АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК C23F13/08 

Изобретение относится к устройству для катодной защиты подземных сооружений от коррозии, в частности к глубинному скважинному заземлителю, и может быть использовано в нефтяной, газовой и энергетической промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Известен "Анодный заземлитель", Карасевич А.М., Сулимин В.Д., Кашинцов В.И. и др. Патент РФ N 2149920, кл. С 23 F 13/08, опубл. БИ N 15, 2000 г.

Анодный заземлитель (АЗ) содержит электрод из малорастворимого материала и контактный узел с закладной трубкой, в которую зачеканен уплотняющим клином токовывод. Электрод выполнен в виде последовательно соединенных друг за другом большого цилиндра с закладной трубкой контактного узла, усеченного конуса и малого цилиндра с полусферой на конце. Таким образом, токовывод расположен на торцевой части электрода.

Недостатками анодного заземлителя по аналогу являются его ограниченные надежность и срок службы из-за того, что он не может использоваться как глубинный АЗ, т. к. на токовывод, расположенный на торцевой части электрода, давит в процессе эксплуатации масса грунта и другие элементы конструкции, нарушая при этом гидроизоляцию контактного узла, а далее АЗ в целом. Такие АЗ используются на небольшой глубине.

Наиболее близким к заявляемому является анодный заземлитель, заявка Японии N 56-15556 "Анод для электрической защиты от коррозии с внешним источником тока" от 11.12.75, опубл. 24.04.80, кл. МПК C 23 F 13/00.

Анодный заземлитель содержит электроды с токовыводами, электрически соединенные параллельно и расположенные последовательно.

Электроды расположены в корпусе с коксовой засыпкой. Анодный заземлитель расположен в скважине. Токовыводы от каждого электрода автономны, а контактные узлы выполнены на торцевой части каждого электрода. Вся конструкция АЗ имеет так называемую подвесную конструкцию, т.е. электроды прикреплены к вертикальной балке.

Недостатками прототипа являются недостаточная надежность АЗ и, как следствие, ограниченный срок службы, обусловленные тем, что подвесная конструкция АЗ менее надежна. При выходе из строя одного из электродов или обрыва в одном из мест крепления из-за смещения слоев грунта или других причин, верхняя часть конструкции начинает под действием своего веса разрушать контактный узел следующего модуля. Поскольку грунтовые среды имеют границы раздела, это приводит к перерезанию всей конструкции подвесного АЗ. Балка, к которой крепятся электроды, является также слабым звеном прототипа, она также быстрее, чем электроды, разрушается. Корпус, его наличие облегчает монтаж АЗ, но он также значительно быстрее растворяется (разрушается от коррозии). Все эти недостатки значительно уменьшают надежность и срок службы АЗ по прототипу.

При создании данного изобретения решалась задача создания как многомодульного АЗ, выполненного в виде жесткой колонны, так и одномодульного АЗ жесткой конструкции.

Техническим результатом при решении данной задачи является увеличение надежности и срока службы заявляемого АЗ.

Указанный технический результат достигается тем, что анодный заземлитель, содержащий электроды с токовыводами, электрически соединенные параллельно и расположенные последовательно, снабжен переходными элементами, электроды соединены с переходными элементами с образованием модулей, которые скреплены в жесткую колонну с автономными токовыводами через боковую поверхность переходных элементов.

Технический результат достигается также тем, что электрод выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных усеченным конусом, и сопряженным с полусферой на торце цилиндра меньшего диаметра, причем на торце цилиндра большего диаметра выполнено несквозное отверстие под контактный узел и кольцевой выступ под стыковку с переходным элементом.

Технический результат достигается также тем, что электрод и переходной элемент выполнены из одного и того же малорастворимого материала, например ферросилида.

Технический результат достигается также тем, что электрод и переходной элемент соединены между собой торцами через кольцевое коническое соединение, причем место соединения защищено изоляционным, а снаружи - металлическим цилиндрическими элементами.

Технический результат достигается также тем, что он снабжен контактным узлом, выполненным в виде закладной трубки, расположенной в несквозном отверстии, в которой расположен один конец токовывода, уплотняющего клина, а полость несквозного отверстия заполнена герметиком.

Технический результат достигается также тем, что он снабжен узлом крепления между смежными модулями, выполненным в виде тарельчатого изолятора, расположенного между полусферой на торце электрода и торцем переходного элемента предыдущего модуля, и резьбовым соединением.

Технический результат достигается также тем, что модули скреплены в жесткую колонну посредством металлической рамы, образованной двумя уголками, верхним цилиндром с резьбовым соединением, нижним цилиндром с ответными элементами резьбового соединения, цилиндрическим металлическим элементом и хомутами с резьбовым соединением, причем уголки рамы в смежных модулях смещены на 90^o.

