ИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ, ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ МАРГАНЦЕВО-МАГНИЕВЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2002 года по МПК F16L58/00 

Изобретение относится к области защиты от коррозии транспортирующих трубопроводов, в частности газопроводов.

Для защиты газопроводов от коррозии широко применяют электрохимическую защиту, осуществляемую путем наложения небольшой разности потенциалов между основным и защищающим металлами таким образом, чтобы на первом происходил катодный процесс, а на втором - анодный. Данная защита носит название катодной (см., например, А.А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман "Физическая химия", М. , Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1963г. , стр.241-242.). При катодной защите на газопровод накладывают отрицательный потенциал от внешнего источника постоянного тока, в качестве которого может быть использован гальванический элемент (см. , например, И.В. Стрижевский и др. "Защита от коррозии трубопроводов мелиоративных систем", М., Изд. "Колос", 1980г., стр.133-134), а положительный - к зарытому в почву аноду. На магистральных газопроводах катодная защита реализуется посредством станций катодной защиты (см., например, "Справочник по транспорту горючих газов", под редакцией К.С. Зарембо, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М., 1962г., стр.411, 437-464). Для уменьшения влияния блуждающих токов применяют электросекционирование трубопроводов (см., например, И.В. Стрижевский и др. "Защита подземных трубопроводов от коррозии", М., "Энергоатомиздат", 1983г., стр.286-289).

Известно изолирующее соединение газопроводов, содержащее привариваемые к концам соединяемых труб изолирующие фланцы специальной конструкции (см. "Справочник по транспорту горючих газов", под редакцией К.С. Зарембо, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М., 1962 год, стр.480-485). Недостатками изолирующего соединения подобного типа являются недостаточная надежность, связанная с необходимостью использования болтовых соединений в условиях повышенной требовательности к изоляционным свойствам и недопустимости нарушения изоляционных втулок, которыми снабжаются крепежные отверстия фланцев. Кроме этого, использование изолирующих соединений на газопроводах в условиях высокого давления транспортируемой среды приводит к значительной металлоемкости изолирующих фланцев.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является соединение трубопроводов, состоящее из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты (см. Ф.И. Грингауз "Санитарно-технические работы", Издательство "Высшая школа", М., 1979 год, стр.50 и рис.33). Если преимуществом данного соединения является его простота, надежность и достаточно низкая металлоемкость, то основной недостаток соединения данного типа состоит в абсолютной неприменимости для газопроводов при высоком давлении транспортируемой среды.

Известен ряд гальванических элементов (первичные химические источники тока), позволяющих лишь однократное использование заключенных в них активных материалов. Достаточно широкое распространение имеют гальванические элементы с жидкими электролитами, например медно-цинковый элемент с растворами электролитов, представляющими собой соответственно растворы сульфатов цинка и меди (см. А.А. Жуховицкий и Л.А. Шварцман "Физическая химия", Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, М., 1963 год, стр.182-183).

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является гальванический марганцево-магниевый элемент (см. М.А. Дасоян "Химические источники тока", Справочное пособие, Государственное энергетическое издательство, М. -Л. , 1961 год, стр.31). В данном элементе в качестве катодного активного материала применяют смесь пиролюзита и ацетиленовой сажи. Отрицательный электрод элемента, обычно стаканчиковой конструкции, изготавливают из коррозионно-стойкого магниевого сплава, содержащего небольшие добавки Al, Zn, Mn и Са. Наиболее значительные недостатки промышленно выпускаемых марганцево-магниевых гальванических элементов состоят в малой разрядной емкости, связанной с габаритами элемента, и соответственно, малом содержании активных составляющих. Кроме того, современные элементы для увеличения разрядной емкости используют чистый и весьма дорогой пиролюзит.

Известен способ уплотнения соединений трубопроводов, связанный с использованием прокладок при применении фланцев (см. "Справочник по транспорту горючих газов", под редакцией К.С. Зарембо, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М., 1962 год, стр.480-485).

