Способ создания искусственного блуждающего тока и потенциала сложной формы для участка подземного трубопровода на опытно-учебном макете дренажной защиты полигона электрохимической защиты Российский патент 2024 года по МПК G09B25/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области противокоррозионной защиты и может быть использовано для максимально безопасной эксплуатации, повышения эксплуатационной надежности системы электрохимической защиты магистральных трубопроводов в условиях воздействия блуждающих токов, а также в качестве опытно-учебного макета.

Уровень техники

Из уровня техники известен Стенд имитации работы систем электрохимической защиты и способ обучения с применением стенда, включающий аппаратную часть в виде стола с двумя функциональными уровнями, размещенными на основании, и автоматизированное рабочее место, включающее персональный компьютер с прикладным программным обеспечением на базе серийной подсистемы контроля и управления средствами электрохимической защиты [1] (Патент RU 2678882 «Стенд имитации работы систем электрохимической защиты и способ обучения с применением стенда). В состав аппаратной части входят

верхний функциональный уровень, выполненный в виде масштабного макета промышленного объекта с элементами ландшафта, технологических объектов, защищаемых сооружений, элементов и средств электрохимической защиты и

нижний функциональный уровень, состоящий из импульсных преобразователей катодной защиты в количестве по крайне мере трех, подсистемы коррозионного мониторинга на базе модуля сопряжений подсистемы коррозионного мониторинга с измерительными платами, и коммутационной панели, включающей имитаторы параметров, характеристик и отдельных элементов системы электрохимической защиты в виде набора соединенных между собой сопротивлений, резисторов, элементов управления и коммутации, закрепленных на коммутационной панели.

При этом на поверхности верхнего уровня обозначены места подземного расположения трубопроводов, указаны точки измерения защитного потенциала, точки дренажа, места расположения дренажных линий и направление тока станции дренажной защиты. В каждой точке измерения защитного потенциала предусмотрены контактные выводы с возможностью подключения измерительного оборудования, индикаторы защитных потенциалов и регуляторы имитации нарушения изоляционного покрытия трубопровода.

Указанный стенд имитации работы систем электрохимической защиты и способ обучения с применением стенда является наиболее близким аналогом для заявляемого технического решения и взят в качестве прототипа.

Недостатками указанного стенда имитации работы систем электрохимической защиты и способа обучения с применением стенда в части имитатора установки дренажной защиты (УДЗ) являются:

отсутствие возможности исследования влияния блуждающих токов на подземный трубопровод натуральной величины;

отсутствие в масштабном макете УДЗ возможности изменения потенциала защищаемого сооружения, что не позволяет производить синхронные измерения величины блуждающего тока и потенциала защищаемого сооружения;

недостаточная мощность - 200 Вт, - используемая в качестве источника блуждающих токов станции катодной защиты, что не позволяет имитировать величины блуждающих токов, возникающих на действующих УДЗ;

невозможность подключить к данному стенду полноразмерные действующие установки дренажной защиты и сопутствующее оборудование электрохимической защиты (ЭХЗ) для проведения их испытаний в условиях, максимально приближенных к реальным;

невозможность обучить в реальных условиях эксплуатации подземных трубопроводов и установок дренажной защиты персонал, выполняющий техническое обслуживание и ремонт системы противокоррозионной защиты.

Раскрытие сущности изобретения

Многие магистральные трубопроводы находятся в зонах, которые из-за интенсивного воздействия блуждающих токов от электрифицированных железных дорог относятся к зонам высокой коррозионной опасности. Для защиты от коррозии трубопроводов эксплуатируются установки дренажной защиты.

Особую сложность в процессе эксплуатации магистральных трубопроводов представляет определение степени опасности влияния блуждающих токов на развитие коррозионных процессов, а также определение оптимальных режимов работы установок электрохимической защиты для поддержания необходимых значений защитных потенциалов во времени и по всей протяженности трубопровода с учетом нормативных требований к минимальным и максимальным значениям защитных потенциалов, в зависимости от условий эксплуатации и факторов, способствующих развитию коррозии.

Имеется необходимость испытания перспективных установок дренажной защиты, сопутствующего оборудования ЭХЗ и обучения эксплуатационного персонала работе по предотвращению влияния блуждающих токов на развитие коррозионных процессов в условиях, максимально приближенных к реальным.

Цель заявляемого изобретения - инструментальное определение степени опасности влияния блуждающих токов на развитие коррозионных процессов, определение оптимальных режимов работы установок электрохимической защиты для поддержания необходимых значений защитных потенциалов во времени и по всей протяженности объекта.

Техническая задача изобретения - разработка способа создания искусственного блуждающего тока и потенциала сложной формы для участка подземного трубопровода с помощью автоматизированной установки-имитатора с компьютерным управлением для исследования и тренировок на опытно-учебном макете дренажной защиты полигона электрохимической защиты.