Технический результат достигается также тем, что жесткая колонна в месте расположения каждого модуля снабжена пластинчатыми или проволочными центраторами, закрепленными одним концом к уголкам рамы, и с другим свободным концом, причем проволочные центраторы изогнуты в форме полуокружностей, а центраторы в смежных модулях смещены на 90^o.

Технический результат достигается также тем, что анодный заземлитель снабжен корпусом.

Технический результат достигается также тем, что анодный заземлитель расположен в скважине в слое активатора в виде коксовой засыпки, расположенного внутри корпуса при его наличии или непосредственно вокруг колонны.

Технический результат достигается также тем, что анодный заземлитель, содержащий электрод с токовыводом и контактным узлом, снабжен переходным элементом, выполненным в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных между собой усеченным конусом, в переходном элементе выполнено сквозное отверстие, проходящее от торца цилиндра большего диаметра на боковую поверхность усеченного конуса.

Наличие переходного элемента, выполненного из того же материала, что и электрод, увеличивает рабочую часть электрода, модуля и АЗ в целом. Кроме того, переходный элемент защищает контактный узел, является элементом опоры для следующего модуля и обеспечивает жесткость конструкции. Токовывод через боковую поверхность переходного элемента обеспечивает защиту контактного узла от проникновения ионов электролита, т.к. среда нейтральная, а это значительно снижает коррозию в этой области. Защита переходным элементом контактного узла также значительно уменьшает давление верхних модулей на контактный узел.

В многомодульном АЗ модули автономны и АЗ сохраняет работоспособность при разрушении одного или нескольких модулей. Узел крепления между модулями позволяет быстро производить монтаж АЗ в сложных полевых условиях, обеспечивает центровку колонны при сборке, что, в конечном итоге, увеличивает надежность конструкции. Тарельчатый изолятор отделяет электрически модули друг от друга. Это позволяет при монтаже производить контроль сопротивления растеканию тока, глубины закладки и качества засыпки активатора. Три изолятора (тарельчатый, цилиндрический изоляционный элемент и изолятор между электродом и хомутами позволяют изолировать модули от рамы и друг от друга.

Форма электрода в виде сопряженных цилиндров, конуса и полусферы дает оптимальный режим растворения, т.е. каждая часть электрода имеет одинаковый срок службы. Форма переходного элемента также дает оптимальный режим растворения, а кольцевое коническое соединение выполняет роль замка при соединении электрода с переходным элементом. Рама является несущей конструкцией при монтаже и транспортировке, а также обеспечивает первоначально жесткость конструкции.

Колонна, даже при растворении элементов рамы в процессе эксплуатации, остается жесткой из-за наличия переходных элементов, что исключает движение модулей вниз, и сохраняются токовыводы.

Пластинчатый центратор используется для центрации модуля АЗ в корпусе. Он имеет один свободный конец, а другой сваркой закреплен к цилиндрическому металлическому элементу. Проволочный центратор используется для бескорпусного АЗ для центрации модуля относительно стенок скважины. Коксовая засыпка увеличивает активную зону АЗ, уменьшает сопротивление растеканию тока за счет ее гигроскопичности и обеспечивает электронный ток между электродами и грунтом. Таким образом, совокупность признаков заявляемого АЗ повышает надежность устройства и увеличивает срок его службы.

На фиг. 1 изображен заявляемый многомодульный АЗ.

На фиг. 2 изображено сечение А-А фиг. 1.

На фиг. 3 изображен узел крепления между смежными модулями.

На фиг. 4 изображен заявляемый одномодульный АЗ без корпуса.

На фиг. 5 изображен вид А фиг. 4.

На фиг. 6 изображен заявляемый одномодульный АЗ в корпусе.

На фиг. 7 изображено кольцевое соединение между электродом и переходным элементом и контактный узел в электроде.

На фиг. 8 изображено сечение А-А фиг. 6.

Многомодульный анодный заземлитель по I варианту (фиг. 1) содержит электроды 1 с токовыводами 2 электрически соединенные параллельно и расположенные последовательно. Электроды 1 соединены с переходными элементами 3 с образованием модулей, которые скреплены в жесткую колонку с автономными токовыводами 2 через боковую поверхность переходных элементов 3.

Одномодульный АЗ по II варианту (фиг. 4 и 6) содержит электрод 1 с токовыводом 2 и контактным узлом 4. Переходный элемент 3 выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных между собой усеченным конусом. В переходном элементе выполнено сквозное отверстие 5 для токопровода 2, проходящее от торца цилиндра большего диаметра на боковую поверхность усеченного конуса.