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ уплотнения соединений, состоящих из резьбового соединения штуцеров, соединенных с концами труб, и муфты, связанный с использованием уплотняющих материалов, заполняющих межрезьбовое пространство (см. Ф.И. Грингауз "Санитарно-технические работы", Издательство "Высшая школа", М., 1979 год, стр.111-113). Основной недостаток данного способа уплотнения соединений трубопроводов состоит в абсолютной невозможности создания электроизолирующего соединения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание электрохимической (катодной) защиты локального участка магистрального газопровода и особенно в случае расположения данного участка в территориально удаленных районах, т.е. формирование электрохимической защиты, носящей автономный характер и не требующей постоянного присутствия обслуживающего персонала. При решении данной задачи одновременно решались частные задачи: создание надежного и достаточно простого изолирующего соединения трубопроводов и его уплотнения, создание приемлемого источника питания.

Достигаемый технический результат состоит в возможности выделения локального участка в нужном месте, в увеличении надежности защиты, в повышении разрядной емкости источника питания - марганцево-магниевого гальванического элемента, а следовательно, и в увеличении срока его службы, в повышенной надежности изолирующего соединения при одновременном снижении его металлоемкости, в технологичности и надежности уплотнения соединения трубопроводов.

Указанный технический результат достигается тем, что в изолирующем соединении трубопроводов, защищаемых от коррозии, например, посредством катодной поляризации с источником питания в виде гальванического элемента, состоящим из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты, торцы муфты выполнены с выступами, в полостях между выступами и штуцерами с обеих сторон установлены уплотнительные центрирующие шайбы, имеющие с выступами муфты соосные радиальные отверстия с размещенными в них штифтами, муфта снабжена отверстиями для подачи уплотняющего материала и дренажными отверстиями для вывода воздуха, а резьбовое соединение штуцеров и муфты выполнено с заданным зазором, заполненным уплотняющим изоляционным материалом. В изолирующем соединении трубопроводов между штуцерами установлена кольцеобразная вставка, выполненная из изоляционного материала.

В гальваническом марганцево-магниевом элементе, содержащем емкость, образованную цилиндрическим корпусом с днищем, положительные и отрицательные электроды и электролит, причем положительный электрод содержит угольный стержень-токовод и активную массу, имеющую в своем составе пиролюзит, а отрицательный электрод выполнен из магниевого сплава, внутренняя поверхность емкости покрыта изоляционным материалом и снабжена вкладышем из полимерного материала, отрицательные электроды выполнены из пластин и установлены внутри корпуса, на днище последнего размещен решетчатый элемент из изоляционного материала с ячейками для имеющих круглое сечение стержней-тоководов и прорезями для пластинчатых отрицательных электродов, верхние торцы стержней-тоководов и отрицательных электродов соединены и зафиксированы по отдельности токопроводящими шинами, а активная масса размещена в свободном объеме емкости при расположении верхнего уровня массы ниже уровня верхних торцов стержней-тоководов и отрицательных электродов. В гальваническом марганцево-магниевом элементе электролит представляет собой раствор хлоридов кальция, магния или натрия, изоляционное покрытие внутренней поверхности корпуса выполнено из битума, вкладыш выполнен из полиэтилена, а решетчатый элемент - из винипласта. В гальваническом марганцево-магниевом элементе положительные электроды установлены параллельными рядами в шахматном порядке, а отрицательные выполнены волнообразными с эквидистантным их размещением относительно положительных электродов при формировании волн по дугам, являющимся частью соосной каждому положительному электроду окружности, причем отрицательные электроды, расположенные между положительными, выполнены удвоенной толщины по отношению к расположенным между положительными электродами и корпусом. Активная масса представляет собой смесь руды, содержащей пиролюзит, и кварцевого песка при объеме руды, равном или превышающем объем песка. Положительные электроды гальванического элемента соединены с его корпусом.

