УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ
PIPELINE CORROSION MONITORING DEVICE

Изобретение относится к области обеспечения безопасности опасных производственных объектов и может быть использована для контроля скорости коррозии в системах транспорта углеводородов.
Объем водорода, выделяющегося при коррозии внешней поверхности трубопровода под отслаивающейся изоляцией, эквивалентен количеству растворяющегося в этой локальной зоне металла.
Из существующего уровня техники известно, что устройств для определения содержания водорода над поверхностью грунта с целью выявления очагов подпленочной коррозии трубопроводов в настоящее время нет.
Из уровня техники известны технические решения, описывающие устройство для мониторинга коррозии трубопроводов, включающие элемент для определения геопозиции датчика (например, см. патент FR 3043204 А1, опубл. 05.05.2017 и патент US 6051977 А1, опубл. 18.04.2000).
Известный набор для анализа газообразного водорода (JP 2019045242 (А) -2019-03-22 HYDROGEN GAS ANALYSIS KIT, HYDROGEN GAS ANALYSIS METHOD, AND METHOD FOR CONTROLLING QUALITY OF HYDROGEN GAS) [1] включает в себя редуктор давления, который снижает давление газообразного водорода при высоком давлении от 1 МПа или более до менее 1 МПа. Данное изобретение предназначено для оценки содержания примесей в водороде высокого давления на станциях получения водорода.
В патенте (US 2019383731 (A1) - APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING GAS ANALYSIS USING OPTICAL ABSORPTION SPECTROSCOPY, SUCH AS INFRARED (IR) AND/OR UV, AND USE THEREOF IN APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING DISSOLVED GAS ANALYSIS (DGA) ON A PIECE OF ELECTRICAL EQUIPMENT) [2] - описаны устройство и связанный с ним способ проведения газового анализа на газовой пробе. Способ основан на возбуждении газовой пробы одним или несколькими источниками электромагнитной энергии и получении сигналов оптического поглощения, связанных с газовой пробой, до применения каталитического процесса к газовой пробе, а также во время и/или после применения каталитического процесса к газовой пробе. Полученные сигналы оптического поглощения затем могут быть обработаны с использованием дифференциальных методов расчета для получения информации, связанной с пробой газа, которая может включать, например, информацию, передающую концентрации определенных специфических газов в пробе газа. Недостатком метода является возможность анализа потоков газа только с высокой концентрацией.
Недостатком перечисленных аналогов является то, что разработанные устройства не могут быть использованы для мониторинга очагов подпленочной коррозии магистральных трубопроводов непосредственно над поверхностью грунта.
7
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является полупроводниковый датчик водорода (Пат. 181283 Российская Федерация, МПК G01N 27/12. Полупроводниковый датчик водорода, работающий при комнатной температуре / А.С. Ильин, П.А. Форш, М.Н. Мартышов, М.И. Иким, Л.И. Трахтенберг, П.К. Кашкаров; - №2017138959, заявл. 09.11.2017; опубл. 09.07.2018; Бюл. №19) [3], принятый за прототип, включающий в себя чувствительный элемент, состоящий из тонкой наноструктурированной металлооксидной пленки на диэлектрической подложке с электродами для измерения проводимости, и источник света для возбуждения фотопроводимости чувствительного элемента. Техническим результатом полезной модели является возможность детектирования низких концентраций водорода с помощью полупроводникового датчика при комнатной температуре.
Недостатком указанного прототипа является то, что для качественного детектирования концентрации водорода в атмосфере необходим дополнительный источник освещения с длиной волны излучения 515-530 нм.
Задачей создания предлагаемого изобретения является определение концентрации водорода, эмитирующего с внешней поверхности трубопроводов при развивающейся подпленочной коррозии металла.
Техническим результатом применения изобретения является определение потери массы металла корродирующего участка трубопровода под изоляцией и повышение точности выявления зоны его локализации.
Технический результат достигается тем, что устройство, включающее в себя электрохимический датчик водорода на основе твердого электролита, содержит сенсоры для измерения основных параметров грунта и окружающей среды, элемент для определения геопозиции датчика и регистрирующий прибор для управления работой с возможностью сигнализации о превышении значения допустимой концентрации водорода на датчике.
Сущность изобретения поясняется фиг.
На фиг. изображена структурная схема устройства для мониторинга коррозии трубопроводов.
Устройство для мониторинга коррозии трубопроводов состоит из параллельно соединенных: электрохимического датчика концентрации водорода 1 и сенсоров: рН грунта 2, температуры грунта и окружающего воздуха 3, влажности грунта 4, геопозиции датчиков 5 цифровой вход которых связан с цифровым выходом передачи данных микропроцессора 6, передающего по каналам беспроводной связи сигнал на микропроцессор регистрационного прибора 7, который позволяет удаленно контролировать работу микропроцессора 6. Микропроцессор регистрационного прибора 7 сигнализирует о превышении значения допустимой концентрации водорода на датчике и заносит координаты очага подпленочной коррозии в память прибора 8. На мониторе 9 регистрирующего прибора иллюстрируются все показания замеров.
7
Устройство работает в соответствие со способом определения очагов развивающейся подпленочной коррозии газопроводов (Пат. 2715078 Российская Федерация, МПК G01N 29/04, F17D 5/02. Способ определения очагов развивающейся подпленочной коррозии газопроводов / P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, Р.А. Зозулько, А.Б. Лаптев, О.Р. Латыпов, Д.Е. Бугай; - №2019117689; заявл. 05.06.2019; опубл. 25.02.2020; Бюл. №6). По показаниям замеров в зонах превышения фоновых сигналов вдоль оси газопровода, оператор устройства фиксирует зону с максимальным значением потока водорода, которая соответствует центру очага подпленочной коррозии.
Пересчет выделяющегося из коррозионного очага объема водорода ΔV в показатель потери массы производится с помощью закона Авогадро. Изменение массы Δm металла (г) в результате подпленочной коррозии определяется по формуле
где  - атомная масса металла, г;
- атомная масса газа, г;
г
г
n - валентность газа (для водорода n=1);
Ме
n - валентность корродирующего металла;
г
3
ρ - плотность газа, г/см;
2 - число атомов в молекуле водорода.
Предлагаемое устройство мониторинга коррозии трубопроводов успешно прошло опытные испытания в составе комплекса неразрушающего контроля на линейной части магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Уфа».