Электрод 1 может быть выполнен, например, в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных с усеченным конусом и сопряженным с полусферой на торце цилиндра меньшего диаметра, см. патент РФ N 2149920. На другом торце выполнено несквозное отверстие под контактный узел 4 и кольцевой выступ под стыковку с переходным элементом 3.

Электрод 1 и переходный элемент 3 выполнены из одного и того же малорастворимого материала, например ферросилида, и соединены между собой торцами через кольцевое коническое соединение 6. Фиг. 6 и 7. Место соединения защищено изоляционным 7, а снаружи металлическим 8 цилиндрическими элементами.

Контактный узел 4 (фиг. 7) в электроде 1 выполнен в виде закладной трубки 9, в которой расположен один конец токовывода 2, уплотняющего клина 10, а полость несквозного отверстия заполнена герметиком 11.

Узел крепления (фиг. 3) между смежными модулями выполнен в виде тарельчатого изолятора 12, расположенного между полусферическим торцом электрода 1, и торцом переходного элемента 3 предыдущего модуля и резьбовым соединением.

Модули АЗ скреплены в жесткую колонну посредством металлической рамы, образованной двумя уголками 13, верхним цилиндром 14 с резьбовым соединением, нижнего цилиндра 15 с ответными элементами резьбового соединения, цилиндрическим металлическим элементом 8 и хомутами 16 с резьбовым соединением. Хомуты изолированы от электрода двумя полуцилиндрическими изоляторами 17. Уголки 13 рамы в смежных модулях смещены на 90^o.

Жесткая колонна в каждом модуле снабжена пластинчатыми или проволочными центраторами 18, последние изогнуты в форме полуокружностей, и закрепленными одним концом к уголкам 13 рамы, и с другим свободным концом. В смежных модулях центраторы 18 смещены на 90^o.

АЗ расположен в скважине в слое активатора в виде коксовой засыпки 19, расположенном внутри корпуса 20 при его наличии или непосредственно вокруг колонны.

Кроме того, на фиг. 6 и 8 изображены канал (трубка) 21 для вывода токопровода и канал (трубка) 22 для отвода газа, возникающего при химической реакции.

Работает заявляемый анодный заземлитель следующим образом.

От катодной станции по токовыводам 2 постоянный ток расчетной силы и напряжения подводится к электродам 1. Ток равномерно распределяется в каждый модуль, а в модуле - по электроду 1 и переходному элементу 3, выполненному из того же малорастворимого материала, что и электрод. Далее ток растекается по пластам окружающего АЗ грунта через активатор в виде коксовой засыпки 19. Слой коксовой засыпки, креме электропроводящей функции выполняет роль дренажа для отвода образующихся газов, увеличивает также площадь контакта АЗ. В результате химической реакции вначале растворяется коксовая засыпка в результате ионной проводимости, а затем в процессе эксплуатации АЗ растворяются электрод и переходный элемент, т.е. элементы модуля АЗ.

В примере реализации электроды и переходные элементы выполняются из одного и того же материала методом литья из ферросилида, а для особо агрессивных сред из ферросилида, легированного хромом. Одномодульный АЗ имеет высоту ≃ 2,5 м, а многомодульный до 50-100 м. Заявляемая конструкция АЗ позволяет очень быстро за ≃ 1,5 часа установить АЗ на глубине 25 м с полным подключением к катодной станции. Бескорпусный АЗ используется в твердом грунте. Там, где встречаются плывуны, лучше использовать АЗ в корпусе в виде цилиндрической трубы. Можно использовать в осыпных грунтах бескорпусный АЗ с использованием и последующим удалением обсадной трубы. При токе 10 А на модуль срок службы заявляемого А3 составляет ≃ 15 лет. При уменьшении тока срок службы увеличивается, а при увеличении тока соответственно срок службы АЗ сокращается.

Таким образом, заявляемый анодный заземлитель является более надежным, чем прототип, и срок службы по оценкам может быть увеличен в 2 раза.

Это достигается тем, что АЗ имеет жесткую конструкцию в виде одномодульной или многомодульной системы, которая получена введением переходного элемента, токовыводом через боковую поверхность в переходном элементе, а также в использовании элементов крепления между модулями и защитных элементов вокруг элементов в модулях.

