АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ И УДАЛЕННОГО КОРРОЗИОННОГО МОНИТОРИНГА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ И ТЕПЛОРЕГУЛИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к электрохимической защите от коррозии, предназначена для работы в составе системы коррозионного мониторинга и обеспечения катодной защиты, проведения удаленного коррозионного мониторинга стальных магистральных трубопроводов и подземных металлических сооружений, в условиях отсутствия доступа к внешним источникам электроснабжения или в условиях их низкой надежности, использующая газ, транспортируемый по магистральным трубопроводам, в качестве топлива.
Известна система электрохимической защиты, удаленного коррозионного и экологического мониторинга [Патент РФ №63808, МПК C23F 13/22, 2007 год], представляющая собой устройство коррозионного мониторинга, включающее в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, блок совместной защиты, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты по числу трубопроводов, осуществляющие сбор данных с датчиков поляризационного потенциала, датчиков скорости коррозии, датчиков наводороживания, электродов сравнения, блок управления, обрабатывающий информацию с блоков измерения и сигнализации, блок связи для передачи данных и дистанционного управления, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию с блока управления на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, а также блок экологического мониторинга, в состав которого входят датчики парниковых газов, датчики влажности, температуры и а тмосферного давления. Недостатком данного устройства является невозможность его использования в местах отсутствия внешних источников энергоснабжения.
Наиболее близким техническим решением является автономная установка катодной защиты и удаленного коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов и подземных металлических сооружений [Патент РФ №120421, МПК C23F 13/22, 2012 год], содержащая устройство коррозионного мониторинга, глубинный анодный заземлитель, блок совместной защиты, протяженные анодные заземлители, расположенные вдоль каждого трубопровода, блоки измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты по числу трубопроводов, блок управления, блок передачи данных и дистанционного управления, имеющий антенну, причем устройство коррозионного мониторинга, блок управления, а также блок передачи данных и дистанционного управления размещены в модульном каркасном контейнере, содержащем электрогенераторную установку, аппаратуру теплорегулирования, устройство подготовки газа, датчики контроля безопасности эксплуатации установки. Электрогенераторная установка в качестве топлива использует природный газ магистрального трубопровода.
Недостатком прототипа являются эксплуатационные затраты, связанные с проведением частого регламентного обслуживания электрогенераторной установки и затраты связанные с заменой электрогенераторной установки вследствие ее значительного износа, обусловленного непрерывной работой электрогенераторной установки в составе автономной установки катодной защиты.
В основу полезной модели положена задача усовершенствования системы энергоснабжения и теплорегулирования автономной установки катодной защиты, с целью продления срока службы электрогенераторной установки, что обеспечит повышение срока автономной работы установки катодной защиты в целом и, в свою очередь, значительное снижение эксплуатационных затрат на обслуживание.
Поставленная задача достигается тем, что автономная установка катодной защиты и удаленного коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов включает в себя: модульный каркасный контейнер, содержащий устройство коррозионного мониторинга, внешне подключаемое к трубопроводам через блок совместной защиты, к глубинному анодному заземлителю, протяженным анодным заземлителям, расположенным вдоль трубопроводов, блокам измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты трубопроводов; блок управления, блок передачи данных и дистанционного управления, имеющий антенну; электрогенераторную установку, использующую природный газ магистрального трубопровода в качестве топлива, подключаемую к газопроводу через устройство подготовки газа, аппаратуру теплорегулирования, блок датчиков контроля безопасности эксплуатации установки. Электрогенераторная установка и аппаратура теплорегулирования образуют интеллектуальную систему энергоснабжения и теплорегулирования, дополнительно включающую комплект аккумуляторных батарей, нагрузочный элемент, коммутируемые с электрогенераторной установкой через модуль управления электрогенераторной установкой, подключаемой к устройству учета и распределения электроэнергии, имеющему возможность для подключения дополнительных источников энергоснабжения и дополнительных электропотребителей, а аппаратура теплорегулирования дополнительно включает газовый водонагреватель, подключаемый к газопроводу через устройство подготовки газа. Согласованную работу всех устройств, входящих в состав установки, обеспечивает блок управления.
