СХЕМА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ДВУХ ИЛИ БОЛЕЕ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК C23F13/02 

Изобретение относится к электрооборудованию и технологии защиты от коррозии металлических подземных и подводных сооружений и может быть использовано не только для защиты от коррозии группы газопроводов, водопроводов, нефтепроводов, кабелей связи, но и для защиты от коррозии опор мостов, пирсов, шпунтовых стенок, морских и речных буев и т.п.

Скорость коррозии в зависимости от внешних условий составляет 0,3 - 0,5 мм в год, поэтому, например, газопроводы с толщиной стенки 9 мм выходят из строя через 6-8 лет. Ущерб, наносимый народному хозяйству коррозией, огромен.

Известна схема катодной защиты подземных металлических сооружений, включающая защищаемое сооружение - трубопровод, регулируемый источник постоянного тока, соединительный провод и анодное заземление (см. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. Учебник. - М.: Недра, 1978 г. Авторы: Дизенко Е. И., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Юфин В.А., с.113 - 117). Отрицательный полюс источника постоянного тока подключают к защищаемому сооружению - трубопроводу, положительный полюс - к искусственно созданному аноду - заземлителю.

Однако такая схема защиты наиболее целесообразна для одиночных трубопроводов и сооружений.

Если необходимо защитить несколько трубопроводов различных по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам, находящихся в грунтовом или водном электролитах, выполняют прямые или вентильные перемычки, т.е. осуществляют совместную защиту подземных сооружений (см., например, Инструкцию по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. - М.: Стройиздат, 1974 г., с. 86-89; 1982 г., с. 74-79).

Такая система катодной защиты может осуществляться подсоединением различных сооружений на общую защитную установку с одновременным устройством металлических соединений между отдельными сооружениями.

При разработке схемы совместной защиты в разветвленных сетях подземных сооружений выбирают основное сооружение - основную дренажную цепь, к которой с помощью перемычек подключают остальные защищаемые сооружения.

Совместная система защиты подземных сооружений различного назначения включает: защищаемые металлические сооружения - трубопроводы, регулируемые перемычки, источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель, анодное заземление.

При такой совместной защите различные по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам сооружения, находящиеся в грунтовом или водном электролитах, оказываются гальванически связанными между собой. Поскольку стационарные потенциалы защищаемых сооружений различны, то при подключении их между собой, как прямой, так и вентильной перемычками, образуется мощная гальваническая коррозионная пара, "подавить" которую с помощью источника постоянного тока в интервале поляризационных потенциалов, рекомендованных действующим ГОСТом, не всегда удается. При этом в таких условиях осложняется измерение потенциалов отдельных сооружений в точке дренирования и источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель сам становится источником блуждающих токов.

При регулировании источника постоянного тока потенциалы сооружений, стационарные потенциалы которых до подключения перемычек были разными, приобретают различные поляризационные потенциалы и не могут быть скомпенсированы в пределах, рекомендованных ГОСТом.

Таким образом, совместная защита двух или более сооружений одним источником постоянного тока оказывается не эффективной.

Наиболее близким к изобретению является устройство для совместной катодной защиты подземных сооружений по SU N 524860, кл. C 23 F 13/06, 1976, которое содержит регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлению.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная эффективность совместной катодной защиты.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности совместной катодной защиты двух или более сооружений путем включения защищаемых сооружений в потенциально-уравновешенную схему.

Поставленная цель достигается тем, что схема катодной защиты включает защищаемые сооружения, регулируемый выпрямитель, анодное заземление, к которому подключена плюсовая клемма регулируемого выпрямителя. Минусовая клемма регулируемого выпрямителя подключена к общей точке соединенных между собой катодами кремниевых вентилей, аноды которых подключены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые сопротивления.

Такая схема создает потенциально-уравновешенный мост, в диагонали которого включены защищаемые сооружения, разность потенциалов между которыми равна нулю.

В нашем случае использован математический принцип уравновешенного моста, а именно: если произведение сопротивлений противоположных плеч моста равны, то разность потенциалов в вершинах моста A и B равна нулю. Используя этот принцип, защищаемые сооружения включают в схему таким образом, чтобы они сами являлись элементами моста и при этом были бы гальванически развязаны между собой. Это достигается с помощью кремниевых вентилей, определенным образом включенных в схему.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует изобретательскому уровню, т.к. для специалистов явным образом не следует из уровня техники.

