СОСТАВНОЙ ГЛУБИННЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использована в качестве малорастворимых энергосберегающих анодных устройств (анодных заземлителей) для передачи постоянного тока по системе: станция катодной защиты (СКЗ)-провод токоввода-анодный заземлитель-земля-защищаемое сооружение.
Известно, что при катодной защите подземных металлических сооружений используются литые электроды анодных заземлителей с присоединенным проводом токоввода (см. а.с СССР №151 6510 от 15.10.1987 г., патенты РФ №54949 от 07.12.2005 г., №61291 от 17.07.2006 г. и др.)
Недостатком известных аналогов является то, что они преимущественно используются как подповерхностные, а при глубинном исполнении требуют применять сложное и дорогостоящее оборудование при соединении их в гирлянду и опускании в скважину.
Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемому является глубинный анодный заземлитель (см. патент РФ №9800441 C23F 13/00 опубликован 27.09.2010 г. бюл. №27), содержащий литой металлический электрод крестообразной формы, присоединенный к нему провод токоввода, пластмассовую муфту и сцепное устройство, упрощающее процесс сборки анодных заземлителей в гирлянду.
Недостатком известного анодного заземлителя является то, что из-за высокой нагрузки в местах соединения сцепного устройства с литым электродом, отсутствовала надежность крепления при изменении коэффициента трения, требовало применения контроля затяжки динамометрических ключом, в результате повышалось время сборки анодного заземлителя.
Кроме этого, при использовании известной полезной модели в процессе эксплуатации увеличивается сопротивление растекания электрического тока и происходит повышение переходного сопротивления электрод анодного заземлителя-грунт, что увеличивало расход электроэнергии и сокращало срок службы.
При работе анодных заземлителей происходит изменение прианодного слоя грунта из-за явлений электроосмоса и возникновения агрессивных продуктов растворения, а также уменьшение влажности и ухудшение электропроводности.
Для снижения сопротивления растекания, электропроводности прианодного пространства и скорости растворения материала составляющих анодного заземлителя используют ингибиторы, которые образуют положительный слой поверхностных диполей, способствующих уменьшению выхода электронов, и изменяют электролит прианодного пространства, взаимодействую с кислородом активных групп NO2, ОН и тд.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности соединения корпусов сцепного устройства с электродом анодного заземлителя, сокращение времени монтажа заземлителя, а также снижение сопротивления растекания, улучшение электропроводности приэлектродного пространства и замедление скорости анодного растворения.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в выполнении впадин на головной и хвостовой частях литого электрода, а также дополнительным ингибиторосодержащим элементом, что увеличивает срок службы глубинного анодного заземлителя, уменьшает время монтажа, переходное сопротивление электрод-грунт, а также сопротивление растеканию тока, что снижает расход электроэнергии при эксплуатации.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что ингибитор глубинного заземлителя, содержащий термостойкий водоудерживающий пластификатор и соль азотистой кислоты представляет собой смесь при следующем соотношении компонентов:
- термопластичный водоудерживающий пластификатор 0,5-25%
- соль азотистой кислоты-остальное
Предлагаемый состав ингибитора подобран опытным путем и позволяет достичь минимального сопротивления растекания тока, а также уменьшить электрическое сопротивление прианодного пространства и увеличить срок службы материала электрода анодного заземлителя.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - общий вид составного глубинного анодного заземлителя, состоящего из провода токоввода (1), верхнего (3) и нижнего (6) корпусов сцепного устройства, ферросилидового литого электрода (4), крепления сцепного устройства (7), впадин (8) на литом электроде и ингибиторосодержащих элементов (5).
Изобретательский замысел в техническом решении подсоединения корпусов сцепного устройства заключается в том, что крепежные элементы нижнего и верхнего сцепного устройства входят в специально-выполняемые на литом электроде впадины, боковые стенки которых, не позволяют передвижению электрода анодного заземлителя при увеличении нагрузки при сборке заземлителей в гирлянду, опускании их в скважину и при эксплуатации.
Благодаря этому отпала необходимость применения контроля соединения сцепного устройства динамометрическим ключом, что снизило себестоимость, трудоемкость сборки и повысило производительность операции сборки.
Дополнительное оборудование электрода анодного заземлителя, ингибиторосодержащими элементами, заполненными термостойким водоудерживающим пластификатором и солью азотистой кислоты, позволяет при эксплуатации образованию в прианодном пространстве электролита с высокой электропроводностью.
При фильтрации электролита в грунт за счет повышения электропроводности происходит существенное увеличение размеров токоотдающего объекта (электрода и прианодного пространства), что значительно снижает сопротивление растекания тока, расход электроэнергии при эксплуатации и скорость растворения электрода анодного заземлителя.