Комплекс данных устройств позволяет обеспечить периодический режим работы электрогенераторной установки и тем самым продлить срок службы и межсервисного интервала автономной установки катодной защиты в целом.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Автономная установка катодной защиты и удаленного коррозионного мониторинга включает в себя модульный каркасный контейнер 1, содержащий устройство коррозионного мониторинга 2, внешне подключаемое к глубинному анодному заземлителю 3, к трубопроводам через блок совместной защиты 4, протяженным анодным заземлителям 5, расположенным вдоль трубопроводов 6, блокам измерения и сигнализации параметров электрохимической защиты 7 трубопроводов, осуществляющие сбор данных с датчиков поляризационного потенциала 8, датчиков скорости коррозии 9, датчиков наводороживания 10, электродов сравнения 11 и др.; блок управления с модулем передачи данных и дистанционного управления 12, имеющий антенну 13; блок датчиков контроля безопасности эксплуатации установки 14, включающий датчик утечки топливного газа 15, датчики пожарной сигнализации 16, датчики охранной сигнализации 17 и др.; интеллектуальную систему энергоснабжения и теплорегулирования 18, включающую электрогенераторную установку 19, модуль управления электрогенераторной установкой 20, комплект аккумуляторных батарей 21, устройство учета и распределения электроэнергии 22, аппаратуру теплорегулирования 23, в состав которой входит газовый водонагреватель 24; нагрузочный элемент 25, предназначенный для стабилизации нагрузки электрогенераторной установки 19, подключаемый через модуль управления 20. Газоснабжение осуществляется от магистрального газопровода 6 с использованием устройства подготовки газа 26, размещаемого в (или вне) модульного каркасного контейнера 1. В качестве резервного источника питания к устройству учета и распределения энергии 22 может быть подключены резервная электрогенераторная установка 27 или линия электропередач 28, которая в свою очередь может быть основным или резервным источником энергоснабжения. Кроме того, в устройстве учета и распределения электроэнергии 22 предусмотрена возможность подключения дополнительных потребителей электроэнергии 29 для снабжения электротехнических устройств, размещаемых в модульном каркасном контейнере 1 и внешних энергопотребителей 30. Комплекс оборудования и алгоритм работы устройств обеспечивают универсальность применения и высокую надежность энергоснабжения устройства коррозионного мониторинга, средств связи, дополнительного электрооборудования, входящих в состав автономной установки катодной защиты.
Модульный каркасный контейнер 1 выполнен в виде прямоугольного цельнометаллического сварного корпуса с собственным силовым каркасом, воспринимающим нагрузки при транспортировании. Снаружи обшивка стен выполнена из стального оцинкованного профилированного листа с порошковой окраской или полимерным покрытием, образующим ударопрочную антикоррозионную поверхность. Внутреннее пространство разделено перегородками по крайней мере на 4 функциональных отсека, снабженных отдельными входами: отсек интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования, отсек электрооборудования, отсек для размещения внешнего тепловентилятора и отсек, в котором может быть размещено устройство подготовки газа 26. В случае внешнего размещения устройства подготовки газа или при его отсутствии, отсек может использоваться для хранения инструмента и запчастей.
Устройство подготовки газа 26 обеспечивает понижение давления топливного газа от рабочего давления в газопроводе 6 до требуемого давления газа, подаваемого на электрогенераторную установку 19 и газовый водонагреватель 24, осуществляет фильтрацию газа, а также обеспечивает подачу газа необходимого для устройств рас хода. Устройство πодготовки газа имеет отсечные запорные регулируемые клапаны, обеспечивающие безопасное отключение подачи газа в аварийной или нештатной ситуации, а также оснащено датчиками давления газа на входе и выходе устройства, датчиками расхода и температуры газа. В местах размещения автономной установки катодной защиты, имеющих доступ к уже подготовленному топливному газу, устройство подготовки газа может быть выведено из состава установки.
Интеллектуальная система энергоснабжения и теплорегулирования 18, размещенная в модульном каркасном контейнере 1 предназначена для обеспечения бесперебойного энергоснабжения электротехнических устройств и поддержания температурного режима внутреннего объема модульного каркасного контейнера в рабочем диапазоне.
Установка работает следующим образом. В автономном режиме работы первоначальное энергоснабжение осуществляется от комплекта аккумуляторных батарей высокой емкости 21, управляемые модулем управления электрогенераторной установкой 20. Распределение электроэнергии между потребителями обеспечивается устройством учета и распределения электроэнергии 22. В холодный период года в этом режиме газовый водонагреватель 24 обеспечивает нагрев рабочей жидкости контура системы теплорегулирования. Распределение тепла и поддержание температуры воздуха в рабочем диапазоне обеспечивается аппаратурой теплорегулирования 23, содержащей трубную арматуру, жидкостные радиаторы, внешний тепловентилятор, осевые настенные вентиляторы и датчики контроля температуры рабочей жидкости и воздуха в помещении. Часть тепловой энергии передается на устройство подготовки газа 26 в целях предотвращения замерзания аппаратуры в процессе редуцирования газа. При превышении температуры заданного предела, отвод излишней тепловой энергии обеспечивается внешним тепловенилятором - утилизатором тепла. Воздухообмен в помещении обеспечивается настенными осевыми вентиляторами.
При критическом уровне заряда аккумуляторных батарей модуль управления 20 обеспечивает автоматический запуск электрогенераторной установки 19, использующей газ магистрального газопровода 6, после устройства подготовки газа 26 в качестве топлива. При этом часть вырабатываемой электроэнергии поступает через модуль управления 20 на подзаряд аккумуляторных батарей 21.