В способе уплотнения соединения трубопроводов, состоящего из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты, включающем заполнение межрезьбового пространства уплотняющим материалом, в качестве уплотняющего материала применяют самотвердеющие жидкотекучие смеси, а заполнение межрезьбового пространства проводят под давлением. В качестве самотвердеющей жидкотекучей смеси применяют эпоксидные компаунды.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Выделение необходимого участка из общей протяженности газопровода или секционирование последнего требует надежного изолирующего соединения. Применяемые в настоящее время изолирующие фланцы не обеспечивают в полной мере данное требование, одновременно отличаясь высокой металлоемкостью. Другие известные соединения вообще не могут быть использованы для этой цели, ибо изначально не имеют соответствующего предназначения. Для реализации предлагаемого изобретения в комплексе предлагается известное в сантехнике соединение по типу "сгона" с соответствующими изменениями. Если в случае обычно применяемого резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты отсутствует специально задаваемый зазор, то в настоящем случае указанный зазор составляет один из существенных признаков. Оговаривать величину зазора при этом не представляется правильным, поскольку он определяется изоляционными свойствами заполняющего данный зазор материала и величиной тока пробоя. Резьба, которой снабжена муфта и штуцера, может иметь различный тип, но преимущественной является трапециевидная резьба, обеспечивающая требуемую прочность соединения. При этом обеспечивается также работа заполняющего материала на сжатие. Собственно муфта имеет меньший вес, чем изолирующие фланцы. При наличии достаточно ощутимого зазора процесс наворачивания муфты на штуцера не составляет труда и проходит без осложнений. При выполнении муфты с выступами по торцам между муфтой и штуцерами по ее концам образуются кольцевые полости, предназначенные для размещения в них уплотнительных центрирующих шайб. При их установке и фиксации с помощью соосных радиальных отверстий в муфте и шайбах и штифтов происходит центрирование муфты, т. е. обеспечивается ее соосность со штуцерами, а следовательно, и с соединяемыми трубами. Одновременно шайбы несут уплотняющую функцию при последующем введении в зазор уплотняющего материала (предотвращение значительного выхода жидкотекучего уплотняющего материала за пределы соединения). Эту же функцию несет выполненная из изоляционного материала кольцеобразная вставка, устанавливаемая между штуцерами. Для введения уплотняющего материала и вывода при этом воздуха в муфте предусматриваются заливочные и дренажные отверстия.

С помощью изолирующих соединений при эксплуатации газопроводов от основного газопровода электрически изолируют отводы, а также отводы и газораспределительные станции от газовых сетей городов и предприятий (см. "Справочник по транспорту горючих газов", под редакцией К.С. Зарембо, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М., 1962 год, стр.480). Возможно секционирование и собственно магистрального газопровода, что позволяет выделять особо нуждающиеся в электрохимической защите участки.

В качестве источников тока при катодной защите возможно применение генераторов постоянного тока, приводимых в действие электродвигателями, двигателями на нефтяном и газовом топливе, ветровыми двигателями и т.д. В качестве источников тока могут быть использованы кислотные или щелочные аккумуляторные батареи и гальванические топливные элементы. На практике наиболее распространенными источниками тока являются селеновые выпрямители. Во всех вышеуказанных случаях становится совершенно необходимым постоянное обслуживание катодных станций и в наиболее распространенном варианте - использование выпрямителей - обязательное наличие рядом расположенных линий электропередачи. При значительной протяженности магистральных трубопроводов и размещении значительных участков последних в малообжитой местности требования к катодным станциям, связанные с обязательным обслуживанием и наличием линий электропередачи, становятся практически невыполнимыми, и единственным достаточно ненадежным способом защиты газопроводов от коррозии становится применение антикоррозионных покрытий.

