БЛОК КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ

Полезная модель относится к системам электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии, в частности, к блокам контроля тока анодного заземления, используемого в системе электрохимической защиты металлических, трубопроводов, промплощадок компрессорных станций (КС), газораспределительных станций (ГРС) и других объектах.
Проектирование систем электрохимической защиты металлических сооружений, в частности, трубопроводов, расположенных в земле, соответствует требованиям ГОСТ Р 51164, СТО Газпром 2-3.5-047-2006 «Инструкция по расчету и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных трубопроводов».
В состав системы электрохимической защиты (ЭХЗ) магистральных трубопроводов от коррозии входят:
станции катодной защиты (СКЗ), диагностические пункты контроля и коррозионного мониторинга, анодные заземлители, анодные и дренажные линии, воздушные линии электропередач, трансформаторные подстанции.
Принцип действия СКЗ заключается в подаче на трубопровод искусственно отрицательного (катодного) потенциала, а на электрод (жертвенный анодный заземлитель) положительного потенциала, в результате происходит катодный процесс, при котором электрод разрушается, а трубопровод отрицательно поляризуется. В зависимости от электрохимической активности грунтов, состояния защитного покрытия станции катодной защиты устанавливают на расстоянии 5-15 км друг от друга.
Контрольно-измерительные пункты (КИП) размещают, в основном:
на каждом километре (не реже чем через 500 м при пересечении трубопроводом зоны действия блуждающих токов или грунтов с высокой коррозионной агрессивностью);
у пересечения трубопроводов с другими металлическими сооружениями;
в местах изменения направления (углов поворота) магистрального газопровода;
в местах максимального сближения магистрального газопровода с анодным заземлением и, предпочтительно, изготавливают (см. ТУ 3435-001-09890805-2012) в виде корпусных изделий на основе полимерных материалов, внутри которых размещают панели для подключения силового и контрольно-измерительного оборудования в комплектации со следующими устройствами:
блоком совместной защиты (БСЗ) - предназначенным для организации совместной электрохимической защиты двух и более подземных сооружений, расположенных в непосредственной близости друг от друга (пересекающиеся или параллельные ветви подземных коммуникаций) и устранения вредного влияния соседних коммуникаций путем регулирования защитного тока сооружения. БСЗ может поставляться в различных модификациях, отличающихся способами регулирования защитного тока: резисторные и электронные и количеством каналов регулирования от 1 до 4;
блоком защитного заземления (БЗЗ) - предназначенным для защиты подземных сооружений от коррозионного влияния электромагнитных полей ЛЭП, расположенных рядом и/или пересекающих защищаемое сооружение, а также для организации грозозащиты;
блоком контроля и измерения токов анодного заземления (БКАЗ) -предназначенным для коммутации и контроля работоспособности электродов анодного заземления путем включения блока в электрические цепи электродов и магистрального кабеля постоянного тока от станции катодной защиты.
Блоки контроля токов анодного заземления и протекторов применяются в системах ЭХЗ протяженных подземных металлических объектов (трубопроводов) от коррозии и предназначены для определения распределения и контроля защитных токов электрохимической защиты. Погруженные в электролитическую среду (грунт), подключенные к положительному полюсу источника постоянного тока электроды анодного заземления, предпочтительно, выполняют из малорастворимых материалов: углеродосодержащих, магнетита или высококремнистого чугуна.
Технические параметры используемых материалов для изготовления электродов анодного заземления, габаритные параметры заземлителей, глубина их заложения в грунт и проводимость грунта определяют величину растекания тока каждым электродом заземлителя, контроль за которым позволяет формировать выходные сигналы управления по допустимому току и напряжению на соответствующем канале подсоединения линии анодного заземления со станцией катодной защиты, что обеспечивает объективный контроль, надежность и эффективность электрохимической защиты металлических трубопроводов.
Контрольно-измерительный пункт с блоком контроля и измерения величины тока, протекающего в цепи анодного заземления, протекторов и электрических перемычек размещают в местах установки анодного заземления для контроля тока каждого электрода.
