Подсистема дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии Российский патент 2024 года по МПК C23F13/22 

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга и контроля технического состояния стальных подземных сооружений, в частности, подземных нефтегазопродуктопроводов и водопроводов, состояния средств их электрохимической защиты, а также управления станциями катодной и дренажной защиты. Система электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии включает в себя подсистему дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты.

Известно устройство для катодной защиты металлических и/или металлосодержащих подземных сооружений от коррозии [RU 2051989, C23F 13/02, 1996], содержащее автоматический входной выключатель, блок формирования управляющих импульсов, переключатель режима, инвертор, источник опорного напряжения, блок контроля и защиты, вспомогательный электрод, расположенный вблизи защищаемого подземного объекта и подсоединенный к блоку выделения контролируемого потенциала, который соединен с блоком формирования управляющих импульсов. Устройство также имеет электрод сравнения, блок сравнения, который соединен с переключателем режима защиты, блок контроля и защиты соединен с источником опорного напряжения и с автоматическим входным выключателем и/или с входами фазосдвигающего блока. При этом электрод сравнения и вспомогательный электрод расположены между защищаемым подземным сооружением и анодным заземлителем.

Устройство недостаточно эффективно и не обеспечивает надежную защиту.

Известно также устройство управления катодной станции [RU 2031978, C23F 13/00, 1995], содержащее источник питания, синхронизатор, соединенные между собой последовательно генератор и блок смещения. Имеется магнитный дифференциальный элемент с пятью обмотками: обмотка считывания, обмотка смещения и выходные обмотки, подключенные к тиристорам катодной станции. Катодная станция содержит трансформатор и полууправляемый мостовой выпрямитель. Учитывая низкое входное сопротивление цепи трубопровод - заземлитель в цепи измерительной обмотки возможна установка фильтра с большим сопротивлением для переменной составляющей сигнала на выходе дифференциального магнитного элемента. Одновременно фильтр выполняет функции уменьшения пульсаций управляющего сигнала.

Недостатком этого устройства является сложность управления объектами защиты.

Близким техническим решением к предложенному является система коррозионного мониторинга и электрохимической защиты [RU 59071, C23F 13/22, 2006] включающая в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основную и резервную, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок коммутации и измерения параметров защиты, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, который посредством модема сотовой связи передает обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом.

Недостатком является относительно узкие функциональные возможность, не позволяющие использовать это техническое решение и для экологического мониторинга, оказывающего влияние на применение средств защиты.

Известна также система дистанционного контроля состояния подземных трубопроводов [RU 2701706, C1, G08C 17/02, 30.09.2019], содержащая датчики дистанционного контроля с аналоговым и цифровым выходами, средства электропитания, канал связи, обеспечивающий передачу данных дистанционного контроля в диспетчерский пункт системы от контролируемого пункта телемеханики, измерительный модуль, содержащий аналого-цифровые преобразователи, входы которых соединены с выходами датчиков дистанционного контроля с аналоговыми выходами, а выходы являются выходами измерительного модуля, управляющий модуль, первый вход которого соединен с выходом измерительного модуля, второй вход соединен с выходами датчиков дистанционного контроля с цифровыми выходами, а третий вход соединен с выходом датчика аварийной сигнализации, первый модуль согласования, первый модуль приема-передачи, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом управляющего модуля, а второй вход-выход соединен с входом-выходом первого модуля согласования, входные контакты которого соединены со стальным трубопроводом посредством контрольного проводника, а заземляющие контакты соединены с контуром заземления, второй модуль приема-передачи и второй модуль согласования, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом второго модуля приема-передачи, второй вход-выход которого соединен через контролируемый пункт телемеханики с диспетчерским пунктом, усилитель напряжения, входные контакты которого соединены со стальным трубопроводом посредством контрольного проводника, а заземляющие контакты соединены с контуром заземления, и аккумулятор емкостью не менее 1 А⋅ч, входные контакты которого соединены с выходными контактами усилителя напряжения для обеспечения возможности зарядки аккумулятора от разности потенциалов между стальным трубопроводом и контуром заземления, причем в качестве средства электропитания используется автономный модуль электроснабжения, который обеспечивает подачу напряжения питания от аккумуляторной батареи на датчики дистанционного контроля с аналоговым и цифровым выходами, на первый модуль приема-передачи, на измерительный модуль и на управляющий модуль, содержащий сторожевой таймер с расчетным интервалом срабатывания и/или срабатыванием по сигналу датчика аварийной сигнализации.

Недостатком этого технического решения является относительно низкое качество контроля.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является система электрохимической защиты удаленного коррозионного и экологического мониторинга [RU 63808, U1, G06F 13/22, 10.06.2007], включающая в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок измерения параметров защиты, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, а также блок экологического мониторинга, в состав которого входят датчики парниковых газов, датчики влажности, температуры и атмосферного давления.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая экономичность и надежность дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии, вызванная тем, что не используются средства, обеспечивающие энергосберегающий режим в периоды, когда не требуется их активная работа. Это приводит к относительно быстрому израсходованию ресурса элементов устройства и снижению надежности устройства.