Изобретение относится к устройству для катодной защиты подземных сооружений от коррозии, в частности к глубинному скважинному заземлителю, и может быть использовано в нефтяной, газовой и энергетической промышленности, а также в коммунальном хозяйстве. Техническим результатом при создании данного изобретения является увеличение надежности и срока службы заявляемого. Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным многомодульным анодным заземлителем, содержащим электроды с токовыводами, электрически соединенные параллельно и расположенные последовательно, новым является то, что электроды соединены с переходными элементами с образованием модулей, которые скреплены в жесткую колонну с автономными токовыводами через боковую поверхность переходных элементов. Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным одномодульным анодным заземлителем, содержащим электрод с токовыводом и контактным узлом, новым является то, что он дополнительно содержит переходный элемент, выполненный в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных между собой усеченным конусом и сквозным отверстием, проходящим от торца цилиндра большего диаметра на боковую поверхность усеченного конуса. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Анодный заземлитель, содержащий электроды с токовыводами, электрически соединенные параллельно и расположенные последовательно, отличающийся тем, что он снабжен переходными элементами, электроды соединены с переходными элементами с образованием модулей, которые скреплены в жесткую колонну с автономными токовыводами через боковую поверхность переходных элементов. 2. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что электрод выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных усеченным конусом, и сопряженным с полусферой на торце цилиндра меньшего диаметра, причем на торце цилиндра большего диаметра выполнено несквозное отверстие под контактный узел и кольцевой выступ под стыковку с переходным элементом. 3. Анодный заземлитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электрод и переходный элемент выполнены из одного и того же малорастворимого материала, например, ферросилида. 4. Анодный заземлитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что электрод и переходный элемент соединены между собой торцами через кольцевое коническое соединение, причем место соединения защищено изоляционным, а снаружи - металлическим цилиндрическим элементами. 5. Анодный заземлитель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он снабжен контактным узлом, выполненным в виде закладной трубки, расположенной в несквозном отверстии, в которой расположен один конец токовывода, уплотняющего клина, а полость несквозного отверстия заполнена герметиком. 6. Анодный заземлитель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он снабжен узлом крепления между смежными модулями, выполненным в виде тарельчатого изолятора, расположенного между полусферой на торце электрода и торцом переходного элемента предыдущего модуля, и резьбовым соединением. 7. Анодный заземлитель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что модули скреплены в жесткую колонну посредством металлической рамы, образованной двумя уголками, верхним цилиндром с резьбовым соединением, нижним цилиндром с ответными элементами резьбового соединения, цилиндрическим металлическим элементом и хомутами с резьбовым соединением, причем уголки рамы в смежных модулях смещены на 90^o. 8. Анодный заземлитель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что жесткая колонна в месте расположения каждого модуля снабжена пластинчатыми или проволочными центраторами, закрепленными одним концом к уголкам рамы, и с другим свободным концом, причем проволочные центраторы изогнуты в форме полуокружностей, а центраторы в смежных модулях смещены на 90^o. 9. Анодный заземлитель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что он снабжен корпусом. 10. Анодный заземлитель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он расположен в скважине в слое активатора в виде коксовой засыпки, расположенного внутри корпуса при его наличии или непосредственно вокруг колонны. 11. Анодный заземлитель, содержащий электрод с токовыводом и контактным узлом, отличающийся тем, что он снабжен переходным элементом, выполненным в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных между собой усеченным конусом, в переходном элементе выполнено сквозное отверстие, проходящее от торца цилиндра большего диаметра на боковую поверхность усеченного конуса. 12. Анодный заземлитель по п.11, отличающийся тем, что электрод выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, сопряженных с усеченным конусом, и сопряженным с полусферой на торце цилиндра малого диаметра, причем на торце цилиндра большего диаметра выполнено несквозное отверстие под контактный узел и кольцевой выступ под стыковку с переходным элементом. 13. Анодный заземлитель по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что электрод и переходной элемент выполнены из одного и того же малорастворимого материала, например, ферросилида. 14. Анодный заземлитель по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что электрод и переходной элемент соединены между собой торцами через кольцевое коническое соединение, причем место соединения защищено изоляционным, а снаружи - металлическим цилиндрическими элементами. 15. Анодный заземлитель по любому из пп.11-14, отличающийся тем, что он снабжен контактным узлом, выполненным в виде закладной трубки, расположенной в несквозном отверстии, в которой расположен один конец токовывода, уплотняющего клина, а полость несквозного отверстия заполнена герметиком. 16. Анодный заземлитель по любому из пп.11-15, отличающийся тем, что модули скреплены в жесткую колонну посредством металлической рамы, образованной двумя уголками, верхним цилиндром с резьбовым соединением, нижним цилиндром с ответными элементами резьбового соединения, цилиндрическим металлическим элементом и хомутами с резьбовым соединением, причем уголки рамы в смежных модулях смещены на 90^o. 17. Анодный заземлитель по любому из пп.11-16, отличающийся тем, что он снабжен корпусом. 18. Анодный заземлитель по любому из пп.11-17, отличающийся тем, что он расположен в скважине в слое активатора в виде коксовой засыпки, расположенного внутри корпуса при его наличии или непосредственно вокруг колонны.