Изобретением предусматривается формирование автономного источника питания, который обладает способностью работать без обслуживания достаточно длительное время (2-3 года) и может быть использован в территориально отдаленных районах. В качестве источника питания предлагается использовать гальванический элемент с однократным использованием активных составляющих, а именно элемент марганцево-магниевого типа. Современное состояние производства характеризуется выпуском надежных и отличающихся высокими потребительскими свойствами гальванических элементов, используемых, в основном, в бытовой технике. Однако из-за их малой разрядной емкости имеющиеся гальванические элементы не могут быть использованы в промышленном масштабе. Для реализации предлагаемого изобретения в комплексе необходимо изменение конструкции гальванического элемента при сохранении принципа его работы. Изготовление достаточно крупной емкости целесообразно провести из обычной стали при последующей защите ее от коррозионного воздействия электролита посредством покрытия внутренней поверхности изоляционным материалом, например битумом. Естественно, что при размещении гальванического элемента непосредственно в грунте следует с помощью изоляционного покрытия защитить корпус элемента от коррозионного воздействия почвенных вод. Для исключения вредного влияния местных дефектов изоляционного покрытия целесообразно оснастить емкость гальванического элемента дополнительным вкладышем из полимерного материала, например полиэтилена. Если в случае обычного малого элемента собственно корпус изготавливают из магниевого сплава и собственно корпус является отрицательным электродом, то в предлагаемом изобретении отрицательные электроды выполнены в виде отдельных пластин и размещены внутри корпуса. При малой величине гальванического элемента центральное расположение угольного стержня-токовода в достаточной мере обеспечивает равномерность износа растворяемого отрицательного электрода-корпуса. В предлагаемом изобретении при необходимости размещения внутри корпуса нескольких стержней-тоководов для равномерного износа отрицательных электродов стержни-тоководы целесообразно иметь цилиндрической формы, как и в прототипе изобретения, и располагать их в шахматном порядке, а отрицательные пластинчатые электроды выполнить волнообразными. Плавное огибание тоководов отрицательными электродами достигают формированием волн по дугам, являющимся частью соосной каждому положительному электроду окружности. При этом толщина пластин для отрицательных электродов, располагаемых между стержнями-тоководами, удваивается против отрицательных электродов, располагаемых в пространстве между тоководами и корпусом. Последнее объясняется преимущественным растворением отрицательных электродов с обеих сторон. Пластины отрицательных электродов естественно размещены на равном расстоянии от центров стержней-тоководов. Для крупногабаритного гальванического элемента особая задача состоит в точной фиксации как стержней-тоководов, так и отрицательных электродов. Последнее достигается размещением на днище корпуса решетчатого элемента, выполненного из изоляционного материала, например винипласта. Ряд ячеек решетчатого элемента предназначен для размещения в них нижних торцов стержней-тоководов. Высота планок решетчатого элемента выбирается из конструктивных соображений достаточной для фиксации стержней-тоководов и отрицательных электродов, нижние торцы которых в свою очередь размещают в прорезях решетчатого элемента. Верхние торцы как стержней-тоководов, так и отрицательных электродов фиксируют посредством по отдельности связывающими их токопроводящими шинами. В существующих гальванических элементах активную массу размещают между корпусом - отрицательным электродом и одиночным стержнем - тоководом. В случае предлагаемого изобретения активная масса располагается в свободном объеме емкости после размещения в ней стержней-тоководов и отрицательных электродов при расположении верхнего уровня массы ниже их верхних торцов. В гальванических элементах марганцево-магниевого типа используют специально обработанный и весьма дорогой пиролюзит. Применение подобной составляющей активной массы привело бы к очень высокой стоимости предлагаемого к установке на газопроводах гальванического элемента. Проведенными исследованиями показана применимость руды, содержащей пиролюзит при тонком измельчении последней. В силу применения ограниченных по толщине пластин для изготовления отрицательных электродов с определенным временем растворения (износа) нет необходимости заполнения свободного объема емкости полностью измельченной рудой, содержащей в основном пиролюзит. Поэтому целесообразно в качестве активной массы использовать смесь пиролюзитной руды и кварцевого песка (инертный наполнитель) при объеме руды, равном или превышающем объем песка. Электролитом для гальванического элемента при этом является раствор хлоридов кальция, магния или натрия при заполнении им прозоров дисперсной активной массы. Приблизительное соотношение между весовыми долями активной массы и электролита составляет 4-6 : 1. Выбор концентрации электролита определяется потребной температурой замерзания, что важно для использования предлагаемого изобретения в районах крайнего севера. Целесообразно для предотвращения нарушений работы гальванического элемента соединить токопроводящую шину, связывающую стержни-тоководы, с корпусом аппарата. При этом собственно анодное заземление катодной защиты соединяют с корпусом гальванического элемента без вмешательства во внутреннюю конструкцию. Важно отметить, что гальванический элемент данной конструкции может быть собран и приведен в рабочее состояние непосредственно на трассе. Там же может быть изготовлена и емкость.

