Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений

Полезная модель относится к системе мониторинга коррозионных процессов на стальных подводных сооружениях с протекторной защитой, для определения эффективности электрохимической защиты.
Известна полезная модель «Блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии» (см. патент RU №181690, МПК G01R 19/15 C23F 13/20 от 26.07.2018) подобная заявленному техническому решению. В ней описывается блок контроля и измерения тока анодного заземления для системы электрохимической защиты металлических трубопроводов от коррозии, который подключен к кабельному выводу от станции электрохимической защиты. Блок оснащен амперметром и шунтами с возможностью регулировки тока в цепи. Техническим результатом данного технического решения является повышение надежности контроля и измерения с визуализацией токовых параметров при эксплуатации контрольно-измерительных пунктов.
Недостатками указанного технического решения являются:
- невозможность использования технического решения на морских объектах;
- метод предназначен только для использования со станциями катодной защиты.
Известен способ контроля режима работы протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов (см. патент RU №2589246, МПК G01N 17/00 от 10.07.2016 г.). Суть изобретения состоит в том, что при помощи переносного электрода сравнения и электроизмерительного прибора производится периодическое измерение потенциала и силы тока между электродом сравнения и корпусом судна в контрольных точках. Оценку состояния протекторов определяют по значению измеренного потенциала, который должен лежать в пределах от минус 0,75 до минус 1,05 В, а сила тока в этой цепи должна соответствовать 60-66 мА.
Недостатками вышеописанного технического решения являются:
- субъективность оценки состояния протектора по косвенным признакам, таким, как потенциал корпуса судна относительно электрода сравнения;
- невозможность оценки поляризационного потенциала подводных сооружений при изолированной от внешней среды стальной поверхности;
- малоинформативный (т.к. не учитывается контактирующая с водой площадь судна) и спорный показатель оценки состояния материала протектора на основе силы тока между корпусом судна и электродом сравнения;
- неоправданность использования графитового электрода в качестве электрода сравнения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения степени износа протекторного сплава в системе протекторной защиты. Основным критерием, который применяется для определения достаточной степени электрохимической защиты подводных морских сооружений является потенциал поверхности протектора относительно электрода сравнения. Этот показатель зачастую является неинформативным вследствие того, что при критическом расходе сплава протектора его потенциал так же остается в нормативных пределах. Вторым основным критерием является плотность тока защиты. Но из-за отсутствия возможности фиксации данного параметра в морских условиях этот важнейший параметр не проверяется. Данное техническое решение позволяет решить эту проблему и получить данные о плотностях тока защиты.
Указанная задача решается тем, что в заявляемом измерителе тока протекторной защиты морских сооружений, состоящем из диэлектрического водонепроницаемого корпуса с конусным пластиковым окончанием, установлен стальной контакт из неподверженного морской коррозии металла, который внутри корпуса измерителя тока подключен к амперметру, а измерительный электрод изготовлен из сплава, аналогичного исследуемому протектору. Измеритель также может быть оборудован системой передачи данных, в том числе дистанционной и не иметь дисплея, при этом измерительный электрод может быть выполнен из сплава, отличающегося от сплава исследуемого протектора. Для определения рабочего тока протекторной защиты морских сооружений устройством создается дополнительная электрическая цепь, включающая в себя амперметр и измерительный электрод из протекторного сплава. Эффект создается за счет добавления в рабочую цепь электрохимической защиты «труба - протектор» дополнительной площади материала протектора и подключения в разрыв цепи индикатора - амперметра. Созданное устройство может быть применено при проверке эффективности систем ЭХЗ при использовании водолазного обследования и при обследовании телеуправляемыми необитаемыми подводными аппаратами (ТНПА). Для водолазного обследования устройство может быть оборудовано рукояткой с выключателем и выведенным с амперметра дисплеем, который также может быть применен при обследовании объекта с использованием ТНПА. В устройство может быть интегрирована система беспроводной передачи данных.
На фиг. 1 представлен внешний вид измерителя тока протекторной защиты морских сооружений, а на фиг. 2 изображена схема проведения измерений при помощи измерителя тока.
Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений, изображенный на фиг. 1, состоит из диэлектрического водонепроницаемого корпуса 1 с конусным пластиковым окончанием 2 и соединительным контактом 3, подключенным к встроенному амперметру с дисплеем 4, который в свою очередь подключен к измерительному электроду из протекторного сплава 5, аналогичного установленному на защищаемом подводном сооружении протектору. На измерителе может быть установлен выключатель 6, который помещен в разрыв цепи между соединительным контактом 3 и измерительным электродом из протекторного сплава 5 и использован для замыкания цепи "исследуемый протектор - электрод" для возможности проведения измерений при водолазном обследовании. Измерительный электрод из протекторного сплава 5 является быстросъемным и устанавливается в герметичный разъем измерителя.
Схема подключения измерителя, представленная на фиг. 2 состоит из соединительного контакта 3, встроенного амперметра 10, измерительного электрода из протекторного сплава 5, выключателя 6, электролита (морской воды) 7, защищаемого сооружения 8, протектора 9, подключенного к защищаемому сооружению 8. Под номерами 3-6 на схеме обозначены элементы цепи измерителя тока протекторной защиты, а под номерами 7-9 элементы внешней цепи «подводное сооружение - протектор».
Измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может быть оснащен измерительным электродом из различных сплавов, электродный потенциал которых должен быть таким же или более отрицательным, по сравнению со сплавом протектора 9. Так же в корпусе 1 может быть установлена рукоятка с выключателем 6 для возможности измерения рабочего тока протекторной защиты методом водолазного обследования. В одном из частных случаев корпус 1 измерителя тока протекторной защиты морских сооружений может быть изменен и установлен в ТНПА или в другую измерительную аппаратуру с возможностью бесконтактной передачи данных. В другом частном случае измеритель тока протекторной защиты морских сооружений может быть без дисплея. Также измеритель может быть выполнен в произвольном корпусе с возможностью использования совместно с другой аппаратурой. Заявляемое устройство может быть оборудовано микрокомпьютером с возможностью вывода текущих измерений и статистических данных токовых параметров с амперметра 10 на графический дисплей 4. Данный микрокомпьютер, установленный внутрь герметичного корпуса устройства, должен иметь сменный или перезаряжаемый источник питания и встроенный амперметр 10, данные с которого при измерениях будут подлежать сбору и обработке при помощи микрокомпьютера. Отображение тока на дисплее может быть выполнено в виде шкалы, или в другом виде, необходимом для конкретного исследуемого подводного объекта, а также с отображением статистической информации. Например, при обследовании большого количества подводных точек контроля параметров электрохимической защиты возможно отображение ретроспективной информации для выявления точек контроля протекторной защиты имеющих повышенный (по сравнению с проектными данным) расход тока с привязкой к месту измерения.
Перед началом измерений в измеритель тока протекторной защиты морских сооружений устанавливается новый обезжиренный измерительный электрод 5 из протекторного сплава, изготовленный из сплава, аналогичного сплаву измеряемого протектора 9, в разъем, обеспечивающий герметичный контакт с амперметром 10. Далее, при помощи омметра проводят проверку целостности цепи при замкнутом выключателе 6, после чего осуществляют контроль работоспособности амперметра 10 с дисплеем 4, который должен обеспечить индикацию измеренного тока. Герметичность установленного электрода проверяют визуально. Для проведения измерений непосредственно на подводном защищаемом объекте необходимо обеспечить электрическое соединение измерителя тока протекторной защиты морских сооружений и обеспечивающего защиту сооружения протектора 9, к которому необходимо приложить устройство соединительным контактом 3. Далее, необходимо замкнуть цепь внутри измерителя при помощи выключателя 6, после чего на дисплее 4 амперметра 10 отобразится значение силы тока, которое указывает на состояние материала данного протектора 9. При повышенном расходе протекторного материала на протекторе 9, измеряемая посредством заявляемого измерителя сила тока будет иметь пониженные значения по сравнению с нормальными показателями. Частота замены измерительного электрода 5 протекторной защиты морских сооружений зависит от степени растворения его сплава и определяется визуально. Его следует заменить при появлении на поверхности признаков растворения или язв.
Экспериментально определен рабочий ток протекторной защиты магниевого и алюминиевого сплавов. Исследования магниевого сплава показали, что при соотношении площадей 1:10…1:20 в системе «протектор сооружения 9 - измерительный электрод из протекторного сплава 5», значение тока на амперметре 10 между протектором 9 и измерительным электродом из протекторного сплава 5 имеет отношение 1:2, т.е. при уменьшении площади протектора 9 сила тока на амперметре 10 увеличивается. Исследования на алюминиевом сплаве показали еще больший эффект вследствие большей плотности тока, стекающего с протекторного сплава.