Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей Российский патент 2024 года по МПК C23F13/02 

Изобретение относится к системам электрохимической защиты стальных подземных сооружений и может быть использовано для коррозионного мониторинга стальных подземных сооружений.

Известно автономное устройство для катодной защиты подземных сооружений, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее корпус в виде стойки контрольно-измерительного пункта, оснащенного откидным кожухом, электронный блок, аккумулятор, клеммную панель, датчик и замок, размещенные на торцевом основании корпуса внутри откидного кожуха, на двухскатной крыше которого размещены солнечные панели, размещенные за пределами корпуса электрод сравнения, блок пластин-индикаторов скорости коррозии, протектор, управляемый вентильный элемент, соединительные кабели для подключения к клеммной панели, соответственно, электрода сравнения, блока пластин-индикаторов скорости коррозии, протектора, а также защищаемого сооружения, при этом электронный блок содержит входной коммутатор, преобразователь сигналов, контроллер измерения и управления, приемопередатчик с встроенной антенной и интерфейс, оснащенный соединителем для подключения внешних устройств [патент Российской Федерации № 2690261, МПК C23F 13/02, опубл. 31.05.2019 бюл. № 16].

Недостатками прототипа являются:

- наличие большого количества элементов энергопотребления в системе и, следовательно, необходимость постоянного электропитания всех элементов;

- ограничение по погодным условиям и зонам размещения, так как используется солнечная батарея для зарядки питающего аккумулятора.

Так как основными контролируемыми параметрами электрохимической защиты газораспределительных и газотранспортных сетей городской инфраструктуры является потенциал сооружения, то существует необходимость регулярного проведения измерений этих параметров. Данные измерения могут производится вручную, при помощи переносного измерительного оборудования на измерительных выводах. К основному недостатку данного метода измерений можно отнести сложность процесса осуществления доступа к измерительным выводам и ошибки персонала (человеческий фактор). Система коррозионного мониторинга с последующей передачей информации на центральный сервер сбора данных тоже имеет недостаток, заключающийся в необходимости развертывания сложной системы коммуникации и подведение внешнего источника питания.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности коррозионного мониторинга электрохимической защиты стальных подземных сооружений, в том числе газораспределительных и газотранспортных сетей городской инфраструктуры, за счет проведения коррозионного мониторинга без применения элементов активного энергопотребления и без подведения внешних источников тока.

Технический результат достигается тем, что система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей содержит контрольно-измерительный пункт (далее - КИП), оборудованный датчиком контроля коррозионного состояния, причем КИП имеет корпус, снабженный крышкой из радиопрозрачного материала, при этом в крышке выполнено осевое сквозное отверстие, в котором закреплен корпус-адаптер из радиопрозрачного водонепроницаемого материала, имеющий П-образную в сечении форму, причем в верхней части внутренней боковой поверхности корпуса-адаптера выполнено кольцевое углубление, в котором горизонтально закреплено энергонезависимое устройство, включающее в себя модуль беспроводной связи, измерительный модуль и приемную катушку индуктивности, соединенные между собой шиной питания, причем измерительный модуль состоит из трех измерительных каналов, с нормирующими усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, микроконтроллера, энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью питания от внешнего магнитного поля, наведенного внешним устройством, кроме того измерительный модуль имеет измерительные входы, которые обеспечивают возможность получения данных о параметрах защиты, таких, как потенциал защищаемых газораспределительных сетей, скорость коррозии газораспределительных сетей и ток защиты газораспределительных сетей.

Корпус - адаптер может быть зафиксирован в отверстии, выполненном в крышке посредством сдвоенного червячного хомута, который закреплен на нижней наружной поверхности корпуса - адаптера.

На внутренней поверхности крышки могут быть установлены ребра жесткости из радиопрозрачного материала.

Корпус КИП может быть выполнен из радиопрозрачного материала.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен пример осуществления передачи данных с энергонезависимого устройства для беспроводной передачи данных коррозионного мониторинга, на фиг. 2 изображена схема осуществления электропитания устройства, на фиг. 3 показан вид корпуса-адаптера, на фиг. 4 показан КИП с корпусом адаптером, на фиг. 5 показан вид с низу корпуса-адаптера.