Современные способы уплотнения резьбового соединения трубопроводов при помощи льна, асбеста, натуральных белил, суриковой замазки, фторопластовых лент и т.д. вполне приемлемы для трубопроводов малого диаметра, служащих для транспортирования горячей и холодной воды и бытового природного газа с малым давлением, но совершенно неприемлемы для газопроводов высокого давления. Предлагаемым изобретением предусматривается применение для заполнения резьбового соединения трубопроводов самотвердеющих жидкотекучих смесей, например эпоксидных компаундов при проведении собственно процесса заполнения под давлением. Наличие в соединении отверстий для подачи уплотняющего материала и дренажных отверстий обеспечивает равномерное заполнение всего зазора. Очевидно, что после затвердевания компаунда практически происходит образование плотно прилегающей к резьбе штуцеров и муфты уплотняющей втулки. Принципиально возможно было бы и первоначально рассмотреть возможность введения в конструкцию подобной втулки. Однако конструкция приобрела бы при этом абсолютно нетехнологичный характер при практической невозможности обеспечения необходимой плотности и прочности. Применение самотвердеющих жидкотекучих уплотняющих материалов позволяет просто и надежно решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение поясняется нижеприведенными примерами и фигурами.

На фиг.1 приведена принципиальная схема катодной защиты, характеризующая способ электрохимической защиты локального участка магистрального газопровода. Локальный участок 1, требующий защиты, выделяют из магистрального газопровода 2 посредством изолирующих соединений 3. Отрицательный полюс источника питания 4 соединяют с локальным участком 1. Положительный полюс источника питания 4 соединяют с анодным заземлением 5. В качестве источника питания 4 используют соединенные последовательно гальванические элементы марганцево-магниевого типа по предлагаемому изобретению. Одна установка катодной защиты способна защитить участок от 1 до 40 километров в зависимости от состояния и качества изоляционного покрытия (см. "Справочник по транспорту горючих газов", под редакцией К.С. Зарембо, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М., 1962 год, стр.458). Для одной установки используют 4-6 последовательно соединенных гальванических элементов. Расчет собственно заземления, расстояния его от магистрального газопровода и т.д. проводится по общепринятым нормативным материалам, поскольку от имеющихся катодных станций защита по предлагаемому изобретению отличается типом источника питания при четких границах защищаемого участка.

На фиг. 2 представлено соответствующее предлагаемому изобретению изолирующее соединение трубопроводов.

Изолирующее соединение включает в себя штуцера 1 и 2, присоединяемые, например, сваркой к концам соединяемых труб. Штуцера снабжены трапециевидной резьбой 3 и 4. Штуцера 1 и 2 состыкованы друг с другом с помощью муфты 5, также снабженной трапециевидной резьбой 6. Торцы муфты 5 снабжены выступами 7 и 8. В полостях, образованных штуцерами 1 и 2 и выступами 7 и 8, установлены уплотнительные центрирующие шайбы 9 и 10. Выступы 7 и 8 и уплотнительные центрирующие шайбы 9 и 10 имеют соосные радиальные отверстия 11 и 12 с размещенными в них штифтами 13 и 14. Муфта 5 снабжена отверстиями 15 для подачи уплотняющего материала и отверстиями 16 для вывода воздуха. Между штуцерами 1 и 2 установлена кольцеобразная вставка 17, выполненная из изоляционного материала. Между резьбой 3 и 4 штуцеров 1 и 2 и резьбой 6 муфты 5 образован равномерный зазор 18, заполненный уплотняющим изоляционным материалом.

Изолирующее соединение трубопроводов работает следующим образом. На штуцер 1, имеющий резьбу 3, свободно (благодаря значительному зазору) наворачивают муфту 5, имеющую резьбу 6. Штуцер 2, имеющий резьбу 4, состыковывают со штуцером 1, размещая между штуцерами 1 и 2 изолирующую кольцеобразную вставку 17. Далее муфту 5 с резьбой 6 наворачивают на резьбу 4 штуцера 2. Конструктивно длина резьбы такова, что в полостях, образованных штуцерами 1 и 2 и выступами 7 и 8 муфты 5, в точно установленном месте размещают уплотнительные центрирующие шайбы 9 и 10. При этом муфта 5 становится строго соосной штуцерам 1 и 2 и формируется равномерный межрезьбовой зазор 18. В соосные радиальные отверстия 11 и 12 выступов 7 и 8 и уплотнительных центрирующих шайб 9 и 10 устанавливают фиксирующие штифты 13 и 14. Через отверстия 15 вводят уплотняющий материал при выводе воздуха через отверстия 16. Соединение, таким образом, изготавливают в стационарных заводских условиях, транспортируют на место установки и там сваривают с соединяемыми трубопроводами.

