Способ катодной защиты разветвленных подземных трубопроводов
METHOD FOR CATHODIC PROTECTION OF BRANCHED UNDERGROUND PIPELINES

Изобретение относится к области эксплуатации систем катодной защиты от коррозии подземных стальных сооружений, в частности к оптимизации параметров систем катодной защиты за счет вывода в постоянный ненагруженный резерв неэффективно работающего оборудования.
Известен способ регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов, включающий назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», изменение параметров катодной защиты каждой станции катодной защиты, определение коэффициентов влияния каждой j-той станции на потенциал «труба-земля» в каждой j-той контрольной точке, составление системы линейных уравнений зависимости потенциала в контрольной точке от значений силы тока каждой из станций, расчет значений силы тока каждой станции и установку рассчитанных значений силы тока на выходе станций, при этом изменение параметров катодной защиты каждой станции выполняют без изменения текущих параметров остальных станций и не допуская перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых значений [патент Российской Федерации № RU 2659543, МПК C23F 13/04, дата приоритета 19.06.2017, опубл. 02.07.2018 бюл. №19].
Недостатком известного способа является длительность и трудоемкость всех процедур определения коэффициента влияния каждой станции катодной защиты на режим работы системы катодной защиты. Данный способ не позволяет выделить группы станций катодной защиты с повышенной плотностью их скопления на местности, включающие в себя станции катодной защиты, обладающие показателями низкой энергоэффективности, для вывода избыточной части станций катодной защиты в резерв и оптимизации параметра количества станций катодной защиты в системе катодной защиты.
Известен способ регулирования параметров катодной зашиты сложноразветвленных подземных трубопроводов, выбранный заявителем в качестве прототипа, включающий назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», временное отключение всех станций катодной защиты трубопроводов, измерение стационарного потенциала металла труб относительно грунта, поочередное включение одной из станций катодной защиты, пошаговое увеличение силы тока на выходе станций катодной защиты, измерение на каждом шаге разности потенциалов «труба-земля» в контрольных точках, расчет коэффициента влияния станций катодной защиты на потенциал «труба-земля» в контрольных точках трубопроводов, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции катодной защиты и обратное включение всех станций катодной защиты системы катодной защиты в работу [патент Российской Федерации № RU 2555301, МПК C23F 13/04, дата приоритета 03.03.2014, опубл. 10.07.2015 бюл. №19].
Недостатком прототипа является необходимость отключения всех станций катодной защиты на время проведения измерений, что снижает показатель защищенности во времени, а также длительность и трудоемкость всех процедур определения коэффициента влияния каждой станции катодной защиты на режим работы системы катодной защиты. Все отключенные станции после проведения измерений включают в работу, и их количество в системе катодной защиты остается неизменным. Данный способ не позволяет выделить группы станций катодной защиты с повышенной плотностью их скопления на местности, включающие в себя станции катодной защиты, обладающие показателями низкой энергоэффективности, для вывода избыточной части станций катодной защиты в резерв и оптимизации параметра количества станций катодной защиты в системе катодной защиты.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является оптимизация параметров системы катодной защиты разветвленных подземных трубопроводов.
Технический результат заключается в сокращении количества неэффективно работающих станций катодной защиты в системе катодной защиты за счет их вывода в постоянный ненагруженный резерв, увеличении коэффициента полезного действия станций катодной защиты, остающихся в работе за счет более высокой загрузки их по мощности.