Известен блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии, содержащий контактно соединенные с панелью блока вывод магистрального кабеля постоянного тока от станции катодной защиты, выводы токопроводов электродов анодного заземления, имеющих измерительные шунты постоянного сопротивления, которые электрически параллельно соединены с магистральным кабелем для равнозначного распределения тока к каждому шунту и имеют выводы к контактам измерительной зоны (см. серийно выпускаемую товарную продукцию КАЗ-М, согласно ТУ 4318-002-87598003-2010 (Сертификат соответствия NPOCCRU. АГ66.Н06983. КИП.ПВЕК с КАЗ-М), производитель компания ООО «Технопром», выпускающая оборудование для систем электрохимической защиты, мониторинга от коррозии трубопроводов нефтегазового комплекса, сайт www.technoprom. (раздел поддержка - патенты и сертификаты). Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели (см. Приложение 1 на 3 л.).
При реализации данного технического решения обеспечивают контроль тока каждого электрода анодного заземления, что характеризует состояние работоспособности (износа) электрода, гарантирующего качество технологического процесса электрохимической защиты трубопроводов. Наличие информации об изменении во времени тока электрода анодного заземления позволяет оценить скорость его растворения и своевременно осуществить необходимый ремонт, что повышает работоспособность и надежность системы электрохимической защиты.
Вместе с тем, используемая при реализации данного технического решения контактная система измерительной зоны имеет ряд последовательно расположенных, соединенных с панелью блока, контактов- по два контакта для каждого измерительного шунта, один из которых электрически связан с токопроводом соответствующего электрода, а другой с выводом магистрального кабеля, что обеспечивает контроль за информацией о электрическом состоянии каждого электрода при осуществлении следующих операционных действий:
измерение напряжения на каждом шунте соответствующего электрода с использованием переносного вольтметра путем соответствующих инструментальных манипуляций с клеммно-контактной системой;
операционное определение величины тока в соответствующем канале измерения по расчетной формуле.
В результате процесс оперативного обслуживания контрольно-измерительного оборудования КАЗ-М имеет значительную трудоемкость, низкую производительность, что особенно существенно при эксплуатации КИП с указанным оборудованием в сложных природно-климатических условиях.
Кроме того, выводы магистрального кабеля, кабелей измерительных шунтов расположены с лицевой стороны панели блока в зоне оперативного контроля и измерения параметров анодного заземления, что снижает безопасность обслуживания и значительно усложняет работу оператора.
В целом, указанные недостатки ухудшают условия обслуживания и усложняют эксплуатацию контрольно- измерительных пунктов, оснащенных блоками контроля и измерения тока анодного заземления.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в улучшении удобства обслуживания блоков контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии и в целом в повышении надежности контроля и измерения с визуализацией названных параметров при эксплуатации контрольно- измерительных пунктов.
Для решения поставленного технического результата предлагается блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии, содержащий контактно соединенные с панелью блока вывод магистрального кабеля постоянного тока от станции катодной защиты, выводы токопроводов электродов анодного заземления, имеющих измерительные шунты постоянного сопротивления, которые электрически параллельно соединены с магистральным кабелем для равнозначного распределения тока на каждый шунт и имеют выводы к контактам измерительной зоны, при этом блок снабжен установленными на его панели цифровым амперметром и многоканальным галетным переключателем, с контактами платы статорной части которого соединены выводы измерительных шунтов, один из выводов амперметра, другой вывод которого электрически подсоединен к выводу магистрального кабеля, при этом контакт платы статорной части, соединенный с выводом амперметра контактно связан с ротором переключателя, поворотная ручка управления роторной системы переключателя, табло амперметра и контакты подсоединения к панели вывода магистрального кабеля, выводов токопроводов расположены с лицевой стороны панели блока, а статорная часть и роторная система переключателя, измерительные шунты, их электрические связи расположены с противолежащей стороны панели блока.
Согласно полезной модели панель имеет от 1-8 каналов измерения тока анодного заземления.
При анализе известного уровня техники не выявлены технические решения, имеющие аналогичную совокупность признаков заявляемому техническому решению, что свидетельствует о соответствии его критериям полезной модели «новизна» и «промышленная применимость».