Технический результат заключается в оценке влияния блуждающих токов сложной формы на подземные трубопроводы.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается посредством использования аппаратной части включающей

установку-имитатор с компьютерным управлением, соединенную со станциями катодной защиты, создающими блуждающие токи сложной формы; анодным заземлением и кабелем;

автоматизированное рабочее место с персональным компьютером и программным обеспечением;

макет участка подземного трубопровода с действующей полноразмерной установкой дренажной защиты, находящегося под воздействием источника блуждающих токов сложной формы;

в качестве источника блуждающего тока и вызванного им смещения потенциала в установке-имитаторе используют двухканальную модульную станцию катодной защиты, в которой каналы включены встречно-параллельно;

при этом выработанный блуждающий ток поступает на подземные трубопроводы, измеряется приборами для оценки его влияния на защищенность подземных трубопроводов и позволяет обучать персонал, эксплуатирующий систему электрохимической защиты, в условиях, максимально приближенных к реальным.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется графическими фигурами: Фигура 1 «Схема установки создания искусственных блуждающих токов», где

поз. 1 - Канал №1 станции катодной защиты (СКЗ)

поз. 2 - Канал №2 станции катодной защиты (СКЗ);

поз. 3 - Анодное заземление (A3);

поз. 4 - Подземные трубопроводы;

поз. 5 - Станция дренажной защиты №1-№3 (СДЗ);

поз. 6 - Токоограничивающие резисторы №1- №3 (R)

Фигура 2 наглядное изображение «Установки-имитатора создания искусственного блуждающего тока для участка подземного трубопровода», где

поз. 1, 2- станция катодной защиты, ноутбук со специализированным программным обеспечением, имитирующие блуждающие токи; поз.3-макет трубопровода

поз. 4 - специалист, выполняющий измерения на станции дренажной защиты;

поз. 5 - график блуждающих токов.

Фигура 3 графическое изображение «Показания уровня созданных блуждающих токов», где

поз. 1 - уровень блуждающих токов на этапе включения установки

поз. 2 - уровень блуждающих токов через 20 сек. после включения установки

поз. 3 - уровень блуждающих токов на этапе завершения цикла.

Осуществление изобретения

На опытно-учебном макете дренажной защиты полигона электрохимической защиты (, что три трубы диаметрами от 325 до 720 мм и длиной 70 м каждая располагают параллельно друг другу на расстоянии 15 м и имитируют многониточную систему подземных трубопроводов. На наружную поверхность трубопроводов наносят полимерно-битумное защитное покрытие трассового нанесения.

В качестве источника блуждающего тока и вызванного им смещения потенциала в установке-имитаторе используют серийную двухканальную модульную станцию катодной защиты (СКЗ) с силовыми модулями мощностью 1,2 кВт и максимальным током 25А. За счет расширения количества силовых модулей в канале до четырех максимальный ток канала может быть увеличен до 100 А, что достаточно для проведения натурных испытаний любых установок дренажной защиты. Возможно использование любой многоканальной серийной станции катодной защиты с аналогичными характеристиками.

Канал №1 станции катодной защиты (1) используют для создания на системе трубопроводов наведенного катодного блуждающего тока. «Плюс» выпрямителя подсоединен к анодному заземлению (3). Анодные заземления (A3) в схеме выполнены глубинными с использованием комплектных малорастворимых заземлителей «Менделеевец» [2]. «Минус» выпрямителя подсоединен к трем участкам подземных трубопроводов (4). Все соединения - к анодному заземлению, трубопроводам - сделаны разъемными с применением стоек контрольно-измерительных пунктов (КИП). Для исследовательских и учебных целей в контрольно-измерительных пунктах на трубопроводах монтируются стационарные электроды сравнения в комплекте со вспомогательными электродами и датчиками скорости коррозии. Электроды и датчики используются для оценки уровня защищенности подземных трубопроводов, скорости развития коррозионных процессов и эффективности работы оборудования противокоррозионной защиты.

Канал №2 станции катодной защиты (2) используют для создания анодного блуждающего тока. «Плюс» канала подключен к подземным трубопроводам (4), «минус» - к анодному заземлению (3).

К каждому трубопроводу через контрольно-измерительный пункт подключена станция дренажной защиты (5). Для защиты от короткого замыкания канала №2 при работе станции дренажной защиты последовательно включаются токоограничивающие резисторы R1-R3 (6). Номинал и мощность резисторов выбираются в зависимости от максимального рабочего тока установки-имитатора.

Создание блуждающих токов сложной формы происходит следующим образом.

Для управления станцией катодной защиты используют электронно-вычислительную машину со специализированным программным обеспечением. Управление осуществляют в реальном времени через последовательный порт, имеющийся в станции катодной защиты. Работа каналов №1 и №2 станции катодной защиты осуществляется поочередно.

В тестовом режиме по линейному закону задают изменения параметров работы станции катодной защиты. На Фигуре 1 представлена схема установки создания искусственных блуждающих токов, которая работает следующим образом.

