УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к электрохимзащите протяженных подземных сооружений, например, трубопроводов от коррозии.
Основными электрическими характеристиками протяженных гибких анодов, обеспечивающими их токооотдачу и работоспособность на значительном протяжении по трассе, являются волновое сопротивление и коэффициент токораспределения вдоль анода. Оба этих параметра контролируются, соответственно, поперечным, или переходным, и продольным сопротивлением анода. При этом увеличение переходного сопротивления одновременно ведет к негативному возрастанию волнового сопротивления и позитивному росту длины зоны защитного действия протяженного анода. В то же время снижение продольного сопротивления способствует снижению волнового сопротивления протяженного анода, но одновременно сокращает зону его защитного действия. Для сохранения работоспособности протяженных гибких анодов токовая нагрузка на них не должна превышать допустимого максимального предела, вызывающего деструкцию электродов. Снижение волнового сопротивления может вызвать нарушение этого требования.
Принимая во внимание всю сложность возможных кинетических изменений, которые могут происходить в процессе токоотдачи протяженных гибких анодов, можно говорить о необходимости управления этим процессом с тем, чтобы постоянно поддерживать его в оптимальном режиме. Для управления токоотдачей протяженных анодов необходимо обеспечить возможность доступного влияния на их продольное и переходное сопротивление. Обычным путем такое влияние осуществляется изначально конструктивно при изготовлении электродов протяженных гибких анодов. Для этого изменяют сечение центрального токоведущего провода или размещают вокруг него вторичный слой низкопроводящего материала, повышающий общее переходное поперечное сопротивление.
Прототипом является устройство для электрохимической защиты от коррозии протяженного подземного сооружения с дискретно распределенными вдоль него точками токосъема, содержащее трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом средней точки, соединенной с анодным заземлением в виде точечного электрода, каждый из крайних выводов вторичной обмотки трансформатора подключен, через соответствующую цепочку последовательно соединенных переменного резистора и вентильного элемента, к соответствующей точке токосъема защищаемого сооружения, при этом в каждой из указанных цепочек катод вентильного элемента подключен к соответствующему выводу вторичной обмотки трансформатора - SU 1040836 A1.
Предусмотренное в известном устройстве выполнение анодного заземления в виде точечного электрода не позволяет управлять формой поля защитного тока и его распределением вдоль защищаемого трубопровода. Причиной этих недостатков являются два фактора: несоизмеримо малые размеры анодного заземления по отношению к размерам защищаемого им участка трубопровода и случайный характер распределения повреждений изоляции трубопровода на этом участке.
Механизм работы первого фактора определяется тем, что удельное сопротивление грунта в месте размещения анодного заземления и его токоотдача являются константой, а удельное сопротивление вдоль защищаемого трубопровода в условиях токопотребления -величина переменная.
Механизм работы второго фактора определяется тем, что условия токопотребления, определяемые случайным расположением мест больших повреждений изоляции, находятся в противоречии с общей закономерностью токопотребления вдоль защищаемого участка трубопровода. В результате этого противоречия необходимая величина тока не доходит до конца защищаемого участка трубопровода и протяженность зоны защиты действующего средства защиты недопустимо сокращается.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является увеличение протяженности зоны защищаемого участка трубопровода путем обеспечения равномерности токопотребления на всем защищаемом участке за счет управления токоотдачей протяженных анодов катодной защиты и, как следствие, повышение срока службы электрохимзащиты.
Эта задача решена в устройстве электрохимзащиты, содержащем последовательно-параллельно соединенные источник постоянного тока и анодное заземление, подключенные к защищаемому сооружению, при этом анодное заземление выполнено в виде секционированного протяженного гибкого анода, каждая секция которого соединена с другой секцией через клеммник соответствующего контрольно-измерительного пункта, параллельно каждой секции с выявленной увеличенной токоотдачей через клеммник соответствующего контрольно-измерительного пункта подключены локальные электроды со скоростью анодного растворения не более 0,5 кг/А.год, а каждую секцию при выявлении дефекта защищаемого сооружения, изменяющего его защитный потенциал, заменяют на секцию, стабилизирующую коэффициент токораспределения вдоль анодного заземления.
Предлагаемое устройство позволяет осуществлять управление электрическими характеристиками в процессе эксплуатации трубопроводов или иных объектов после монтажа протяженного гибкого анода путем реконструкции на участках протяженного анодного заземления, требующейся по разным причинам - повышенная поврежденность изоляции защищаемого трубопровода, локальное снижение удельного сопротивления грунта и т.п.
На рисунке представлена схема устройства электрохимзащиты.
Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 постоянного тока и анодное заземление 2, подключенные к трубопроводу 3.