На чертежах позициями обозначены следующие элементы: энергонезависимое устройство с электронной платой 1, крышка 2, КИП 3, датчик контроля коррозионного состояния 4, защищаемое сооружение 5, аналого-цифровое преобразование и беспроводной обмен данных телеметрии 6, смартфон 7, бесконтактная связь малого радиуса действия (NFC) в режиме P2P (устройство-устройство) с последующей передачей данных мониторинга 8, центральный сервер или облачный сервис 9 системы коррозионного мониторинга (далее - СКМ) предприятия, передающая катушка индуктивности 10, приемная катушка индуктивности (коммуникационная антенна) 11, электромагнитное излучение 12, шина питания 13, модуль беспроводной связи 14 и измерительный модуль 15, корпус - адаптер 16, кольцевое углубление 17, сдвоенный червячный хомут 18, полукруглый паз 19.

Корпус КИП 3 для городских газовых сетей с реализацией бесконтактного сбора данных коррозионного мониторинга (КИП) может быть выполнен из радиопрозрачного материала.

К КИП 3 подключен датчик контроля коррозионного состояния 4. КИП 3 имеет радиопрозрачную крышку 2, в которой установлено энергонезависимое устройство 1, подключенное к измерительным выводам КИП 3. Энергонезависимое устройство 1 обеспечивает измерение потенциала защищаемого сооружения 5 или других измеряемых коррозионных параметров и осуществляет аналого-цифровое преобразование и беспроводной обмен данных телеметрии 6 при помощи антенны через радиопрозрачную крышку 2 со смартфоном 7, который снабжен модулем бесконтактной связи малого радиуса действия (NFC). Смартфон 7 имеет возможность передачи данных мониторинга 8 на центральный сервер или облачный сервис 9 СКМ предприятия (см. фиг. 1).

Электронная плата энергонезависимого устройства 1 включает в себя модуль беспроводной связи 14, измерительный модуль 15, приемную катушку индуктивности (коммуникационную антенну) 11, которые соединены между собой шиной питания 13 (см. фиг.2).

В радиопрозрачной крышке 2 КИП 3 выполнено осевое отверстие, в котором закреплен корпус-адаптер 16 из радиопрозрачного водонепроницаемого материала. Отверстие может иметь размеры от 25х25 мм до 100х100 мм в зависимости от частного случая размеров платы (см. фиг. 4).

Энергонезависимое устройство 1 размещено во влагозащищенном корпусе-адаптере 16, который установлен в крышке 2 КИП 3. Крышка может быть выполнена из полимерного материала. Корпус-адаптер 16 имеет П-образную в сечении форму (см. фиг. 3).

Для осуществления жесткости конструкции возможна установка дополнительных ребер жесткости (на чертеже не показаны) на внутренней поверхности крышки 2. Ребра жесткости выполнены из радиопрозрачного материала и не оказывают влияния на прохождение сигнала.

Корпус-адаптер 16 имеет верхнюю часть, среднюю часть и нижнюю часть.

Верхняя часть корпуса-адаптера 16 имеет наружный диаметр больше чем диаметр отверстия в крышке 2 и располагается над верхней поверхностью крышки 2. Средняя часть корпуса-адаптера 16 имеет наружную цилиндрическую поверхность, выполненную с возможностью сопряжения с цилиндрической боковой поверхностью отверстия в крышке 2. Нижняя часть корпуса-адаптера 16 имеет наружную поверхность в виде усеченного конуса, при этом диаметр верхнего основания усеченного конуса меньше, чем наружный диаметр средней части, а диаметр нижнего основания усеченного конуса равен наружному диаметру средней части. Внутренняя поверхность нижней части корпуса-адаптера 16 выполнена цилиндрической. При этом нижняя часть расположена внутри корпуса КИП 3 ниже крышки 2.

На внутренней боковой верхней поверхности корпуса-адаптера 16 выполнено кольцевое углубление 17, в котором горизонтально зафиксировано энергонезависимое устройство 1, при этом энергонезависимое устройство 1 прикреплено к верхней горизонтальной внутренней поверхности корпуса-адаптера 16.

