АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ГРУППЫ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2012 года по МПК C23F13/02 

Изобретение относится к технике защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений.

Известна схема катодной защиты подземных металлических сооружений, включающая защищаемое сооружение, регулируемый источник постоянного тока, соединительный провод и анодное заземление [1]. В этом устройстве отрицательный полюс источника постоянного тока подключен к защищаемому сооружению, положительный полюс - к искусственно созданному аноду-заземлителю.

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 [2]. 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 трубопроводов и подземных металлических сооружений одним источником постоянного тока оказывается не эффективной.

Известно устройство для совместной катодной защиты подземных сооружений [3], которое содержит регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлению.

Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность совместной катодной защиты.

Известна система катодной защиты двух и более сооружений [4], которая содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителью, два кремниевых вентиля, два регулируемых сопротивления, причем минусовая клемма выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые балластные сопротивления.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты при воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников, способствующей протеканию токов и возрастанию коррозии, и высокое энергопотребление.

Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты группы подземных металлических сооружений путем компенсации воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников посредством коррекции защитных потенциалов группы металлических подземных сооружений и снижение энергозатрат за счет поддержания минимального значения защитного потенциала, адаптивно повышая его в случае проявления воздействия внешних электрических полей.

Поставленная цель достигается тем, что адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящее из основного и N дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителю, кремниевые вентили в цепи защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовой ключ и фильтр основного защищаемого сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала, блок сравнения, усилитель, интегратор и блок управления силовым ключом основного защищаемого сооружения, N блоков управления силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений, снабжено 2N датчиками распределения потенциалов по грунту между защищаемыми сооружениями, N операционными усилителями, N резисторами в прямой и N резисторами в обратной связях операционных усилителей, N корректорами потенциала, корректирующим сумматором, N сумматорами коррекции потенциала, N усилителями, N интеграторами дополнительных защищаемых сооружений, широтно-импульсным модулятором основного защищаемого сооружения и N широтно-импульсными модуляторами дополнительных защищаемых сооружений, причем силовой ключ и фильтр основного защищаемого сооружения соединены последовательно с кремниевым вентилем в цепи основного защищаемого сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных защищаемых сооружений соединены последовательно с кремниевыми вентилями в цепях N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом корректирующего сумматора, входы корректирующего сумматора соединены с выходами датчика величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, и N корректоров потенциала, выход блока сравнения через последовательно соединенные усилитель, интегратор, широтно-импульсный модулятор и блок управления силовым ключом основного защищаемого сооружения соединен с силовым ключом основного защищаемого сооружения, 2N датчиков распределения потенциалов по грунту между защищаемыми сооружениями соединены с прямыми входами N операционных усилителей непосредственно и инверсными входами через N резисторов в прямых связях операционных усилителей, N резисторов в обратных связях операционных усилителей соединены с инверсными входами и выходами операционных усилителей, выходы N операционных усилителей соединены с входами N сумматоров коррекции потенциала, вторые входы которых соединены с выходами N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, выходы N сумматоров коррекции потенциала через последовательно соединенные N усилителей, N интеграторов, N широтно-импульсных модуляторов и N блоков управления N силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений соединены с N силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений, входы N корректоров потенциала соединены с выходами N операционных усилителей.

На чертеже представлена схема адаптивного устройства катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений.

Адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, фильтр выпрямленного напряжения 3, анодный заземлитель 4, кремниевые вентили 5 в цепи защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения 6, N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений 7, силовой ключ 8 и фильтр 9 основного защищаемого сооружения, N силовых ключей 10 и фильтров 11 дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала 12, блок сравнения 13, усилитель 14, интегратор 15, широтно-импульсный модулятор 16 и блок управления 17 силовым ключом основного защищаемого сооружения, N блоков управления силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений 18, 2N датчиков распределения потенциалов по грунту 19 между защищаемыми сооружениями, N операционных усилителей 20, N резисторов в прямой 21 и N резисторов в обратной 22 связях операционных усилителей, N корректоров потенциала 23, корректирующий сумматор 24, N сумматоров коррекции потенциала 25, N усилителей 26, N интеграторов дополнительных защищаемых сооружений 27 и N широтно-импульсных модуляторов дополнительных защищаемых сооружений 28.

Адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений работает следующим образом.

Величина защитного потенциала измеряется датчиком величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения 6 и устанавливается посредством задатчика потенциала 12. В рабочем режиме величины защитных потенциалов основного защищаемого сооружения (ОЗС) и N дополнительных защищаемых сооружений (ЗС1, ЗС2, …, ЗС N) выравнены адаптивным устройством катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений и имеют одинаковые значения. На выходах N датчиков разности потенциалов 7 дополнительных защищаемых сооружений напряжение равно нулю. Изменение параметров грунта приводит к появлению разности потенциалов между защищаемыми сооружениями, которая измеряется N датчиками разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений 7 и подается на первый вход N сумматоров коррекции потенциала 25 каждого защищаемого сооружения.

При воздействии внешних электрических полей в грунте от различных достаточно мощных источников (трамвайные и железнодорожные пути, трансформаторные подстанции и др.), расположенных в зоне пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений, появляется разность потенциалов грунта из-за протекания токов при работе различных внешних источников. Это приводит к ухудшению процесса защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Для компенсации воздействия внешних электрических полей в грунте от различных внешних источников проводится измерение потенциалов 2N датчиками распределения потенциалов по грунту 19 между защищаемыми сооружениями, разность потенциалов усиливается N операционными усилителями 20 и подается на второй вход N сумматоров коррекции потенциала 25 каждого защищаемого сооружения. Сигнал с выхода каждого из N сумматоров коррекции потенциала 25 в канале каждого дополнительного защищаемого сооружения через N усилителей 26, N интеграторов 27 и N широтно-импульсных модуляторов 28 подается на N блоков управления силовыми ключами 18, которые посредством N силовых ключей 10 корректируют величину защитного потенциала для каждого дополнительного защищаемого сооружения. Этим достигается коррекция защитных потенциалов при воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников в зоне пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений.

