СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ УЧАСТКОВ ПЕРЕЗАЩИТЫ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2021 года по МПК G01N27/60 G01N17/02 G01N33/20 C23F13/00 F16L55/00 

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления участков перезащиты металла подземных сооружений, например трубопроводов [G01N 17/00, G01N 27/60, G01N 33/20].

Подземные металлические трубопроводы, кабели и другие сооружения являются одной из самых капиталоемких единиц экономики в нефтегазовой отрасли. От их нормального, бесперебойного функционирования зависит жизнеобеспеченность городов и населенных пунктов [ГОСТ 9.602-2005 Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии].

Наибольшее влияние на условия эксплуатации и срок службы подземных металлических сооружений оказывает коррозионная агрессивность окружающей среды, включающая присутствие коррозионно-опасных микроорганизмов, а также блуждающие постоянные токи, источником которых является рельсовый электрифицированный транспорт, и переменные токи промышленной частоты. Воздействие каждого из указанных факторов, и тем более их сочетания, может в несколько раз сократить срок службы стальных подземных сооружений и привести к необходимости преждевременного ремонта трубопроводов и кабелей. Единственно возможным способом борьбы с этим негативным явлением является своевременное применение мер по противокоррозионной защите стальных подземных сооружений.

Критериями опасности коррозии подземных сооружений являются коррозионная агрессивность среды (грунтов, грунтовых и других вод) по отношению к металлу сооружения (включая биокоррозионную агрессивность грунтов) и опасное действие блуждающего постоянного и переменного токов.

Коррозионный процесс с водородной деполяризацией имеет место при достаточно высоких отрицательных значениях потенциала металла. Водородная деполяризация негативно сказывается на трубопроводе из-за «водородного охрупчивания» стали и отслоения изоляционного покрытия. Перенапряжение выделения водорода на поверхности металла подземного сооружения подчиняется уравнению Тафеля или логарифмической зависимости значений электродного потенциала металла от плотности тока. На катодной поляризационной кривой при этом отмечается «перелом» зависимости вызванный тем, что на выделение водорода расходуется больше энергии.

Из уровня техники известен СПОСОБ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ [GB2025056 (A), опубл. 16.01.1980], предназначенный для оценки коррозионной активности в подземных металлических структурах на основе измерения истинного потенциала структуры с почвой путем размещения зонда электрода, имитирующий дефект в виде покрытия на металлическую структуру в непосредственной близости от указанной структуры, после прерывания тока между указанным зондом и указанной структурой и регистрация немедленного потенциального изменения.

Недостатком данного способа является отсутствие информации об изменении значений потенциала при переходе коррозионного процесса с кислородной деполяризации на водородную поляризацию.

Из уровня техники известен СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ [RU2327821 (A), опубл. 31.06.2008], предназначенный для регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов, включающий снятие катодной поляризационной кривой, подбор и поддержание выбранного потенциала катодной защиты, отличающийся тем, что подбор потенциала катодной защиты осуществляют по градиенту логарифма тока по потенциалу, при этом значение потенциала катодной защиты поддерживают на 0,03-0,06 В меньше по модулю, чем значение, при котором происходит изменение градиента логарифма тока по потенциалу.

Недостатком аналога является низкая достоверность проводимых измерений, обусловленная наличием погрешности при замерах напряжения на защищаемой конструкции, увеличивающей величину блуждающих токов в почве, отрицательно влияющих на точность измерений. Кроме того, периодические замеры для определения верхнего значения потенциала подземного объекта осуществляют только вблизи катодной станции и не учитывают состояние объекта на границах защитной зоны катодной станции, что не гарантирует эффективность защиты на всем протяжении участка объекта.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПРОТЯЖЕННОГО УЧАСТКА ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ [RU2493291 (C1), опубл. 20.09.2013], предназначенный для катодной защиты протяженного участка подземного сооружения, включающий периодическое снятие вблизи катодной станции контрольной зависимости f1 потенциала подземного сооружения от логарифма тока катодной станции, определение верхнего значения потенциала Uверх, соответствующего точке изменения крутизны указанной контрольной зависимости f1, определение и последующее поддержание в интервале между снятиями контрольных зависимостей оптимального значения потенциала подземного сооружения, отличающийся тем, что дополнительно снимают контрольные зависимости f2 и f3 потенциала подземного сооружения, как минимум, еще в двух точках, расположенных на границе защитной зоны катодной станции по одну и по другую от нее стороны вдоль подземного сооружения, для дополнительно снятых зависимостей f2 и f3 определяют значения токов Iн2 и Iн3, соответствующие минимальному нормированному потенциалу Uмин, выбирают наибольшее значение из токов Iн2 и Iн3, для контрольной зависимости f1 определяют значение потенциала, соответствующее выбранному наибольшему значению тока, данное значение потенциала принимают за нижнее допустимое значение Uнижн, а в качестве оптимального значения потенциала подземного сооружения, поддерживаемого в интервале между снятиями контрольных зависимостей, выбирают потенциал между нижним и верхним значениями Uнижн и Uверх, определенными при последнем снятии контрольной зависимости.