Технический результат в способе катодной защиты разветвленных подземных трубопроводов, включающем отключение станций катодной защиты трубопроводов, пошаговое увеличение силы тока на выходе станций катодной защиты, измерение на каждом шаге разности потенциалов «труба-земля» в контрольных точках, достигается тем, что перед отключением станций катодной защиты из общего числа станций катодной защиты выделяют группы станций катодной защиты, находящиеся на местности внутри окружности, заданной радиусом с центром в точке подключения к трубопроводу станций катодной защиты, имеющих низкие значения выходного тока, выбранного в диапазоне менее или равно 2 А, по сравнению с остальными станциями катодной защиты в группе, при этом значение радиуса задают в зависимости от типа станции катодной защиты: для городских трубопроводов - 300 м, а для трубопроводов, находящихся вне населенных пунктов - 2 км, данные о рабочих параметрах станций катодной защиты из этих групп формируют в список, отсортированный в порядке возрастания выходного тока и убывания сопротивления анодного заземления станций катодной защиты, далее поочередно отключают в постоянный ненагруженный резерв станции катодной защиты, имеющие низкие значения выходного тока, выбранного в диапазоне менее или равно 2 А, по сравнению с остальными станциями катодной защиты в группе, начиная с начала списка группы и пошагово увеличивают выходной ток неотключенных станций катодной защиты, начиная с конца списка группы, не допуская при этом перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых критических значений защитных потенциалов, тем самым устанавливают в группе оптимальное количество станций катодной защиты и оптимальные режимы выходного тока станций катодной защиты, оставшихся в работе.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема катодной защиты разветвленных участков городских трубопроводов с выделением группы из пяти станций катодной защиты (далее - СКЗ) 1-5 с повышенной плотностью расположения их на местности, находящихся внутри окружности, заданной определенным радиусом с центром в точке подключения к трубопроводу СКЗ 1, обладающей наиболее низким значением выходного тока, по сравнению с остальными СКЗ в группе, и указанием десяти контрольных точек 6-15 для проведения измерений разности потенциалов «труба-земля». Значение радиуса задается в зависимости от типа системы катодной защиты, например, 300 м - для городских трубопроводов и 2 км - для трубопроводов, находящихся вне населенных пунктов.
В таблице 1 приведены рабочие характеристики СКЗ, включенных в группу, отмеченную на фиг. 1. Строки таблицы отсортированы в порядке возрастания выходного тока и убывания сопротивления анодного заземления.
В таблице 2 приведены рабочие характеристики СКЗ, достигнутые после поочередного отключения в резерв СКЗ 1, 2 и пошагового увеличения выходного тока на СКЗ 3, 4, 5.
В таблице 3 приведены данные о величине защитного потенциала «труба-земля» в контрольных точках в процессе оптимизации параметров системы катодной защиты.
Показано, что при отключении СКЗ 1 и 2 потенциал «труба-земля» в контрольных точках 7 и 15 не соответствует критериальным значениям защитных потенциалов, составляющим от минус 3,5 В до минус 0,9 В согласно п. 8.1.9 ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии».
После пошагового проведения оптимизации системы катодной защиты, включающей в себя увеличение выходного тока СКЗ 3, 4 и 5 (см. табл. 2), потенциал «труба-земля» во всех контрольных точках соответствует критериям защиты (см. столбец 4 табл. 3).
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа катодной защиты разветвленных подземных трубопроводов.
Задают диапазон величины выходного тока СКЗ, который априори считают низким, например, менее или равно 2 А. Из имеющейся базы данных, содержащей сведения о выходном токе, сопротивлении анодного заземления и географических координатах СКЗ, осуществляют выборку объектов, удовлетворяющих заданным требованиям по величине тока, формируют перечень СКЗ с заданным низким значением выходного тока, сортируя упомянутую выборку в порядке убывания величины сопротивления анодного заземления.
Построчно анализируют полученный перечень СКЗ и находят строки, для которых формируют, из общего числа СКЗ, группы СКЗ с повышенной плотностью скопления их на местности по признаку нахождения их не далее определенной заданной дистанции от местоположения СКЗ, характеристики которой содержатся в анализируемой на данный момент строке перечня (фиг. 1). При этом СКЗ из перечня СКЗ с низким значением выходного тока находится в центре окружности с радиусом, заданным определенным образом. Значение радиуса задают в зависимости от типа системы катодной защиты, например, 300 м - для городских трубопроводов и 2 км - для трубопроводов, находящихся вне населенных пунктов.