Помимо выработки электроэнергии, электрогенераторная установка 19 в процессе работы обеспечивает выработку значительной тепловой энергии, которая используется для нагрева рабочей жидкости контура системы теплорегулирования, объединенного с контуром охлаждения электрогенераторной установки. В этом случае дополнительный нагрев рабочей жидкости не требуется, и газовый водонагреватель 24 отключается блоком управления.
Для работы электрогенераторной установки любого типа необходимо обеспечить постоянную электрическую нагрузку, рассчитанную на мощность применяемого генератора. С целью поддержания постоянной нагрузки в систему энергоснабжения введен нагрузочный элемент 25, на который происходит сброс избыточной генерируемой электрической мощности.
После полной зарядки аккумуляторных батарей 21 модуль управления 20 отключает электрогенераторную установку 19 и снабжение электроэнергией происходит от комплекта аккумуляторных батарей 21.
В качестве резервирования системы энергоснабжения, к устройству учета и распределения электроэнергии 22 может подключаться резервная электрогенераторная установка 27.
В зависимости от требований проекта к устройству учета и распределения электроэнергии 22 может подключаться дополнительные потребители электроэнергии 29, размещаемые в модульном каркасном контейнере 1 и внешние энергопотребители 30.
Автономная установка катодной защиты может устанавливаться в местах, где обеспечен доступ к центральным линиям электропередач (ЛЭП) 28. В этом случае возможен режим работы установки с использованием ЛЭП в качестве резервного или основного источника энергоснабжения, при котором интеллектуальная система энергоснабжения и теплорегулирования выступает в качестве резерва. Согласованную работу устройств системы энергоснабжения обеспечивает блок управления 12.
Устройство коррозионного мониторинга 2 в составе автономной установки катодной защиты осуществляет электрохимическую защиту с дистанционным контролем и регулированием параметров катодной защиты подземного трубопровода и других объектов нефтегазового комплекса. Устройство имеет не менее одного канала формирования защитного тока. Каждый канал состоит из основного и резервного модулей силовых преобразователей.
Одновременная электрохимическая защита нескольких нитей трубопроводов при их компактном расположении на ограниченной территории осуществляется через блок совместной защиты 4. Ток катодной защиты участков трубопровода подается через отдельные анодные заземлители 5, расположенные в непосредственной близости от трубопроводов 6.
Для проведения комплексного коррозионного мониторинга и электрохимической защиты на протяжении каждого трубопровода установлены блоки измерения и сигнализации 7, которые обеспечивают сбор информации с датчиков поляризационного потенциала 8, датчиков скорости коррозии 9, датчиков наводороживания 10, электродов сравнения 11 и др., а также сигнализируют о несанкционированном вскрытии защитного корпуса блока.
Блок управления 12 осуществляет интеграцию и автоматизированное управление работой устройств, входящих в состав автономной установки катодной защиты и коррозионного мониторинга, в частности, контроль параметров работы интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования 18, контроль параметров работы устройства подготовки газа 26, контроль работы устройств электрохимической защиты 2, а также контроль безопасности эксплуатации установки посредством контроля датчиков загазованности 15, пожарной сигнализации 16, охранной сигнализации 17 входящих в состав блока 14.
Блок управления 12 формирует, согласно установленному протоколу обмена пакет данных, предназначенный для передачи на удаленный диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, с помощью встроенного в блок модуля передачи данных и дистанционного управления. Пакет данных включает в себя параметры телеизмерения и телесигнализации, включающие информацию о параметрах коррозионного мониторинга и электрохимической защите объектов, параметрах работы интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования, сигналы возникновения внештатных и аварийных ситуаций. Модуль передачи данных и дистанционного управления предполагает организацию связи с удаленным диспетчерским пунктом проводным (Ethernet, ЛВС, оптоволоконная связь и пр.) или беспроводным (GPRS, радиоканал, спутниковая передача данных и пр.) с помощью антенны 13 способами, в зависимости от географических условий размещения установки и требований проекта.
Дистанционное управление предполагает передачу команд телеуправления и телерегулирования, предназначенных для изменения режимов работы устройства коррозионного мониторинга и управления автономной установки катодной защиты.
В случае возникновения внештатной ситуации, зафиксированной блоком датчиков контроля безопасности эксплуатации установки 14, блок управления 12, после передачи сигнала на удаленный диспетчерский пункт, самостоятельно переводит оборудование в безопасный режим работы: отключает систему подачи топливного газа, выключает электрогенераторную установку и электрооборудование.
Таким образом, предлагаемая усовершенствованная конструкция автономной установки катодной защиты и коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов с интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования позволяет осуществлять эффективную электрохимическую защиту, удаленный комплексный контроль и дистанционное управление параметрами электрохимической защитой магистральных трубопроводов, с высоким временем автономной работы и увеличенным интервалом регламентного обслуживания, за счет реализованного в интеллектуальной системе энергоснабжения и теплорегулирования периодического режима работы электрогенератоной установки, что, в свою очередь, позволяет значительно снизить эксплуатационные затраты на обслуживание установки в целом.