На чертеже представлена схема катодной защиты двух сооружений, например газопровода и нефтепровода.

Она состоит из регулируемого выпрямителя - источника постоянного тока, включающего понижающий трансформатор Т₁, и моста Миткевича (или Греца), регулируемых сопротивлений R₁ и R₂, последовательно соединенных с кремниевыми вентилями VS₁ и VS₂, анодного заземления А.3., к которому подключена плюсовая клемма регулируемого выпрямителя. Минусовая клемма регулируемого выпрямителя подключена к общей точке соединенных между собой катодами кремниевых вентилей, аноды которых подключены к сооружениям 1 и 2 через регулируемые сопротивления R₁, R₂.

Схема работает следующим образом.

При включении в сеть регулируемого выпрямителя - источника постоянного тока, регулируемое выпрямленное напряжение оказывается приложенным плюсом к анодному заземлению А. З., а минусом к общей точке соединенных между собой катодами кремниевых вентилей VS₁ и VS₂.

Поскольку аноды этих вентилей через регулируемые сопротивления R₁ и R₂ подключены к защищаемым сооружениям 1 и 2, то электромагнитная энергия, распространяясь от анодного заземления через грунт (сопротивлении грунта R_г1 и R_г2) к защищаемым сооружениям, образует замкнутую систему катодной защиты.

В этом случае скорость распространения кванта электромагнитной энергии интегрально связана с током и напряжением регулируемого источника, а следовательно, и с массой металла, перешедшей в грунт. Катодная защита характеризуется тем, что при определенном напряжении, приложенном к анодному заземлению А.3. и защищаемым сооружениям 1 и 2, а также при определенном токе наступает состояние электролитического равновесия на границе раздела "сооружение - грунт", т.е.

∑ m_к = ∑ m_oк,
∑ m_к масса вещества, покидающая металл в результате коррозии;
∑ m_oк масса вещества, поступающая в металл под воздействием регулируемого источника.

Электрический ток в предлагаемой схеме протекает через две параллельные ветви:
А.3. - R_г1 - Cоор₁ - R₁ - VS₁ - минус регулируемого источника;
А.3. - R_г2 - Cоор₂ - R₂ - VS₂ - минус регулируемого источника.

Такое протекание тока и обеспечивает получение гальванически развязанного уравновешенного моста, в котором с помощью регулируемых сопротивлений R₁ и R₂ достигается условие

при котором разность потенциалов в точках A и B становится равной нулю. Устанавливая необходимые потенциалы на сооружениях - трубопроводах (Соор₁ и Сoop₂) путем варьирования напряжения регулируемого выпрямителя - источника постоянного тока и устанавливая разность потенциалов регулируемыми сопротивлениями R₁ и R₂, равной нулю, достигается повышение эффективности катодной защиты.

Предлагаемая схема исключает электрохимическое влияние одного сооружения на другое, в то время как любое другое подключение создает неуравновешенность схемы катодной защиты, а следовательно, и появление гальванического коррозионного тока, который в конечном итоге снижает эффективность катодной защиты двух или более сооружений.

Изобретение относится к электрооборудованию и технологии защиты от коррозии металлических подземных и подводных сооружений и может быть использовано не только для защиты от коррозии двух и более газопроводов, водопроводов, нефтепроводов, кабелей связи, но и для защиты от коррозии опор мостов, пирсов, шпунтовых стенок, морских и речных буев и т.п. Технический результат - повышение эффективности совместной катодной защиты двух или более сооружений. Схема согласно изобретению включает: регулируемый выпрямитель - источник постоянного тока, защищаемые сооружения, анодное заземление, кремниевые вентили VS₁ и VS₂, регулируемые сопротивления R₁ и R₂. Плюсовая клемма регулируемого выпрямителя подключена к анодному заземлению, минусовая клемма - к общей точке соединенных между собой катодами кремниевых вентилей, аноды которых подключены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые сопротивления. 1 ил.

Схема катодной защиты двух или более сооружений, содержащая регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителю, отличающаяся тем, что она снабжена кремниевыми вентилями и регулируемыми сопротивлениями, причем минусовая клемма регулируемого выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые сопротивления.