Согласно комплексному рассмотрению группы предлагаемых изобретений уплотняющий материал вводят в жидкотекучем виде под давлением с последующим его затвердеванием. После затвердевания формируется прочное и надежное соединение трубопроводов с необходимыми изоляционными свойствами. Естественно, что для введения уплотняющего материала отверстия 15 имеют резьбу для установки штуцера запитывающей уплотняющим материалом системы. После введения материала отверстия 15 целесообразно закрыть снабженными соответствующей резьбой заглушками.

Как указывалось выше, заявляемое изолирующее соединение трубопроводов отличается сниженной металлоемкостью. Например, изолирующее соединение при диаметре газопровода Д_у=500 и давлении природного газа Р=80 атм. Имеет вес 310 кг против 600 кг при использовании изолирующих фланцев.

На фиг.3 приведена конструкция предлагаемого марганцево-магниевого гальванического элемента. Гальванический элемент включает в себя емкость 1, образованную цилиндрическим корпусом 2 и днищем 3. Корпус 2 и днище 3 снабжены изоляционным покрытием 4 из битума. Внутри емкости 1 размещен вкладыш 5 из полиэтилена. На днище 3 установлен решетчатый элемент 6 из винипласта, выполненный из пересекающихся пластин 7 с формированием квадратных ячеек 8. Пластины 7 решетчатого элемента 6 имеют фигурные прорези 9 для размещения нижних торцов отрицательных электродов. Отрицательные электроды 10 выполнены из пластин, материалом которых является магниевый сплав (например, Mг, МЛ5, МЛ 10, МЛ 12) и установлены внутри емкости 1 с размещением их нижних торцов в прорезях 9. Расположенные параллельными рядами в шахматном порядке угольные стержни-тоководы 11 имеют круглое сечение и размещены нижними торцами в ячейках 8. Отрицательные пластинчатые электроды 10 имеют волнообразный вид при формировании волн по дугам, являющимся частью соосной каждому стержню-тоководу 11 окружности. Отрицательные электроды 10 размещены на равном расстоянии от стержней-тоководов 11. Толщина пластин, из которых выполнены отрицательные электроды 10, расположенные между стержнями-тоководами 11, удвоена против толщины пластин, из которых выполнены отрицательные электроды 10, расположенные между стержнями-тоководами 11 и корпусом гальванического элемента 2. Верхние торцы отрицательных электродов 10 и верхние торцы стержней-тоководов 11 соединены между собой соответственно токопроводящими шинами 12 и 13. Соединительные шины 12 и 13 одновременно служат для фиксации соответственно отрицательных электродов 10 и стержней-тоководов 11. Свободный после установки внутренних деталей (4, 5, 6, 10 и 11) объем емкости 1 заполнен активной массой 14, представляющей собой смесь подробленной руды, содержащей пиролюзит, и кварцевого песка. При этом объем руды в смеси равен или превышает объем кварцевого песка, а верхний уровень активной массы расположен ниже уровня размещения верхних торцов отрицательных электродов 10 и стержней-тоководов 11. Активная масса залита до появления на поверхности свободной жидкости электролитом, представляющим собой раствор преимущественно одной из следующих солей: хлорид кальция, магния или натрия. Выбор концентрации электролита определяется температурой замерзания последнего. Токопроводящая шина 13, связывающая стержни-тоководы 11, одновременно соединена электрически с корпусом 2.

Следует указать некоторые параметры реально примененного при проведении испытаний отдельного гальванического элемента:
Диаметр корпуса - - 1200 мм,
Высота корпуса - - 1000 мм,
Диаметр стержней-тоководов - - 110 мм,
Толщина пластин отрицательных электродов - - 20 и 40 мм,
Число стержней-тоководов - - 10.

Электролит - раствор хлорида кальция концентрацией 25 мас.%, имеющий температуру замерзания на уровне - 30^oС. Электродвижущая сила при этом составляла ≈1,5 V.

Работа марганцево-магниевого элемента определяется, как и других гальванических элементов, непосредственным превращением энергии химического взаимодействия в энергию электрическую. При этом общее уравнение электродных процессов в элементе:
МnO₂+Н₂O+Mg=MnO+Mg(OH)₂.