При реализации полезной модели обеспечивается создание удобного в обслуживании блока контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии, использование которого повышает надежность контроля и измерения названных параметров при эксплуатации контрольно-измерительных пунктов, что подтверждается нижеприведенным описанием.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на:
рис. 1 показана электрическая схема блока контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии (вариант исполнения блока с восьмью каналами измерения тока анодного заземления).
рис. 2 показана лицевая сторона панели блока контроля и измерения тока анодного заземления (вариант исполнения блока с четырьмя каналами измерения тока анодного заземления).
Рис. 3 тоже, что на рис. 2 - тыльная сторона панели блока контроля и измерения тока анодного заземления.
Блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии содержит панель 1 с контактами 2 и 3 для подсоединения соответственно вывода магистрального кабеля 4 постоянного тока от станции катодной защиты, выводов токопроводов 5 электродов анодного заземления, имеющих измерительные шунты 6, 7 постоянного сопротивления, которые электрически параллельно соединены с выводом магистрального кабеля 4 для равнозначного распределения тока на каждый шунт и имеют выводы к контактам измерительной зоны. Блок снабжен установленными на панели 1 цифровым амперметром 8 и многоканальным галетным переключателем 9. Многоканальные галетные переключатели используют для коммутации электрических цепей постоянного тока, а также переменного тока низкой и высокой частоты, конструктивное исполнение которых традиционно основано на наличии галет основания и узла управления. Галета состоит из неподвижной части - статора и подвижной - ротора с ручкой управления. На роторе закреплена переключающая пластина с одним выступом 10 для взаимодействия с контактами платы статорной части переключателя. Для реализации полезной модели, в частности, был использован однорядный галетный переключатель товарная продукция ПГК-3П3Н (см. www.eandc.ru/catalog).
С контактами 11 платы 12 статорной части электрически соединены с выводы 13, 14, 15, 16 измерительных шунтов 6, 7 вывод 17 амперметра 8, другой вывод 18 которого электрически подсоединен к выводу магистрального кабеля, при этом вывод 17 электрически контактно связан с ротором 19 переключателя. Поворотная ручка управления 20 роторной системы переключателя, табло 21 амперметра 8 и контакты подсоединения к панели 1 вывода магистрального кабеля, выводов токопроводов расположены с лицевой стороны панели блока, а статорная часть, роторная система переключателя, измерительные шунты, их электрические связи расположены с противолежащей стороны панели блока.
Панель имеет от 1-8 каналов измерения тока анодного заземления, что оптимально по условиям конструктивно-технологического размещения на названной панели соответствующего количества выводов токопроводов электродов и с учетом размещения блока контроля и измерения тока анодного заземления в контрольно-измерительном пункте (КИП). Наличие в панели 1 блока контроля и измерения тока анодного заземления названного количества выводов токопроводов с измерительными шунтами определило и наиболее оптимальный для реализации полезной модели выбор однорядного галетного переключателя.
При описании конструктивного исполнения блока контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты - металлических трубопроводов от коррозии рассмотрен вариант его исполнения с четырьмя каналами измерения тока анодного заземления в соответствии с рис. 2 и 3.
Блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии, размещаемые в контрольно-измерительном пункте (КИП), предпочтительно, используют в системе анодного заземления, имеющих несколько рабочих электродов (заземлителей), количество которых определяют с учетом таких факторов как: сила тока катодной установки (СКЗ); свойства грунта в месте размещения заземления (удельное сопротивление грунта, влажность, глубина промерзания); схема расположения защищаемых объектов и других подземных металлических сооружений вблизи размещения анодного заземления; технические характеристики материала электродов для анодного заземления. При реализации полезной модели обеспечивается возможность контроля и измерения тока при наличии в исследуемой системе анодного заземления не более восьми электродов, что объясняется условиями конструктивно-технологического исполнения панели блока контроля и измерения тока анодного заземления для контрольно-измерительного пункта (КИП).
Съем информации о рабочем состоянии электродов анодного заземления оценивают путем измерения силы и индикации тока при постоянном мониторинге каждого электрода путем использования для этих целей блока контроля и измерения тока анодного заземления с галетным переключателем.