В момент работы канала №1 станции катодной защиты происходит следующее:

Ток с плюсовой клеммы канала (1) поступает на анодный заземлитель (3), через грунт натекает на трубопроводы (4), создавая катодное смещение потенциала, и возвращается на минусовую клемму канала (1). Величина смещения потенциала зависит от задаваемых ПрЭВМ параметров работы станции катодной защиты.

В момент работы канала №2 (2) станции катодной защиты происходит следующее:

При отключенных установках дренажной защиты (5) ток с плюсовой клеммы канала (2) поступает на трубопроводы (4) и далее стекает в грунт, что приводит к анодному смещению потенциала трубопроводов, далее ток натекает на анодный заземлитель (3) и возвращается к минусовой клемме канала (2).

При включенных станциях дренажной защиты (5) ток с плюсовой клеммы канала (2) попадает на трубопроводы (4) через цепи станции дренажной защиты (5) и токоограничивающие резисторы R1-R3 (6) возвращается на минусовую клемму канала №2 станции катодной защиты (2). Так как стекания тока с трубопровода через грунт практически нет, анодное смещение незначительно.

Программное обеспечение позволяет задать любой алгоритм изменения параметров станции катодной защиты, в том числе записанный с помощью измерителя-регистратора при работе любой полноразмерной действующей установки дренажной защиты. На Фигуре 2 представлено наглядное изображение Установки-имитатора создания искусственного блуждающего тока для участка подземного трубопровода на опытно-учебном макете дренажной защиты полигона электрохимической защиты.

Таким образом, за счет поочередного использования двух каналов СКЗ, включенных встречно-параллельно, реализации механизма компьютерного управления по любому математическому закону и изменения параметров работы каналов искусственно создаются блуждающие токи сложной формы (Фигура 3), смещающие защитный потенциал на макете подземного многониточного трубопровода, максимально приближенного к реальному.

Предлагаемый способ создания искусственного блуждающего тока и потенциала сложной формы для участка подземного трубопровода с помощью автоматизированной установки-имитатора с компьютерным управлением для исследования и тренировок на полноразмерном опытно-учебном макете дренажной защиты полигона ЭХЗ позволяет проводить работы по исследованию оборудования противокоррозионной защиты, оценке коррозионных процессов и влияния блуждающих токов на коррозионное состояние участка подземного трубопровода; обучать персонал, эксплуатирующий систему электрохимической защиты, в условиях, максимально приближенных к реальным, и позволяет полностью имитировать работу полноразмерной установки дренажной защиты.

Источники:

[1] Патент RU 2678882 С1. Стенд имитации работы систем электрохимической защиты и способ обучения с применением стенда

[2] Н.М. Католикова, С.С. Большаков, В.В. Першуков Анодные заземлители «Менделеевец». Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации. М. КАРТЭК, 2016-170 стр.

Изобретение относится к области противокоррозионной защиты и может быть использовано для максимально безопасной эксплуатации, повышения эксплуатационной надежности системы электрохимической защиты магистральных трубопроводов в условиях воздействия блуждающих токов, а также в качестве опытно-учебного макета. Предлагаемый способ позволяет проводить работы по исследованию оборудования противокоррозионной защиты, оценке коррозионных процессов и влияния блуждающих токов на коррозионное состояние участка подземного трубопровода; обучать персонал, эксплуатирующий систему электрохимической защиты, в условиях, максимально приближенных к реальным, и позволяет полностью имитировать работу полноразмерной установки дренажной защиты. Техническим результатом при реализации заявленного решения является разработка способа создания искусственного блуждающего тока и потенциала сложной формы для участка подземного трубопровода с помощью автоматизированной установки-имитатора с компьютерным управлением для исследования и тренировок на полноразмерном опытно-учебном макете установки дренажной защиты полигона электрохимической защиты. 3 ил.

Способ создания искусственного блуждающего тока и потенциала сложной формы для участка подземного трубопровода с помощью автоматизированной установки-имитатора с компьютерным управлением для исследования и тренировок на опытно-учебном макете дренажной защиты полигона электрохимической защиты, включающий

установку-имитатор с компьютерным управлением, соединенную со станциями катодной защиты, создающими блуждающие токи сложной формы, анодным заземлением и кабелем;

автоматизированное рабочее место с персональным компьютером и программным обеспечением;

макет участка подземного трубопровода с действующей полноразмерной установкой дренажной защиты, находящегося под воздействием источника блуждающих токов сложной формы;

в качестве источника блуждающего тока и вызванного им смещения потенциала в установке-имитаторе используют двухканальную модульную станцию катодной защиты, в которой каналы включены встречно-параллельно;

при этом выработанный блуждающий ток поступает на подземные трубопроводы, измеряется приборами для оценки его влияния на защищенность подземных трубопроводов и позволяет обучать персонал, эксплуатирующий систему электрохимической защиты, в условиях, максимально приближенных к реальным.