Разность потенциалов возникает при наложении внешней нагрузки между связанными между собой шиной 12 отрицательными электродами 10 и положительным электродом, который формируют с помощью связанных шиной 13 стержней-тоководов 11 и активной массы 14. Активную массу приготавливают, смешивая подробленную, содержащую пиролюзит руду и кварцевый песок в соотношении по объему, например, 1:1. Активную массу размещают в емкости 1, которую изготавливают, соединяя цилиндрический корпус 2 и днище 3. Изнутри емкость 1 защищают от коррозионного воздействия электролита, нанося защитный слой (покрытие) 4 из битума. Для дополнительной защиты от коррозии в емкости 1 размещают вкладыш из полиэтилена 5. Стержни-тоководы 11 круглой формы нижним торцом устанавливают в ячейки 8 решетчатого элемента 6, который изготавливают из пересекающихся пластин 7 и укладывают на днище 3. В том же решетчатом элементе 6 фиксируют и отрицательные электроды 10, изготовленные из магниевого сплава, при помощи прорезей 9. Причина применения отрицательных электродов различной толщины, изготовления их из пластин волнообразного вида, размещения стержней-тоководов в шахматном порядке состоит в выполнении требования равномерного износа всех элементов в ходе эксплуатации гальванического элемента. Для приведения гальванического элемента в рабочее состояние активную массу заливают электролитом.

Пример 1. Данный пример иллюстрирует реализацию способа уплотнения соединения трубопроводов. Для приведенной выше конструкции изолирующего соединения трубопроводов в качестве уплотняющего материала используют эпоксидный компаунд ЭЗК-9 (см., например, "Руководящий технический материал радиоэлектроники и электронной техники", НО.054.003, Министерство радиоэлектронной промышленности СССР, М., 1963 год. Раздел "Герметизация радиоэлементов эпоксидными компаундами. Типовые технологические процессы", Редакция 1-63, стр. 26). Приготовление заливочного эпоксидного компаунда проводят согласно приводимым в руководящих материалах инструкциям. Заполнение межрезьбового зазора проводят из соответствующего запиточного устройства, включающего емкость, подающую шланговую линию и источник давления (подробного описания не приводится, т.к. это выходит за рамки описываемой группы изобретений).

Очевидно, что заявляемая конструкция соединения трубопроводов и заявляемый способ уплотнения соединения трубопроводов могут быть использованы в современной технике достаточно широко для случаев транспорта сред, отличных от природного газа.

Наличие в каждой из составляющей группы изобретений отличительных признаков от принятых прототипов определяет соответствие предлагаемых изобретений критерию патентоспособности "новизна".

Неочевидность предлагаемых технических решений для специалистов, что следует из рассмотрения аналогов, прототипов и уровня техники в смежных областях, определяет соответствие предлагаемых решений критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Подробное описание решений показывает отсутствие каких-либо осложнений при их реализации (изготовление, использование и т.д.), что в свою очередь показывает соответствие предлагаемых решений критерию патентоспособности "промышленная применимость".

Согласно приведенным выше сведениям использование заявляемых технических решений обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- возможность надежного выделения защищаемых от коррозии отводов от основного газопровода и его локального участка от остальной трассы с помощью изолирующего соединения трубопроводов новой конструкции,
- надежность изолирующего соединения и снижение его металлоемкости,
- независимость электропитания катодной защиты от обязательного обслуживания и наличия линий электропередачи,
- повышение разрядной емкости источника питания,
- применение для изготовления гальванического элемента недефицитных материалов,
- простота конструкции гальванического элемента, снижение капитальных и эксплуатационных затрат электрохимической защиты магистральных газопроводов,
- надежный и простой способ уплотнения соединений трубопроводов, особенно пригодный для трубопроводов большого диаметра.