Основной технической проблемой прототипа является необходимость выставления заведомо завышенных параметров напряжения и тока при регулировании станции катодной защиты, что создает дополнительную опасность для эксплуатации трубопровода, и увеличивает сопутствующие этому затраты электрической энергии, которые не всегда компенсируются нахождением оптимального значения потенциала, необходимого для защиты подземного сооружения.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасного оперативного обнаружения участков перезащиты металла.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, характеризующийся снятием вольтамперной характеристики, построением кривой значения градиента логарифма тока по потенциалу и идентификацией точкой преломления кривой, отличающийся тем, что для идентификации точки преломления кривой вольтамперной характеристики периодически изменяют электрическое сопротивление между трубопроводом и выносным электродом для приращения тока в цепи ∆I_i, разрывают электрическое соединение между трубопроводом и выносным электродом и измеряют поляризационный потенциал между выносным электродом и электродом сравнения ∆U_i, определяют отношение поляризационного потенциала к приращению тока ∆U_i/∆I_i, сравнивают полученное отношение с результатом предыдущих вычислений ∆U_i/∆I_i, при ΔU_i/ΔI_i=const выясняют о деполяризации по кислороду, а при ΔU_i-1/ΔI_i-1 > ΔU_i/ΔI_i выясняют и оповещают о водородной поляризации.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет того, что устройство обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, содержащее электрод сравнения, вольтметр и амперметр, отличающееся тем, что дополнительно содержит выносной электрод, соединенный с трубопроводом через шунт и регулятор тока, между шунтом и выносным электродом подключен электрод сравнения, при этом вольтметр подключен в цепь подключения электрода сравнения, а амперметр подключен параллельно шунту, выходы амперметра и вольтметра подключены к контроллеру, выполненному с возможностью управления регулятором тока и выполнения вычислений.

В частности, амперметр выполнен цифровым.

В частности, вольтметр выполнен цифровым.

В частности, контроллер выполнен в виде контроллера ввода/вывода.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показана схема устройства обнаружения участков перезащиты металла трубопровода.

На фиг. 2 представлена поляризационная кривая вольтамперной характеристики.

На фигурах обозначено: 1 – трубопровод, 2 – регулятор тока, 3 – шунт, 4 – выносной электрод, 5 – вольтметр, 6 – электрод сравнения, 7 –амперметр, 8 – контроллер, АВ – участок подавления коррозии с кислородной деполяризацией, ВС – участок подавления коррозии с водородной деполяризацией, В – точка перегиба поляризационной кривой.

Осуществление изобретения.

Устройство обнаружения участков перезащиты металла трубопровода содержит выносной электрод 4 (см. фиг.1), соединенный через шунт 3 и регулятор тока 2 с контролируемым на предмет коррозии участком металлического трубопровода 1.

Между шунтом 3 и выносным электродом 4 через вольтметр 5, выполненный, например, цифровым, подключен электрод сравнения 6. Параллельно шунту 3 подключен амперметр 7, выполненный, например, цифровым. Выходы вольтметра 5 и амперметра 7 соединены с контроллером 8, выполненным в виде контроллера ввода/вывода.

Способ обнаружения участков перезащиты металла трубопровода реализуют в работе описанного выше одноименного устройства.

При катодной защите протяженного участка трубопровода 1 осуществляют периодическое построение поляризационной кривой на контрольно-измерительных пунктах трубопровода 1 для выявления перелома катодной поляризационной кривой (см. фиг.2). Для построения катодной поляризационной кривой осуществляют деполяризацию выносного электрода 4, для чего с контроллера 8 регулятором тока 2 отключают выносной электрод 4 от трубопровода 1. Далее, в момент времени T_i с контроллера 8 изменяют электрическое сопротивление регулятора тока 2, которое приводит к изменению тока между трубопроводом 1 и выносным электродом 4. Происходит приращение тока ΔI_i, которое фиксируют амперметром 7 и передают в контроллер 8. Далее регулятором тока 2 на короткое время разрывают электрическое соединение между участком трубопровода 1 и выносным электродом 4 для измерения поляризационного потенциала ΔU_i. Поляризационный потенциал ΔU_i измеряют вольтметром 5, подключённым между выносным электродом 4 и электродом сравнения 6 и передают измеренное значение в контроллер 8. В контроллере 8 при каждом получении измеренных значений ΔU_i и ΔI_i сравнивают их отношение, при этом при ΔU_i/ΔI_i=const (участок АВ) определяют, что осуществляется деполяризация по кислороду, при ΔU_i-1/ΔI_i-1 > ΔU_i/ΔI_i (участок ВС) происходит перелом катодной поляризационной кривой (точка В) и определяют, что произошел переход на водородную поляризацию металлической поверхности трубопровода 1, о которой оповещают обслуживающий персонал.