Список группы СКЗ с повышенной плотностью скопления их на местности сортируют в порядке увеличения значения выходного тока и убывания величины сопротивления анодного заземления (см. табл. 1).
При обработке каждой последующей строки перечня СКЗ, обладающих низкими значениями выходного тока, СКЗ, вошедшие в уже сформированные группы, из дальнейшего анализа исключают.
На участках трубопроводов назначают контрольные точки для измерения разности потенциалов «труба-земля». В число контрольных точек включают точки подключения к трубопроводу СКЗ из группы с повышенной плотностью скопления их на местности, а также точки на трубопроводах, расположенные на стыках зон защиты смежных СКЗ, в которых по результатам предыдущих измерений наблюдались наиболее низкие по абсолютному значению величины защитных потенциалов (фиг. 1).
Оптимизацию количества СКЗ системы катодной защиты реализуют за счет поочередного отключения в резерв СКЗ, располагающихся в начале списка упомянутой группы, и пошагового увеличения выходного тока СКЗ, находящихся в конце списка, при этом на каждом шаге измеряют потенциалы «труба-земля» в контрольных точках, не допуская выход их значений за регламентируемые пределы согласно п. 8.1.9 ГОСТ 9.602-2016.
Указанные процедуры выполняют до тех пор, пока при измерениях в контрольных точках на трубопроводах сохраняется условие соответствия потенциалов «труба-земля» критериям защиты.
Отключение и регулировку СКЗ осуществляют в ручном режиме, измерения потенциалов на контрольных точках проводят при помощи стандартных переносных контрольно-измерительных приборов.
Поясним процедуру оптимизации параметров системы катодной защиты на конкретном примере.
Из имеющейся базы данных СКЗ, входящих в систему катодной защиты городских газовых сетей, выбрана СКЗ 1 (фиг. 1), имеющая низкое значение выходного тока, равное 1 А. На фиг. 1 построена окружность с радиусом 300 м, географические координаты центра которой, совпадают с координатами точки подключения (дренажа) СКЗ 1 к сети газопроводов. Из той же имеющейся базы данных СКЗ выбраны СКЗ, которые расположены внутри построенной окружности. Отобранные СКЗ помещены в группу, список которой отсортирован в порядке увеличения выходного тока СКЗ и уменьшения сопротивления анодного заземления (см. табл. 1). При этом СКЗ 1 находится в начале списка.
Из имеющейся базы данных с результатами измерений потенциалов «труба-земля» выбраны контрольные точки 6-15, в число указанных точек включены точки дренажа СКЗ 1-5, а также 5 точек на трубопроводах, расположенных на стыках зон защиты смежных СКЗ.
Поочередно отключены СКЗ 1, затем СКЗ 2, располагающиеся в начале списка группы СКЗ. Пошагово увеличена сила тока на выходе СКЗ 3, 4, 5, начиная с конца списка, до достижения соответствия значений потенциалов «труба-земля» в контрольных точках 6-15 критериям защиты п. 8.1.9 ГОСТ 9.602-2016, придерживаясь при этом значений, минимальных по абсолютной величине.
В результате оптимизации системы катодной защиты в рассмотренном примере, были выведены в долгосрочный ненагруженный резерв СКЗ 1 и 2, а также увеличены выходные токи СКЗ 3, 4 и 5 (см. табл. 2).
Значения потенциалов «труба-земля» в контрольных точках 6-15 до оптимизации системы катодной защиты, при отключенных СКЗ 1, 2 до перенастройки СКЗ 3, 4, 5 и после оптимизации системы катодной защиты представлены в табл.3.
Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что оно позволяет оптимизировать систему катодной защиты путем отключения в постоянный ненагруженный резерв малоэффективных СКЗ и увеличения коэффициента полезного действия СКЗ, оставшихся в работе за счет роста коэффициента загрузки их по мощности, а также снизить эксплуатационные затраты и повысить надежность системы катодной защиты за счет сокращения количества работающих СКЗ.