Задачей изобретения является создание оптимального решения, обладающего более высокой экономичностью и надежностью дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии.

Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности, экономичности и надежности дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в подсистеме коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии, содержащей сервер, автоматизированное рабочее место оператора, соединенное с сервером и с локальной вычислительной сетью, первый блок исполнительных устройств и блок дистанционного мониторинга и управления, соединенный с сервером, второй блок исполнительных устройств, соединенный с блоком дистанционного мониторинга и управления, и третий блок исполнительных устройств, соединенный с сервером и с блоком дистанционного мониторинга и управления.

На чертеже представлена функциональная схема подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии.

На чертеже обозначены:

1 - сервер (ОРС UA сервер, интегрированный со SCADA);

2 - локальная вычислительная сеть (ЛВС);

3 - автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора;

4 - блок дистанционного мониторинга и управления;

5 - средств автоматики;

6 - средства коррозионного мониторинга;

7 - первый блок исполнительных устройств;

8 - устройство коррозионного мониторинга и управления;

9 - средства передачи первого блока исполнительных устройств;

10 - контрольно-измерительный пункт первого блока исполнительных устройств;

11 - внешний накопитель с картой памяти первого блока исполнительных устройств;

12 - контрольно-измерительный пункт первого блока исполнительных устройств с передачей данных на сервер;

13 - второй блок исполнительных устройств;

14 - комплекс модульного оборудования для электрохимической защиты;

15 - станция катодной защиты второго блока исполнительных устройств;

16 - контрольно-измерительный пункт второго блока исполнительных устройств;

17 - стройство коррозионного мониторинга и управления второго блока исполнительных устройств;

18 - устройство передачи аналоговых дискретных сигналов второго блока исполнительных устройств;

19 - средства пожарной сигнализации;

20 - средства охранной сигнализации второго блока исполнительных устройств;

21 - средства автоматика дизель генератора второго блока исполнительных устройств;

22 - третий блок исполнительных устройств;

23 - комплекс модульного оборудования для электрохимической защиты третьего блока исполнительных устройств;

24 - станция катодной защиты третьего блока исполнительных устройств;

25 - контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств;

26 - устройство коррозионного мониторинга и управления третьего блока исполнительных устройств;

27 - контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств с передачей данных на сервер;

28 - контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств с индикатором коррозионных процессов.

Подсистема дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии работает следующим образом.

Подсистема содержит элементы со следующими выполняемыми функциями.

Элементами подсистемы является сервер 1 (ОРС UA сервер, интегрированный со SCADA), который используется для управления и передачи и приема данных в подсистеме и соединенный с локальной вычислительной сетью 2 через автоматизированное рабочее место 3 оператора.

Сервер 1 соединен с блоком 4 дистанционного мониторинга и управления, в который входят средства 5 автоматики, предназначенные для сбора и передачи данных о коррозионных процессах и противокоррозионной защите, контроля и управления средствами электрохимической защиты, а также мониторинга и управления другим оборудованием, размещенным на объекте, такими, как основные и резервные источники электроснабжения, охранно-пожарная сигнализация, система поддержания микроклимата, дизель генератор, устройства с аналоговыми дискретными сигналами и других элементов блоков исполнительных устройств.

В блок 4 дистанционного мониторинга и управления входят средства 6 коррозионного мониторинга, предназначенные для сбора и передачи данных о коррозионных процессах и противокоррозионной защите, контроля и управления средствами электрохимической защиты с блоков исполнительных устройств. Блок 4 дистанционного мониторинга и управления средствами электрохимзащиты предназначен для сбора, обработки информации и управления блоком исполнительных устройств причем, сбор и передача информации производится по технологии SAW (Sleep and Write), при которой технические средства с определенной периодичностью выводят из энергосберегающего режима и после приема и передачи информации возвращают в энергосберегающий режим.

Первый блок 7 исполнительных устройств обеспечивает обмен данными о коррозионных процессах и противокоррозионной защите и осуществляет контроль и управления средствами электрохимической защиты с использованием серверного программного обеспечения. В него входят устройство 8 коррозионного мониторинга и управления, средства 9 передачи первого блока исполнительных, осуществляющих передачу информации посредством Bluetooth™ из базы данных контрольно-измерительного пункта 10 первого блока исполнительных устройств с блоками измерений подключаемый по RS-485, GSM, радиоканалу, Fiber optic, и во внешний накопитель 11 с картой памяти первого блока 7 исполнительных устройств. В первый блок 7 входит и контрольно-измерительный пункт 12 первого блока исполнительных устройств, подключаемый по RS-485, GSM, радиоканалу, Fiber optic и передающий данные на сервер 1.

