АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ

Техническое решение относится к области энергетики, а именно к устройствам электрохимической катодной защиты подземных металлических сооружений от коррозии, преимущественно, трубопроводов энергетических магистралей.
Из предшествующего уровня техники известен глубинный анодный заземлитель, содержащий две концентрически расположенные стальные трубы, пространство между которыми заполнено коксовой мелочью, причем к внутренней трубе по всей длине ее рабочей части закреплены стальные элементы в виде дисков, охватывающих трубу (SU 852969 A, C23F 13/00, 07.08.1981).
Также известен анодный заземлитель, содержащий электроды в виде концентрично расположенного относительно жилы кабеля тонкостенного титанового корпуса с выступами, выполненными на его наружной поверхности, на которую нанесено каталитическое покрытие, контактные элементы, обеспечивающие электрическую связь корпуса с жилой кабеля посредством контактной сварки, слой для извлечения носителей заряда из среды и обсадные трубы с фильтрующей электропроводной отсыпкой, причем на каталитическое покрытие на наружной поверхности корпуса нанесен слой из активной электропроводной массы для снижения плотности тока (RU 2130511 C1, C23F 13/00, 20.05.1999).
Также известен глубинный анодный заземлитель, выполненный в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, полной заводской готовности к применению, каждый из которых содержит центральный металлический электрод, окруженный слоем активатора, выполненного в виде цилиндра, соосного электроду из смеси частиц электропроводного гранулированного, пористого сыпучего материала и соединенный с предыдущим и последующим электродами в единый электрический проводник и единый равнопрочный по длине стержень. Причем смесь активатора состоит из фракций частиц, отобранных по массовой доле и размеру, и термопластичного связующего, причем промежутки между торцами цилиндров активатора соседних анодных заземлителей заполнены активатором или родственным ему материалом до общей наружной поверхности цилиндров, на центральном металлическом электроде закреплены несколько длинномерных металлических пластин, расположенных в пределах длины цилиндра активатора вдоль электрода и равномерно вокруг него по окружности (RU 2196190 C1, C23F 13/16, 20.01.2003).
Также известен глубинный анодный заземлитель, выполненный в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, каждый из которых содержит центральный металлический электрод, на котором закреплены металлические элементы, окруженные слоем активатора, выполненного в виде цилиндра, соосного электроду, и соединенный с предыдущим и последующим электродами в единый равнопрочный по длине стержень, причем промежутки между торцами цилиндров активатора соседних анодных заземлителей заполнены активатором вплоть до поверхности цилиндров, металлические элементы закреплены поперек образующей в виде перпендикулярных электроду стержней, причем каждый последующий элемент перпендикулярен предыдущему по оси в направлении часовой стрелки (RU 2452796 C1, C23F 13/16, 10.06.2012).
Наиболее близким аналогом к заявленному решению является анодный заземлитель, содержащий центральный электрод с закрепленными на нем металлическими элементами, окруженный слоем активатора в виде цилиндра, активатор выполнен на основе состава из электропроводного гранулированного пористого сыпучего материала и расположен в оболочке, выполненной из стального листа, центральный электрод выполнен из графитопласта, а в качестве активатора использована графитовая крошка, причем стальной лист выполнен оцинкованным и тонкостенным толщиной от 0,1-0,4 мм. (RU 137700 U1, H01R 4/66, 27.02.2014).
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная прочность его защитной оболочки, что может привести к повреждениям электрода анодного заземлителя при транспортировке и/или монтаже анодного заземлителя.
Технический результат заключается в повышении прочности оболочки анодного заземлителя.
Технический результат достигается за счет того что, анодный заземлитель включает электрод, защитную оболочку и активатор, размещенный внутри оболочки, причем стенка защитной оболочки выполнена из спирально-закрученной ленты, причем края ленты расположены внахлест с образованием ребер жесткости.
Предпочтительно, что защитная оболочка выполнена цилиндрической.
Предпочтительно, что лента выполнена из металла.
Предпочтительно, что лента выполнена тонкостенной толщиной 0,5-2 мм.
Лента может быть выполнена из пластика и содержит отверстия или перфорацию.
Лента может быть выполнена из из композитного материала.
Предпочтительно, что электрод выполнен из пластика наполненного электропроводящими частицами.
Предпочтительно, что электрод выполнен из реактопласта, предпочтительно, фенольной смолы, наполненного электропроводящими углеродными частицами, например, углеродом или графитом.