Настоящее изобретение относится к области защиты от коррозии транспортирующих трубопроводов, в частности газопроводов. Задачей изобретения является создание электрохимической (катодной) защиты локального участка магистрального газопровода. Одновременно решались частные задачи: создание надежного и достаточно простого изолирующего соединения трубопроводов и его уплотнения, создание приемлемого источника питания. Достигаемый технический результат состоит в повышенной надежности изолирующего соединения при одновременном снижении его металлоемкости, в повышении разрядной емкости источника питания - марганцево-магниевого гальванического элемента и в технологичности и надежности уплотнения соединения трубопровода. Указанный технический результат достигается следующим образом. Изолирующее соединение трубопроводов, защищаемых от коррозии, например, посредством катодной поляризации с источником питания в виде гальванического элемента, состоит из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты. Новым в изолирующем соединении является выполнение торцов муфты с выступами, в полостях между выступами и штуцерами с обеих сторон установлены уплотнительные центрирующие шайбы, имеющие с выступами муфты соосные радиальные отверстия с размещенными в них штифтами, муфта снабжена отверстиями для подачи уплотняющего материала и дренажными отверстиями для вывода воздуха, а резьбовое соединение штуцеров и муфты выполнено с заданным зазором, заполненным уплотняющим изоляционным материалом. Между штуцерами установлена кольцеобразная вставка, выполненная из изоляционного материала. Описаны гальванический марганцево-магниевый элемент и способ уплотнения соединения трубопроводов. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Изолирующее соединение трубопроводов, защищаемых от коррозии, например, посредством катодной поляризации с источником питания в виде гальванического элемента, состоящее из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты, отличающееся тем, что торцы муфты выполнены с выступами, в полостях между выступами и штуцерами с обеих сторон установлены уплотнительные центрирующие шайбы, имеющие с выступами муфты соосные радиальные отверстия с размещенными в них штифтами, муфта снабжена отверстиями для подачи уплотняющего изоляционного материала и дренажными отверстиями для вывода воздуха, а резьбовое соединение штуцеров и муфты выполнено с заданным зазором, заполненным уплотняющим изоляционным материалом. 2. Изолирующее соединение по п. 1, отличающееся тем, что между штуцерами установлена кольцеобразная вставка, выполненная из изоляционного материала. 3. Гальванический марганцево-магниевый элемент, содержащий емкость, образованную цилиндрическим корпусом с днищем, положительные и отрицательные электроды и электролит, причем положительный электрод содержит угольный стержень-токовод и активную массу, имеющую в своем составе пиролюзит, а отрицательный электрод выполнен из магниевого сплава, отличающийся тем, что внутренняя поверхность емкости покрыта изоляционным материалом и снабжена вкладышем из полимерного материала, отрицательные электроды выполнены из пластин и установлены внутри корпуса, на днище последнего размещен решетчатый элемент из изоляционного материала с ячейками для имеющих круглое сечение стержней-тоководов и прорезями для пластинчатых отрицательных электродов, верхние торцы стержней-тоководов и отрицательных электродов соединены и зафиксированы по отдельности токопроводящими шинами, а активная масса размещена в свободном объеме емкости при расположении верхнего уровня массы ниже уровня верхних торцов стержней-тоководов и отрицательных электродов. 4. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что электролит представляет собой раствор хлоридов кальция, магния или натрия. 5. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что изоляционное покрытие внутренней поверхности корпуса выполнено из битума. 6. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что вкладыш выполнен из полиэтилена. 7. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что решетчатый элемент выполнен из винипласта. 8. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что стержни-тоководы установлены параллельными рядами в шахматном порядке, а отрицательные - выполнены волнообразными с эквидистантным их размещением относительно стержней-тоководов при формировании волн по дугам, являющимся частью соосной каждому стержню-тоководу окружности, причем отрицательные электроды, расположенные между стержнями-тоководами, выполнены удвоенной толщины по отношению к расположенным между стержнями-тоководами и корпусом. 9. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что активная масса представляет собой смесь руды, содержащей пиролюзит, и кварцевого песка при объеме руды, равном или превышающем объем песка. 10. Гальванический элемент по п. 3, отличающийся тем, что стержни-тоководы соединены с корпусом гальванического элемента. 11. Способ уплотнения соединения трубопроводов, состоящего из резьбового соединения штуцеров, связанных с концами соединяемых труб, и муфты, включающий заполнение межрезьбового пространства уплотняющим материалом, отличающийся тем, что в качестве уплотняющего материала применяют самотвердеющие жидкотекучие смеси, а заполнение межрезьбового пространства проводят под давлением. 12. Способ уплотнения по п. 11, отличающийся тем, что в качестве самотвердеющей жидкотекучей смеси применяют эпоксидные компаунды.