В второй блок 13 исполнительных устройств, коммутирующийся с блоком дистанционного мониторинга и управления посредством блока автоматики, содержит комплекс 14 модульного оборудования для электрохимической защиты, станцию 15 катодной защиты второго блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт 16 второго блока исполнительных устройств, устройство 17 коррозионного мониторинга и управления второго блока исполнительных устройств, устройство 18 передачи аналоговых дискретных сигналов второго блока исполнительных устройств, а также средства 19 пожарной сигнализации, средства 20 охранной сигнализации второго блока исполнительных устройств и средства 21 автоматика дизель генератора второго блока исполнительных устройств.

Третий блок 22 исполнительных устройств содержит комплекс 23 модульного оборудования для электрохимической защиты третьего блока исполнительных устройств, станцию 24 катодной защиты третьего блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт 25 третьего блока исполнительных устройств, устройство 26 коррозионного мониторинга и управления третьего блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт 27 третьего блока исполнительных устройств с передачей данных на сервер 1 и контрольно-измерительный пункт 28 третьего блока исполнительных устройств с индикатором коррозионных процессов.

Предложенная подсистема имеет возможность проводить сбор, анализ данных о коррозионном состоянии защищаемого объекта и корректировку режимов работы как с использованием блока дистанционного мониторинга и управления, обеспечивая обмен данными с элементами блок автоматики и блок коррозионного мониторинга, так и непосредственно взаимодействуя с исполнительными устройствами третьего блока исполнительных устройств.

Благодаря предложенной конструкции подсистемы и, главное, использованию блока 4 дистанционного мониторинга и управления средствами электрохимзащиты, который предназначен для сбора, обработки информации и управления вторым 13 и третьим 22 блоками исполнительных устройств, где технические средства с определенной периодичностью выводят из энергосберегающего режима и после приема и передачи информации возвращают в энергосберегающий режим.

Таким образом, в предложенной подсистеме обеспечивается относительно высокая экономичность и надежность дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии, вызванная тем, что используются средства, обеспечивающие энергосберегающий режим в периоды, когда не требуется их активная работа. Это приводит к повышению сроков израсходования ресурсов элементов устройства, что повышает надежность работы подсистемы. Этим самым достигается требуемый технический результат.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга и контроля технического состояния стальных подземных сооружений, в частности подземных нефтегазопродуктопроводов и водопроводов, состояния средств их электрохимической защиты, а также управления станциями катодной и дренажной защиты. Подсистема содержит сервер, автоматизированное рабочее место оператора, соединенное с сервером и с локальной вычислительной сетью, первый блок исполнительных устройств и блок дистанционного мониторинга и управления, соединенный с сервером, второй блок исполнительных устройств, соединенный с блоком дистанционного мониторинга и управления, и третий блок исполнительных устройств, соединенный с сервером и с блоком дистанционного мониторинга и управления. Технический результат заключается в повышении экономичности и надежности дистанционного коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии. 1 ил.

Подсистема коррозионного мониторинга, контроля и управления средствами электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии содержит сервер, автоматизированное рабочее место оператора, соединенное с сервером и с локальной вычислительной сетью, первый блок исполнительных устройств и блок дистанционного мониторинга и управления, соединенный с сервером, второй блок исполнительных устройств, соединенный с блоком дистанционного мониторинга и управления, и третий блок исполнительных устройств, соединенный с сервером и с блоком дистанционного мониторинга и управления,

причем блок дистанционного мониторинга и управления содержит средства коррозионного мониторинга, предназначенные для сбора и передачи данных о коррозионных процессах и противокоррозионной защите, контроля и управления средствами электрохимической защиты с второго и третьего блоков исполнительных устройств, при этом первый блок исполнительных устройств обеспечивает обмен данными о коррозионных процессах и противокоррозионной защите и содержит устройство коррозионного мониторинга и управления, средства передачи первого блока исполнительных устройств, осуществляющих передачу информации посредством Bluetooth из базы данных контрольно-измерительного пункта первого блока исполнительных устройств с блоками измерений, подключаемого по RS-485, GSM, радиоканалу, Fiber optic, во внешний накопитель с картой памяти первого блока исполнительных устройств, а также контрольно-измерительный пункт первого блока исполнительных устройств, подключаемый по RS-485, GSM, радиоканалу, Fiber optic и передающий данные на сервер,

второй блок исполнительных устройств содержит комплекс модульного оборудования для электрохимической защиты, станцию катодной защиты второго блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт второго блока исполнительных устройств, устройство коррозионного мониторинга и управления второго блока исполнительных устройств, устройство передачи аналоговых дискретных сигналов второго блока исполнительных устройств, а также средства пожарной сигнализации, средства охранной сигнализации второго блока исполнительных устройств и средства автоматики дизель-генератора второго блока исполнительных устройств,

а третий блок исполнительных устройств содержит комплекс модульного оборудования для электрохимической защиты третьего блока исполнительных устройств, станцию катодной защиты третьего блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств, устройство коррозионного мониторинга и управления третьего блока исполнительных устройств, контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств с передачей данных на сервер и контрольно-измерительный пункт третьего блока исполнительных устройств с индикатором коррозионных процессов.