Анодное заземление 2 - токоотдающий электрод - выполнено в виде секционированного протяженного гибкого анода кабельного типа (Р, ЛР и др.) - на рисунке показаны две секции 4, 5 соединенные через клеммник 6 контрольно-измерительного пункта 7. Каждая секция при выявлении дефекта трубопровода 3, изменяющего ее защитный потенциал, может быть заменена на секцию, стабилизирующую коэффициент токораспределения вдоль анодного заземления 2. Параллельно секции 4 с увеличенной токоотдачей, наступающей при образовании дефекта трубопровода 3, через клеммник 6 контрольно-измерительного пункта 7 подключены локальные электроды 8, в качестве которых используются электроды со скоростью анодного растворения не более 0,5 кг/А.год (например, магнетитовые, медно-титановые с платиновым покрытием, аноды с покрытием из редкоземельных металлов и др.)
Секция 5 подключена к клеммникам 6 и 9 контрольно- измерительных пунктов 7 и 10; к клеммнику 9 контрольно - измерительного пункта 10 подключена следующая секция анодного заземления 2 (не показана). С помощью клеммников 6 и 9 осуществляется коммутация (соединение) секций 4 и 5 в единую продольную цепь.
Локальные малорастворимые электроды 8 обладают меньшей анодной растворимостью, чем секции 4 и 5 протяженного гибкого анода. Количество локальных малорастворимых электродов 8 определяется аналитическим расчетом так, чтобы доля тока, отдаваемого электродами 8, достаточно снижала токовую нагрузку ранее перегруженной, вследствие дефекта на трубопроводе 3, секции 4 участка протяженного гибкого анода, но в то же время не вызывала его недопустимую перегрузку.
Все расчеты и допустимые параметры при замене секций протяженного гибкого анода и локальных малорастворимых электродов регламентированы нормативным документом РД 153-39.4-039-99 - Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Производится коррозионная диагностика участка трубопровода 3 путем контроля его защитных потенциалов при работе источника 1 постоянного тока. Если в результате таких измерений установлено, что в изоляционном покрытии трубопровода 3 имеется значительный дефект, который забирает аномально большую долю тока защиты, то на таком участке трубопровода 3 выполняют замену секции, например, секции 4 анодного заземления 2 на новую секцию с повышенной величиной переходного сопротивления.
Одновременно на этом участке повышенной токоотдачи анодного заземления 2 вблизи защищаемого трубопровода 3 в грунте размещают группу локальных малорастворимых токоотдающих электродов 8, подключаемых через клеммник 6 контрольно-измерительного пункта 7 параллельно секции 4. После этого вновь повторяют контроль распределения защитных потенциалов вдоль трубопровода 3.
Физической основой данных операций реконструкции отдельных элементов анодного заземления всего устройства электрохимической защиты является параметр а, который управляет токооотдачей вдоль протяженного электрода анодного заземления. Параметр а представляет собой радикал отношения продольного сопротивления протяженного электрода к его переходному сопротивлению. Для увеличения протяженности зоны защитного действия анодного заземления необходимо снижать величину параметра а, а это может быть обеспечено как путем увеличения переходного сопротивления протяженного электрода, так и путем снижения его продольного сопротивления.
Если, несмотря на проведенную реконструкцию секции 3 анодного заземления, первоначальную протяженность зоны защитного действия восстановить не удалось, осуществляют второй этап реконструкции протяженного электрода, заменяя секцию 4, ближайшую к концу зоны защиты, на новую, имеющую необходимо меньшую величину продольного сопротивления, т.е. с повышенной проводимостью. Такая замена позволяет продлить зону требуемой для защиты трубопровода токоотдачи протяженного электрода, т.е. стабилизировать коэффициент токораспределения вдоль анодного заземления.
Протяженный электрод обеспечивает доставку необходимого тока до конца требуемой зоны защиты. Для этого на соответствующих его секциях, между смежными контрольно-измерительными пунктами, коммутируют продольно элементы с повышенным переходным сопротивлением или со сниженным продольным сопротивлением, что обеспечивает сохранение в пределах всего протяженного электрода требуемое значение коэффициента распространения тока защиты.
Таким образом, устройство электрохимзащиты представляет собой последовательно-параллельную коммутацию протяженного секционированного электрода и локальных малорастворимых электродов.
Параллельно коммутированные локальные малорастворимые электроды 8 обеспечивают долговременную сохранность анодного заземления за счет того, что их электрохимический эквивалент анодного растворения значительно ниже аналогичного параметра материала протяженного электрода и они могут сохранять работоспособность по токоотдаче в течение того же срока службы, что и протяженный электрод в условиях значительного увеличения токоотдачи через локальные электроды.
При этом нет необходимости проводить дополнительно работы по устранению самого дефекта изоляции защищаемого сооружения, так как дополнительный ток защиты, необходимый для поляризации места дефекта, поступает в него через локальные электроды 8 и реконструированнную секцию 4 протяженного электрода в соотношении, обратно попорциональном соотношению их переходных сопротивлений - повышенного у секции 4 и сниженного - у электродов 8 в соответствии с расчетной потребностью тока поляризации места дефекта изоляции.