ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1998 года по МПК F03D9/02 

Изобретение относится к области электрохимзащиты от почвенной коррозии подземных нефте- и газопроводов.

Оно может также найти применение для катодной защиты нефтяных и газовых скважин, водоводов и других сооружений нефтяной, химической и строительной отраслей.

Общепринятым способом защиты подземных конструкций (трубопроводов, скважин и др. ) от почвенной коррозии является комплексная защита, осуществляемая с помощью изоляционных покрытий и катодной поляризации.

Основным параметром, характеризующим катодную защиту, служит минимальная разность потенциалов "труба-грунт", которая равна минус 0,85 B по медно-сульфатному электроду сравнения. Максимально допустимая разность потенциалов цепи "труба-грунт" в месте присоединения отрицательного электрода (катода) источника тока к трубе должна быть не более минус 1,5 В, так как увеличение разности потенциалов отрицательно влияет на связь изоляционного покрытия с трубой [1].

В настоящее время наибольшее распространение в качестве источника тока электрохимзащиты трубопроводов получили сетевые источники тока. Однако вдольтрассовые линии электропередач (ЛЭП) напряжением 6-10 кВ, используемые для питания катодных станций, вследствие большой протяженности и сложных климатических условий обходятся очень дорого, например, для условий г. Новый Уренгой в Тюменской области 1 км трассы ЛЭП стоит более 200 мил. рублей. В этой связи, с учетом значительных ветроэнергетических ресурсов районов со средней годовой скоростью ветра 4 м/с и более, в которых размещены трубопроводы, представляются перспективными ветроэлектростанции катодной защиты, удельная стоимость которых для защиты 1 км трубопровода на 1-2 порядка ниже по сравнению с сетевыми источниками.

Ветроэлектрическая станция катодной защиты представляет собой автономный энергоисточник, что особенно важно в условиях большой протяженности магистральных нефте- и газопроводов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является ветроэлектрическая катодная станция (ВКС) [2], содержащая ветроколесо, генератор, аккумуляторную батарею и преобразователь тока.

Принцип работы ВКС состоит в следующем: кинетическая энергия ветра вращает колесо с генератором переменного тока, преобразующим механическую энергию в электрическую. Переменный ток в преобразователе тока трансформируется и выпрямляется. Постоянный ток используется для катодной поляризации, при этом "минус" источника тока присоединяется к трубопроводу, а "плюс" - к анодным заземлителям. В связи с пульсирующим характером ветра в ВКС предусмотрен резервный блок с аккумуляторной батареей. Батарея заряжается от преобразователя и в безветренную погоду она автоматически выполняет функции источника тока катодной защиты.

Основной недостаток этой ветроэлектростанции, взятой за прототип, состоит в невысокой надежности. Это обусловлено тем, что электрохимзащита непрерывным постоянным током вызывает быстрое растворение анодных заземлителей. Например, при использовании непрерывного постоянного тока величиной 30 А для катодной поляризации потери массы электрода из стали могут составлять 10 кг/А.год. [1]
Задачей изобретения является повышение надежности электрохимзащиты трубопроводов.

Технический результат изобретения состоит в увеличении срока службы анодных заземлителей.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что ветроэлектростанция катодной защиты, включающая ветродвигатель, генератор, блок аккумуляторов и электрическую систему преобразования тока, в отличии от прототипа снабжена блоком формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации, длительность которых определяется выражением

где
τ_и - длительность импульса;
τ_п - время формирования максимально допустимого потенциала U_м;
U_t - текущее напряжение поляризации.

Таким образом, изобретение отвечает критерию "новизна".

Использование изобретения позволит достичь результат, удовлетворяющий потребность.

Таким образом, изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

На чертеже показана схема, где блок формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации содержит: два электронных ключа 1 и 2, схему управления электронными ключами 3, два компаратора 4 и 5, два источника, порогового напряжения 6 и 7 и медно-сульфатный электрод сравнения 8.

Принцип работы схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации состоит в следующем.

Постоянное напряжение с выпрямителя ветроэлектростанции через электронный ключ 1 подается на трубопровод и анодные заземлители. Идет процесс поляризации. Изменение потенциала "труба-грунт" контролируется электродом сравнения 8, сигнал с которого через ключ 1 подается на один из входов компаратора 4, на другой вход которого подано пороговое напряжение минус 1,5 B с источника 6. В момент равенства напряжений U_м = U_t компаратор 4 вырабатывает сигнал на схему управления ключами 3, сигнал которой разрывает цепь ключа 1, коммутирует цепь ключа 2 и выключает ток в цепи "трубопровод-анодные заземлители". При этом длительность τ_и импульса напряжения поляризации равна времени τ_п формирования максимально допустимого потенциала (минус 1,5В) на границе "труба-грунт".

При выключенном токе в цепи "труба-грунт" идет процесс деполяризации, вызывающий снижение потенциала, которое контролируется электродом сравнения 8. Сигнал с электрода сравнения 8 подается на один из входов компаратора 5, на другой вход которого с источника 7 порогового напряжения подано напряжение минус 0,85 В.

В момент равенства потенциалов компаратор 5 вырабатывает сигнал, который через схему управления 3 разрывает цепь ключа 2, коммутирует цепь ключа 1 и возвращает устройство формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации в исходное состояние.

Известно [3], что отношение времени процесса поляризации к времени процесса деполяризации порядка 0,1 и менее. Поэтому использование схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволяет в 10 и более раз увеличить срок службы анодных заземлителей, а следовательно, и надежность электрохимзащиты по сравнению с ветроэлектростанцией [2], принятой за прототип.

При отсутствии ветра электрохимзащита осуществляется от аккумуляторных батарей. В связи с большим током поляризации, емкости батарей у известной ветроэлектрической катодной станции [2], непрерывно питающей цепь "труба-анодные заземлители", хватает на сутки. Использование схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволит снизить расход электроэнергии, увеличить время работы аккумуляторов и тем самым повысить надежность электрохимзащиты.

Кроме того, использование в предлагаемой ветроэлектростанции катодной защиты блока формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволяет учесть сезонные изменения удельного электрического сопротивления грунта и автоматизировать процесс электрохимзащиты трубопровода.

Использованная литература.

1. Инструкция по проектированию и расчету электрохимической защиты магистральных трубопроводов и промысловых объектов. -М.: ВНИИСТ, 1980, с. 37-53.

2. Сидоров В.В. Ветроэлектрические станции для катодной защиты трубопроводов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, N 2, 1983, с.54-55. - прототип.

3. Никитенко Е.А. Автоматизация и телеконтроль электрохимической защиты магистральных газопроводов. -М.: Недра, 1976, с.28-31.

Ветроэлектростанция катодной защиты трубопроводов предназначена для защиты от коррозии нефтяных, газовых и водозаборных скважин. Технический результат изобретения состоит в увеличении срока службы анодных заземлителей. В систему преобразования тока включен блок формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации, длительность которых определяют выражением , где τ_и - длительность импульса, τ_п - время формирования максимально допустимого потенциала, U_м; U(t) - текущее напряжение поляризации. 1 ил.

Ветроэлектростанция катодной защиты, включающая ветродвигатель, генератор, блок аккумуляторов и электрическую систему преобразования тока, отличающаяся тем, что система преобразования тока содержит блок формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации, длительность которых определяется выражением

где τ_и - длительность импульса;
τ_п - время формирования максимально допустимого потенциала U_м;
u(t) - текущее напряжение поляризации.