На нижней боковой поверхности кольцевого углубления 17 выполнены полукруглые пазы 19 (см. фиг. 5), предназначенные для обеспечения возможности установки в кольцевое углубление 17 энергонезависимого устройства 1, которое может иметь прямоугольную или квадратную форму.

Корпус - адаптер 16 зафиксирован в отверстии, выполненном в крышке 2 посредством закрепления на нижней части корпуса-адаптера 16 сдвоенного червячного хомута 18.

Измерительный модуль 15 имеет измерительные входы, которые обеспечивают возможность получения информации о потенциале защищаемых газораспределительных сетей, скорости коррозии, токе газораспределительных сетей и диагностической информации о состоянии комплекса газораспределительных сетей. Измерительный модуль 15 предназначен для бесконтактного измерения параметров электрохимической защиты объекта и их передачи на внешнее терминальное устройство (смартфон 7 или аналогичное) с помощью технологии бесконтактной передачи данных NFC (Near Field Communication, коммуникация ближнего поля). Для подключения внешних устройств измерительный блок имеет кабельные выводы длиной не менее 1,0 м и сечением медной жилы не менее 0,75 мм2. Размер антенны, установленной в измерительном модуле 15 должен обеспечивать устойчивую связь на расстоянии не менее 3 см между смартфоном и энергонезависимым устройством 1.

Энергонезависимое устройство 1 может иметь модульную архитектуру подключения и содержать разъем для подключения в единую систему приемной катушки индуктивности 11 модуля беспроводной связи 14 и измерительного модуля 15.

Для осуществления жесткости конструкции крышки 2 размеры отверстия могут соответствовать размерам платы энергонезависимого устройства 1.

Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей кроме КИП может содержать станцию катодной защиты (далее - СКЗ) и/или станцию дренажной защиты (далее - СДЗ), которые снабжены энергонезависимым устройством для беспроводной передачи данных коррозионного мониторинга, расположенным снаружи СКЗ и/или СДЗ. Упомянутые энергонезависимые устройства СКЗ и/или СДЗ также располагают в отдельном герметичном корпусе-адаптере из радиопрозрачного материала и закрепляют на боковой стенке СКЗ или СДЗ. При этом для прокладки измерительного кабеля к датчику контроля коррозионного состояния 4 и к защищаемому сооружению 5 (газораспределительная сеть), а также для закрепления конструкции в стенке корпуса существующей СКЗ или СДЗ может быть предусмотрено технологическое отверстие.

Заявляемое изобретение позволяет производить двухсторонний беспроводной обмен данными между устройством 1 и смартфоном 7, производить беспроводную настройку и калибровку подключенного измерительного оборудования, а также осуществлять взаимодействие через облачные сервисы СКМ, что позволяет осуществлять скрытую антивандальную установку без потери функциональных характеристик устройства.

Работа заявляемого изобретения осуществляется следующим образом.

Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей с бесконтактной передачей данных обеспечивает измерение потенциала защищаемого сооружения или других измеряемых коррозионных параметров и осуществляет беспроводную передачу данных.

Считывание измеренных данных телеметрии происходит при помощи установленного в КИП 3 энергонезависимого устройства 1, которое осуществляет измерение коррозионных параметров с датчика контроля коррозионного состояния 4 и защищаемого сооружения 5, проводя аналого-цифровое преобразование и беспроводной обмен данных телеметрии 6 через радиопрозрачную крышку 2 КИП 3 со смартфоном 7, снабженным специализированным программным обеспечением (далее - ПО) при помощи бесконтактной связи малого радиуса действия (NFC) в режиме P2P (устройство-устройство) с последующей передачей данных мониторинга 8 на центральный сервер или облачный сервис 9 СКМ предприятия.