Для коррекции работы канала основного защищаемого сооружения при воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников сигналы с каждого из N операционных усилителей 20 через N корректоров потенциала 23 подаются на корректирующий сумматор 24, предназначенный для учета в сигнале, поступающем на блок сравнения 13, воздействий внешних электрических полей. Так же на корректирующий сумматор 24 подается сигнал с датчика величины защитного потенциала 6. Сигнал с выхода корректирующего сумматора 24 сравнивается с заданным значением с задатчика потенциала 12 на блоке сравнения 13. Сигнал с выхода блока сравнения 13 через усилитель 14, интегратор 15, широтно-импульсный модулятор 16 и блок управления 17 подается на силовой ключ 8 основного защищаемого сооружения, чем достигается коррекция защитного потенциала от воздействия внешних электрических полей.

Такое решение позволяет задавать минимальное значение потенциала на выходе задатчика потенциала 12 при работе в номинальном режиме. В случае появления внешних электрических полей посредством 2N датчиков распределения потенциалов по грунту 19 N операционных усилителей 20, N корректоров потенциала 23 и корректирующего сумматора 24 происходит увеличение защитного потенциала. Учитывая, что воздействие внешних электрических полей в грунте от различных источников, как правило, кратковременно (прохождение трамвая, электропоезда), адаптивное устройство катодной защиты работает в режиме минимального значения защитного потенциала, повышая его лишь в случае необходимости. Этим обеспечивается режим энергосбережения адаптивного устройства катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений.

Таким образом, адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений обеспечивают повышение эффективности катодной защиты группы подземных металлических сооружений путем компенсации воздействия внешних электрических полей в грунте от различных источников посредством коррекции защитных потенциалов группы металлических подземных сооружений и снижение энергозатрат за счет поддержания минимального значения защитного потенциала, адаптивно повышая его в случае проявления воздействия внешних электрических полей.

Источники информации

1. 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.

2. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. - М.: Стройиздат, 1974 г., с.86-89; 1982 г., с.74-79.

3. Пат. SU N524860, МПК 5 C23F 13/00. Устройство для совместной катодной защиты металлических оболочек высоковольтных кабелей и других подземных металлических сооружений / Н.Н.Божук [и др.]. - №1984126; заявл. 1974.01.07; опубл. 1976.08.15, Бюл. №30. - 2 с.: ил.

4. Пат. RU 2151218, МПК С23F 13/02. Схема катодной защиты двух или более сооружений / В.В.Палашов [и др.]; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. №99116931/02; заявл. 1999.08.03; опубл. 2003.03.20, Бюл. №8. - 4 с.: ил.

Изобретение относится к области защиты от коррозии подземных металлических сооружений. Устройство содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителю, кремниевые вентили, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовой ключ и фильтр основного сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных сооружений, задатчик потенциала, блок сравнения, усилитель, интегратор и блоки управления силовым ключом, при этом оно снабжено 2N датчиками распределения потенциалов по грунту между защищаемыми сооружениями, N операционными усилителями, N резисторами в прямой и N резисторами в обратной связях операционных усилителей, N корректорами потенциала, корректирующим сумматором, N сумматорами коррекции потенциала, N усилителями, N интеграторами дополнительных защищаемых сооружений, широтно-импульсными модуляторами. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты и снижение энергозатрат. 1 ил.

Адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящей из основного и N дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителю, кремниевые вентили в цепи защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовой ключ и фильтр основного защищаемого сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала, блок сравнения, усилитель, интегратор и блок управления силовым ключом основного защищаемого сооружения, N блоков управления силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены 2N датчиков распределения потенциалов по грунту между защищаемыми сооружениями, N операционных усилителей, N резисторов в прямой и N резисторов в обратной связях операционных усилителей, N корректоров потенциала, корректирующий сумматор, N сумматоров коррекции потенциала, N усилителей, N интеграторов дополнительных защищаемых сооружений, широтно-импульсный модулятор основного защищаемого сооружения, и N широтно-импульсных модуляторов дополнительных защищаемых сооружений, причем силовой ключ и фильтр основного защищаемого сооружения соединены последовательно с кремниевым вентилем в цепи основного защищаемого сооружения, N силовых ключей и фильтров дополнительных защищаемых сооружений соединены последовательно с кремниевыми вентилями в цепях N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом корректирующего сумматора, входы корректирующего сумматора соединены с выходами датчика величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, и N корректоров потенциала, выход блока сравнения через последовательно соединенные усилитель, интегратор, широтно-импульсный модулятор и блок управления силовым ключом основного защищаемого сооружения соединен с силовым ключом основного защищаемого сооружения, 2N датчиков распределения потенциалов по грунту между защищаемыми сооружениями соединены с прямыми входами N операционных усилителей непосредственно и инверсными входами через N резисторов в прямых связях операционных усилителей, N резисторов в обратных связях операционных усилителей соединены с инверсными входами и выходами операционных усилителей, выходы N операционных усилителей соединены с входами N сумматоров коррекции потенциала, вторые входы которых соединены с выходами N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, выходы N сумматоров коррекции потенциала через последовательно соединение N усилителей, N интеграторов N широтно-импульсных модуляторов и N блоков управления N силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений соединены с N силовыми ключами дополнительных защищаемых сооружений, входы N корректоров потенциала соединены с выходами N операционных усилителей.