Технический результат изобретения - обеспечение безопасного оперативного обнаружения участков перезащиты металла трубопровода достигается за счет периодического измерения амперметром 7 приращения тока ΔI_i на шунте 3 между участком трубопровода 1 и выносным электродом 4 и поляризационного потенциала ΔU_i между выносным электродом 4 и электродом сравнения 6 вольтметром 5, непрерывной передачей измеренных значений ΔI_i и ΔU_i в контроллер 8 с последующим вычислением отношения ΔU_i/ΔI_i, и сравнением полученного результата с предыдущими значениями ΔU_i-1/ΔI_i-1 и при ΔU_i-1/ΔI_i-1 > ΔU_i/ΔI_i немедленным оповещением об электрохимической коррозии металла участка трубопровода 1 обусловленной водородной деполяризацией.

Описанный способ обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, реализованный в одноименном устройстве, позволяет оперативно, в автоматическом режиме, под управлением контроллера 8 с подключенными к нему управляемым регулятором тока 2 и цифровыми вольтметром 5 и амперметром 7 отслеживать отношение ΔU_i/ΔI_i и, сравнивая с предыдущими результатами при условии ΔU_i-1/ΔI_i-1 > ΔU_i/ΔI_i, немедленно оповещать о наличии участков перезащиты металла трубопровода 1 при катодной защите, при этом не завышая величину протекающего тока и напряжения в цепи выше пределов безопасной эксплуатации трубопровода 1. Точность определения точки перелома катодной поляризационной кривой при измерениях не зависит от смещения собственного потенциала электрода сравнения 6.

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления участков перезащиты металла подземных сооружений, например трубопроводов. Технический результат заключается в обеспечении безопасного оперативного обнаружения участков перезащиты металла. Устройство обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, содержащее электрод сравнения, вольтметр и амперметр, отличается тем, что дополнительно содержит выносной электрод, соединенный с трубопроводом через шунт и регулятор тока, между шунтом и выносным электродом подключен электрод сравнения, при этом вольтметр подключен в цепь подключения электрода сравнения, а амперметр подключен параллельно шунту, выходы амперметра и вольтметра подключены к контроллеру, выполненному с возможностью управления регулятором тока и выполнения вычислений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, характеризующийся снятием вольтамперной характеристики, построением кривой значения градиента логарифма тока по потенциалу и идентификацией точкой преломления кривой, отличающийся тем, что для идентификации точки преломления кривой вольтамперной характеристики периодически изменяют электрическое сопротивление между трубопроводом и выносным электродом для приращения тока в цепи ΔI_i, разрывают электрическое соединение между трубопроводом и выносным электродом и измеряют поляризационный потенциал между выносным электродом и электродом сравнения ΔU_i, определяют отношение поляризационного потенциала к приращению тока ΔU_i/ΔI_i, сравнивают полученное отношение с результатом предыдущих вычислений ΔU_i/ΔI_i, при ΔU_i/ΔI_i=const выясняют о деполяризации по кислороду, а при ΔU_i-1/ΔI_i-1 > ΔU_i/ΔI_i выясняют и оповещают о водородной поляризации.

2. Устройство обнаружения участков перезащиты металла трубопровода, содержащее электрод сравнения, вольтметр и амперметр, отличающееся тем, что дополнительно содержит выносной электрод, соединенный с трубопроводом через шунт и регулятор тока, между шунтом и выносным электродом подключен электрод сравнения, при этом вольтметр подключен в цепь подключения электрода сравнения, а амперметр подключен параллельно шунту, выходы амперметра и вольтметра подключены к контроллеру, выполненному с возможностью управления регулятором тока и выполнения вычислений.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что амперметр выполнен цифровым.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вольтметр выполнен цифровым.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что контроллер выполнен в виде контроллера ввода/вывода.