Кроме этого, водный раствор ингибитора, обладающего влагоудерживанием, намного задерживает время высыхания прианодного пространства, что приводит к снижению сопротивления растекания тока при работе заземлителя.
Заявляемая полезная модель может быть осуществлена с реализацией указанного назначения следующим образом: изготавливается электрод анодного заземлителя с впадинами, расположенными в местах присоединения корпусов сцепного устройства к электроду. Дополнительно прикрепляются хомутами элементы с ингибитором.
В смесители при постоянном перемешивании засыпаем соль азотистой кислоты и термостойкий водоудерживающий пластификатор. Затем получившуюся смесь (ингибитор) выпускают из смесителя в технологическую тару для засыпки ингибиторосодержащих элементов.
Испытание анодных заземлителей по предлагаемой полезной модели производили при максимальной нагрузке, а лабораторные испытания с применением ингибитора на макетах. Макет анодного заземлителя собирали в лабораторном стенде системы катодной защиты, заполненной грунтом с повышенной коррозионной активностью.
После сборки стенда с помощью источника тока через заземлитель пропускали анодный ток. Каждое значение анодного тока, рассчитанного на определенную плотность тока, постоянно определялось амперметром, а напряжение - вольтметром, скорость растворения и сопротивления растекания тока, определяем через 300 часов работы.
Переходное сопротивление электрод-грунт определяем по датчикам, установленным на расстоянии 10 мм от электрода.
В таблице 1 представлены сравнительные данные испытаний прототипа анодного заземлителя и предлагаемой полезной модели с впадинами и ингибиторосодержащими элементами.
Из сравнительных результатов испытаний видно, что у предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом отсутствует смещение корпусов сцепного устройства. При этом сокращается время монтажа сцепного устройства - до 40%.
Снижение переходного сопротивления более чем в 3 раза происходит благодаря дополнительного оборудования анодного заземлителя ингибиторосодержащих элементов, наполненных водоудерживающим термостойким пластификатором и солью азотистой кислоты.
3
При введении анодного ингибитора в прианодное пространство заземлителя происходит его затворение грунтовой водой, что способствует образованию электропроводного электролита из-за образования ионов гидроксония НО и ионов гидроксида ОН, обладающих аномально высокой подвижностью, что несомненно повышает электропроводность прианодного пространства и снижает переходное сопротивление.
При протекании тока катодной защиты, вблизи анодного заземлителя выделяется значительное количество тепла. При этом влага из прианодного пространства частично переходит в объем грунта, а частично испаряется. Результатом этого процесса является возрастание сопротивления растекания и снижается электропроводность прианодного пространства.
Термостойкий водоудерживающий пластификатор и совместно с солью азотистой кислоты способствуют адсорбировать влагу вокруг электрода заземлителя, что как мы видим из Таблицы 1, снизило сопротивление растекания.
Ингибитор заземлителя способствует образованию на электроде положительного слоя поверхностных диполей, уменьшающих энергию выхода электронов железа, изменяя фазовый состав поверхностного слоя металла и прианодного пространства. При этом происходит торможение анодного процесса растворения и снижение скорости износа металла электрода почти в два раза.
Составной глубинный анодный заземлитель работает следующим образом:
Анодный заземлитель полностью собирается на заводе из составных частей литого электрода с впадинами, сцепного устройства и ингибиторосодержащими элементами и с помощью монтажного пальца (2) собираются в гирлянду при опускании в скважину.
От катодной станции на провод токоввода (1), имеющего соединение с - основным электродом (4) подается постоянный ток необходимой величины, Проходя по основному электроду (4), креплениям сцепного устройства с электродом, корпусам сцепного устройства и ингибиторосодержащим элементам, ток равномерно распределяется в гирлянде анодных заземлителей по глубине и растекается через прианодное пространство по пластам грунта с натеканием на зазищаемые подземные сооружения.
Из уровня техники неизвестно техническое решение с заявляемой совокупностью существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, что подтверждает ее соответствие условиям патентоспособности-новизне.
Применение полезной модели позволит изготавливать глубинные анодные заземлители повышенной надежности и малыми затратами на сборку и монтаж, а также снизить сопротивление растеканию тока, повысить срок службы заземлителей, снизить электропроводность прианодного пространства и уменьшить расход электроэнергии при эксплуатации.
Описанные конструкция и методы, с помощью которых возможно осуществление составного глубинного анодного заземлителя с реализацией указанного назначения, подтверждает соответствие заявленной полезной модели условиям патентоспособности-промышленного применения.