиты и при ее отсутствии, коррозионной активности грунта в месте установки датчика скорости коррозии, повышение технологичности изготовления датчика скорости коррозии в серийном производстве.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, достигается следующим образом.
Диэлектрический корпус датчика скорости коррозии подземных металлических сооружений выполнен в виде рамки. В окне рамки расположены единичные индикаторы, которые выполнены из проволоки. Каждый единичный индикатор имеет определенный расчетный диаметр, обеспечивающий заданное время работы от момента установки его в грунт до полного разрушения под воздействием почвенной коррозии.
Существенные признаки заявляемой полезной модели следующие.
Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений содержит диэлектрический корпус с вмонтированной в него контактной пластиной. К контактной пластине присоединены одним концом единичные индикаторы из того же материала, что и подземные металлические сооружения, а другие концы этих индикаторов закреплены в противоположной стороне корпуса. К единичным индикаторам и к контактной пластине присоединены одним концом контрольные проводники, на других концах которых расположены указатели единичных индикаторов.
Диэлектрический корпус выполнен в виде рамки. Единичные индикаторы расположены в окне рамки и выполнены из проволоки. Каждый единичный индикатор имеет определенный расчетный диаметр, обеспечивающий заданное время работы от момента установки его в грунт до полного разрушения под воздействием почвенной коррозии.
Выполнение диэлектрического корпуса в виде рамки позволяет не разделять механически грунт при погружении в него датчика скорости коррозии подземных металлических сооружений. Грунт однороден с обеих сторон корпуса. Поэтому скорость коррозии единичных индикаторов, изготовленных из проволоки, и подземных металлических сооружений одинакова. Таким образом повышается достоверность результатов контроля
(///
коррозии и их надежность. Единичные индикаторы в заявляемой полезной модели выполнены из серийно выпускаемой проволоки.
Это улучшает технологичность изготовления индикаторов, так как используется серийно выпускаемая проволока. Скорость коррозии проволоки одинакова со всех сторон. Это влияет на стабильность работы единичных индикаторов, повышает достоверность и надежность диагностики коррозионной активности грунта в месте установки датчика скорости коррозии подземных металлических сооружений.
Единичные индикаторы расположены в окне рамки. Прилегающий к ним грунт все время однороден. Это приводит к стабильности работы датчиков скорости коррозии подземных металлических сооружений от момента установки единичных индикаторов в грунт до полного разрушения под воздействием почвенной коррозии.
Определенный расчетный диаметр каждого единичного индикатора позволяет однозначно расчитать скорость коррозии единичного индикатора, что повышает достоверность и надежность диагностики коррозионного состояния наружной поверхности подземного металлического сооружения (трубопровода).
Суш;ность полезной модели поясняется чертежом.
Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений состоит из диэлектрического корпуса 1 с вмонтированной контактной пластиной 2. Единичные индикаторы скорости коррозии 3 закреплены одним концом каждый к контактной пластине 2, а вторым концом - в противоположной стороне корпуса и присоединены к контрольным проводникам 4. На чертеже для примера показаны три единичных индикатора скорости коррозии диаметром 0,5мм; 0,75мм; 1,0 мм. Единичные индикаторы 3 выполнены из отрезков проволоки того же материала, что и подземные металлические сооружения (трубопроводы). Минимальное расстояние между единичными индикаторами выбирается таким, чтобы исключить взаимный электрический контакт двух соседних единичных
индикаторов. Вблизи вторых концов контрольных проводников 4 расположены указатели 5 с нанесенной маркировкой контактной пластины 2 и порядковых номеров или диаметров единичных индикаторов 3. Маркировка единичных индикаторов 3 и контактной пластины 2 может быть также выполнена применением контрольных проводников 4 определенных цветов, однозначно соответствующих диаметрам единичных индикаторов 3 и контактной пластине 2.
Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений устанавливается в грунт вблизи, либо на поверхности подземного металлического сооружения (трубопровода). Путем периодического измерения электропроводимости цепи между контрольным проводником 4, присоединенным к контактной пластине 2 и контрольными проводниками 4, присоединенными к каждому единичному индикатору 3, определяется момент разрушения каждого из единичных индикаторов. Расчетным путем определяется скорость коррозии соответствующего единичного индикатора 3, а, следовательно, и подземного металлического сооружения (трубопровода) в месте установки датчика скорости коррозии, из соотношения: где: К - скорость коррозии, мм/год;
d - диаметр единичного индикатора, мм;
At - время от установки до разрушения единичного индикатора, лет.
Датчик скорости коррозии может быть установлен в грунт вне связи с подземным металлическим сооружением, для определения коррозионной активности грунта. Скорость коррозии единичных индикаторов датчика при этом определяется расчетным путем согласно вышеуказанному соотношению.
Пример расчета диаметра единичного индикатора.
Задаем время работы от момента установки единичного индикатора в грунт до полного его разрушения (At) равным одному году, а скорость коррозии в месте установки его в грунт (К) 1 мм/год. Из соотношения по расчету скорости коррозии d Kx2At. Следовательно, ё 1х2х1 2мм.
К  d/2At,
Пример расчета скорости коррозии.
Определим скорость коррозии подземного металлического сооружения в месте установки в грунт датчика скорости коррозии, изображенного на чертеже. Диаметры единичных индикаторов (d) составляют: ,5мм; ,75MM; ,0мм. Задаем время работы от момента установки датчика скорости коррозии с единичными индикаторами в грунт до полного разрушения каждого из них (At), равное: А11 6месяцев (0,5 года); Д12 9месяцев (0,75 года); А1з 12месяцев (1год). Из соотношения по расчету скорости коррозии определим скорость коррозии (К) за три периода времени: ,5/2хО,,5мм/год; ,75/2хО,,5мм/год; Кз 1/2х1 0,5мм/год, В данном примере скорость коррозии постоянна в течение одного года.