Предпочтительно, что нижний торец защитной оболочки оснащен заглушкой, которая имеет плоское круглое днище и прикрепленный к его внутренней стороне плоский замкнутый обод, размещенный внутри защитной оболочки, при этом в защитной оболочке и в ободе выполнены сквозные отверстия, в которые пропущены соединительные элементы.
Предпочтительно, что верхний торец защитной оболочки оснащен заглушкой, которая имеет плоское круглое днище и прикрепленный к его внутренней стороне плоский замкнутый обод, размещенный внутри защитной оболочки, при этом в оболочке и в ободе выполнены сквозные отверстия, в которые пропущены соединительные элементы, причем в днище выполнено отверстие для пропуска электроподводящего провода для подключения электрода.
Анодный заземлитель может быть оснащен элементом для переноски, который выполнен в виде лямки, концевые части которой размещены между ободом заглушки и стенкой защитной оболочки верхнего торца.
Предпочтительно, что анодный заземлитель включает контактный узел, который изолирован термоусадочной пленкой.
Предпочтительно, что активатор представляет собой или включает углеродосодержащую засыпку.
Предпочтительно, что активатор представляет собой или включает коксовую засыпку.
Наиболее предпочтительно, что анодный заземлитель включает электрод в виде пластины из наполненного углеродными частицами реактопласта, защитную оболочку и активатор в виде мелкозернистой электропроводящей засыпки, размещенный внутри оболочки, при этом стенка защитной оболочки выполнена из металлической спирально-закрученной ленты.
Устройство поясняется чертежами.
На ФИГ. 1 изображен изометрический вид.
На ФИГ. 2 изображен разрез А-А на ФИГ. 1.
На ФИГ. 3 изображена нижняя заглушка защитной оболочки.
На ФИГ. 4 изображена верхняя заглушка защитной оболочки.
На ФИГ. 5 Узел 1 на ФИГ. 2.
На ФИГ. 6 Узел 2 на ФИГ. 2.
На ФИГ. 7 схема работы устройства (стрелками показано направление движения заряженных частиц)
Анодный заземлитель включает электрод 1, защитную оболочку 2 и активатор 3, размещенный внутри оболочки 1. Стенка 4 защитной оболочки выполнена из спирально-закрученной ленты, причем края 5 ленты расположены внахлест с образованием ребер 6 жесткости.
Защитная оболочка, предпочтительно, выполнена цилиндрической.
Лента, из которой выполнена стенка 4 оболочки, предпочтительно выполнена из металла и является тонкостенной.
Следует отметить что, когда защитная оболочка 2 выполнена из металла, то при установке анодного заземлителя в грунт она довольно быстро (в течение нескольких недель) подвергается коррозии и разрушается, после чего анод через активатор включается в работу. Поскольку стенка 4 защитной оболочки 2 усилена ребрами 6 жесткости, то при выполнении ее из металла можно значительно уменьшить толщину стенки t, тем самым снизив материалоемкость устройства без снижения деформационной стойкости оболочки. Толщина стенки t может быть снижена до 0,5-2 мм. по сравнению с толщиной стенки 1-4 мм. в устройстве известном из наиболее близкого аналога, при этом коррозия стенки будет происходить за меньшее время, что позволит быстрее задействовать устройство.
Оболочка может быть выполнена из пластика или композитного материала, в этом случае толщина стенки также может быть снижена. В случае если стенка защитной оболочки выполнена из диэлектрического материала не подверженного коррозии (пластик, композит), то она должна иметь отверстия и/или перфорацию для того чтобы анод мог включиться в работу.
Электрод выполнен из токопроводящего пластика, предпочтительно, отвержденной фенольной смолы (реактопласта), наполненного электропроводящими углеродными частицами, например, углеродом или графитом. Отвержденные реактопласты могут при механическом воздействии на них быть достаточно деформативны и подвержены трещинам и сколам, что может привести к нарушению работы устройства. Поэтому повышение прочности оболочки при использовании таких электродов особенно актуально.
Нижний торец защитной оболочки оснащен заглушкой 7 (ФИГ. 3), которая имеет плоское круглое днище 8 и прикрепленный к его внутренней стороне плоский замкнутый обод 9, размещенный внутри защитной оболочки 2, при этом в защитной оболочке и в ободе выполнены сквозные отверстия 10, в которые пропущены соединительные элементы 11 (ФИГ. 5).