Электрическое питание системы измерения параметров электрохимической защиты с бесконтактной передачей данных происходит во время синхронизации со смартфоном 7 за счет встроенных антенн-катушек индуктивности, которые осуществляют беспроводное питание измерительного модуля 15. Синхронизация данных между энергонезависимым устройством 1 и смартфоном 7 осуществляется следующим образом. Смартфон 7 с включенным модулем бесконтактной связи малого радиуса действия (NFC) и работающим специализированным ПО прикладывают к энергонезависимому устройству 1, после чего (в течении 1-3 секунд) смартфон 7 сообщает об удачной синхронизации между ним и энергонезависимым устройством 1 и проводит обмен данными с отображением результатов измерения на дисплее смартфона 7. При этом передающая катушка индуктивности 10 смартфона 7, путем конвертации тока в электромагнитное излучение 12 передает его на установленное в радиопрозрачной крышке 2 КИП 3 энергонезависимое устройство 1, через приемную катушку индуктивности (коммуникационную антенну) 11, которая преобразует электромагнитное излучение 12 в ток, и через шину питания 13 обеспечивает электрическое питание модуля беспроводной связи 14 и измерительного модуля 15.

Далее, полученные данные с одного или нескольких энергонезависимых устройств 1 могут быть переданы со смартфона 7 на сервер сбора и обработки данных или облачный сервис 9 СКМ предприятия.

Принцип работы измерительного модуля основан на преобразовании значений напряжения постоянного тока во входных цепях с помощью аналого-цифрового преобразователя, обработки измеренных данных микроконтроллером и передачи данных на внешнее терминальное устройство с помощью технологии бесконтактной передачи данных NFC.

Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей позволяет производить двухсторонний беспроводной обмен данными между устройством и смартфоном, производить беспроводную настройку и калибровку подключенного измерительного оборудования, а также осуществлять взаимодействие через облачные сервисы коррозионного мониторинга.

Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей позволяет осуществлять скрытую антивандальную установку системы измерения параметров электрохимической защиты с бесконтактной передачей данных
в существующий КИП без потери функциональных характеристик устройства.

Изобретение относится к системам электрохимической защиты стальных подземных сооружений и может быть использовано для коррозионного мониторинга стальных подземных сооружений. Система содержит контрольно-измерительный пункт, оборудованный датчиком контроля коррозионного состояния и имеющий корпус, снабженный крышкой из радиопрозрачного материала. В крышке выполнено отверстие, в котором закреплен корпус-адаптер из радиопрозрачного водонепроницаемого материала, имеющий П-образную в сечении форму. В верхней части внутренней боковой поверхности корпуса-адаптера выполнено кольцевое углубление, в котором закреплено энергонезависимое устройство, включающее в себя модуль беспроводной связи, измерительный модуль и приемную катушку индуктивности. Измерительный модуль состоит из трех измерительных каналов с нормирующими усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, микроконтроллера, энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью питания от внешнего магнитного поля, наведенного внешним устройством. Измерительный модуль имеет измерительные входы, которые обеспечивают возможность получения данных о параметрах защиты. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности коррозионного мониторинга электрохимической защиты стальных подземных сооружений, в том числе газораспределительных и газотранспортных сетей городской инфраструктуры. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для контроля параметров защиты от коррозии газораспределительных сетей, содержащая контрольно-измерительный пункт (КИП), оборудованный датчиком контроля коррозионного состояния, причем КИП имеет корпус, снабженный крышкой из радиопрозрачного материала, при этом в крышке выполнено осевое сквозное отверстие, в котором закреплен корпус-адаптер из радиопрозрачного водонепроницаемого материала, имеющий П-образную в сечении форму, причем в верхней части внутренней боковой поверхности корпуса-адаптера выполнено кольцевое углубление, в котором горизонтально закреплено энергонезависимое устройство, включающее в себя модуль беспроводной связи, измерительный модуль и приемную катушку индуктивности, соединенные между собой шиной питания, причем измерительный модуль состоит из трех измерительных каналов с нормирующими усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, микроконтроллера, энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью питания от внешнего магнитного поля, наведенного внешним устройством, кроме того, измерительный модуль имеет измерительные входы, которые обеспечивают возможность получения данных о параметрах защиты, таких как потенциал защищаемых газораспределительных сетей, скорость коррозии газораспределительных сетей и ток защиты газораспределительных сетей.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус-адаптер зафиксирован в отверстии, выполненном в крышке посредством сдвоенного червячного хомута, который закреплен на нижней наружной поверхности корпуса-адаптера.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности крышки установлены ребра жесткости из радиопрозрачного материала.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус КИП выполнен из радиопрозрачного материала.