Верхний торец защитной оболочки оснащен заглушкой 12, которая имеет плоское круглое днище и прикрепленный к его внутренней стороне плоский замкнутый обод 13, размещенный внутри защитной оболочки 2, при этом в оболочке и в ободе выполнены сквозные отверстия 13, в которые пропущены соединительные элементы 14, причем в днище выполнено отверстие 15 для пропуска электроподводящего провода 16 для подключения электрода 1 к электросети.
Заглушки 7, 12 описанной конструкции позволяют повысить прочность оболочки и устойчивость ее к деформациям.
Устройство может быть оснащено элементом для переноски, который выполнен в виде лямки 17, концы которой размещены между ободом 13 заглушки 12 и стенкой 4 защитной оболочки верхнего торца (ФИГ. 6). Лямка может быть выполнена из тканого материала, либо из полимерного материала. Заглушки 7, 12 могут быть выполнены как из металла, так и из полимерного материала. Соединительные элементы 11 и 14, предпочтительно, представляют собой заклепки.
Электроподводящий провод соединен с электродом 1 через контактный узел 18, который изолирован термоусадочной пленкой (условно не показана).
Активатор представляет собой углеродосодержащую или коксовую засыпку.
Наиболее предпочтительно следующее выполнение элементов устройства: электрод 1 в виде пластины из наполненного углеродными частицами реактопласта, активатор 3 в виде электропроводящей мелкозернистой углеродной или углеродосодержащей засыпки, при этом стенка 4 защитной оболочки выполнена из металлической скрученной ленты.
Устройство работает следующим образом.
Устройство помещают в скважину в грунт на заданном расстоянии от защищаемого подземного сооружения (трубопровода 19) подключают его к положительному полюсу источника тока (сети станции катодной защиты 20), при этом трубопровод 19 подключают к отрицательному полюсу тока защищаемое сооружение к сети (схема подключения изображена на ФИГ. 7).
В случае выполнения защитной оболочки металлической она под действием окислительных процессов стимулируемых электрическим полем довольно быстро подвергается коррозии и разрушается, после чего электрод и активатор анодного заземлителя включается в работу.
Под воздействием электрического тока начинается движение электронов от электрода и активатора к трубопроводу 19.
При этом поверхность защищаемого трубопровода 19 поляризуется катодно и на ней протекают процессы катодного восстановления, чаще всего - кислорода. Поскольку электрод и активатор служат для съема на землю положительных зарядов и на них протекают преимущественно анодные процессы окисления, т.е. протекает процесс их разрушения из - за отдачи заряженных частиц материала активатора и электрода.
Поэтому предпочтительно изготовление активатора и электрода из материалов, стойких к окислению. Выполнение электрода в виде пластины из наполненного углеродными частицами реактопласта, а активатор 3 в виде электропроводящей мелкозернистой углеродной или углеродосодержащей засыпки отвечает данному требованию.
Однако пластины из реактопласта могут быть довольно хрупкими и подвержены сколам и трещинам при механическом воздействиях (монтаже или транспортировке), поэтому целесообразно применение усиленной защитной оболочки из металла, причем за счет ребер 6 появляется возможность не только усилить защитную оболочку, но и одновременно снизить толщину ленты, из которой она изготовлена, что обеспечит более быстрое ее разрушение и включение в работу активатора и электрода анодного заземлителя.
Во время работы анодного заземлителя процессы электрохимического растворения происходят на границе взаимодействия электрода и активатора (засыпки), а также на границе взаимодействия активатора и грунта.
На границе «активатор-грунт» происходят основные электрохимические реакции растворения основной составляющей активатора - углеродной или углеродосодержащей засыпки, которая под действием анодной поляризации вступает в электрохимическую реакцию с отрицательно заряженными ионами, растворяясь с образованием углекислого газа.
Предпочтительно в качестве углеродной засыпки использовать крошку из коррозионностойкого графита, который имеет высокую электропроводность и устойчивость к анодному растворению, вследствие чего достигается значительно меньшая скорость электрохимического растворения по сравнению с другими углеродосодержащим засыпками, например, коксовой засыпкой.
На границе сред электрод-активатор также происходит процесс электрохимического растворения электрода, однако вследствие схожести характеристик сред «электрод-засыпка» - обе среды имеют высокую электропроводность и высокую устойчивость материалов, то данные процессы проходят значительно медленнее, а скорость растворения электрода не превысит 0,5 кг/(А·год) даже при повышенной влажности грунта.