СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01N17/02 

Изобретение относится к устройствам контроля катодной защиты и может быть использовано в работе служб защиты от коррозии трубопроводного транспорта.

Известен способ измерения поляризационного потенциала (ГОСТ 9. 602-89. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Изд-во стандартов, 1989, с 42.), заключающийся в подсоединении к прибору для измерения напряжения проводников от сооружения и медно-сульфатного электрода сравнения и измерении разности потенциалов между подземным сооружением и электродом сравнения в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора с интервалом 10 с в течение не менее 10 мин.

Недостатком данного технического решения является необходимость подключения устройства к КИП, который расположен в непосредственной близости от точки дренажа, что возможно не в любой точке защищаемого трубопровода.

Известен способ измерения поляризационного потенциала трубопровода из патента RU №2480734, RU №2480734 (принят за прототип). При укладке трубопровода в траншею вывод от датчика потенциала соединяют с выводом от трубопровода, при этом датчик потенциала приобретает потенциал трубопровода. Измерение потенциала трубопровода проводят вольтметром с высоким входным сопротивлением, подключенным между хлорсеребряным электродом и выводом от датчика потенциала. В результате максимального приближения датчика потенциала к капиллярам измерение потенциала датчика осуществляется с минимальной омической составляющей, которой можно пренебречь.

Недостатком данного технического решения является необходимость подключения устройства к КИП, который расположен в непосредственной близости от точки дренажа, что возможно не в любой точке защищаемого трубопровода.

Известно устройство измерения поляризационного потенциала (ГОСТ 9. 602-89. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Изд-во стандартов, 1989, с 42.) Измерения проводят на участках сооружений, которые оборудованы средствами электрохимической защиты, в стационарных контрольно-измерительных пунктах или в местах, где есть вывод от сооружения и открытый участок поверхности земли над сооружением, на котором может быть установлен переносной медно-сульфатный электрод сравнения. Проводники от сооружения и медно-сульфатного электрода сравнения подсоединяют к прибору и измеряют разность потенциалов между подземным сооружением и электродом сравнения в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора с интервалом 10 с в течение не менее 10 мин.

Недостатком данного технического решения является необходимость подключения устройства к КИП, который расположен в непосредственной близости от точки дренажа, что возможно не в любой точке защищаемого трубопровода.

Известно устройство, взятое за прототип для измерения поляризационного потенциала трубопроводов (RU №2480734), содержащее заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен электрод сравнения, снабженный электрическим проводом, выведенным через боковое отверстие корпуса, датчик потенциала, закрепленный снаружи корпуса датчика потенциала, вмонтированный в корпус датчика потенциала и снабженный двумя электрическими проводами, выведенными через боковую поверхность корпуса датчика потенциала.

Недостатком прототипа является необходимость подключения устройства к защищаемой конструкции, что требует наличия близко расположенной точки дренажа, что невозможно в местах, где не предусмотрена установка КИП.

Проблемой устройств и способов измерения поляризационного потенциала является невозможность проведения измерений без контакта с защищаемой конструкцией, что необходимо в местах, где установка КИП не предусмотрена.

Техническим результатом изобретения является бесконтактное измерение поляризационного потенциала. Указанный технический результат в части способа измерения поляризационного потенциала обеспечивается предлагаемым способом. Способ измерения поляризационного потенциала трубопровода, включающий подключение катодной защиты с анодным заземлителем к трубопроводу расположенному в траншее, размещение в грунте устройства измерения поляризационного потенциала трубопровода, содержащее электрод сравнения и датчик потенциала, подключение электрического провода от датчика потенциала и электрода сравнения к вольтметру с высоким входным сопротивлением и измерению поляризационного потенциала, причем размещают штатный медно-сульфатный электрод сравнения на расстоянии от трубопровода, необходимом и достаточном для измерения поляризационного потенциала, составляющем не менее 100 мм при расположении электрода на уровне нижней образующей трубопровода (https://moscow.ehz.center/stati/instrukciya-po-montazhu-medno-sulfatnyx-elektrodov-sravneniya/) и на расстоянии от анодного заземлителя 100-1000 м, устройство измерения поляризационного потенциала трубопровода, размещенное в грунте, помещают на уровне расположения анодного заземлителя в точке, находящейся на середине отрезка, соединяющего ось анодного заземлителя с точкой размещения штатного медно-сульфатного электрода сравнения, причем ось полого цилиндра устройства измерения поляризационного потенциала размещают вдоль отрезка, соединяющего точку расположения анодного заземлителя с точкой размещения штатного медно-сульфатного электрода сравнения, а точка пересечения оси бокового ответвления с электродом сравнения с осью полого цилиндра расположена на отрезке анодный заземлитель - датчик потенциала, сначала высокоомным вольтметром проводят измерение потенциала в устройстве измерения поляризационного потенциала, затем потенциала трубопровода относительно штатного медно-сульфатного электрода сравнения, после чего переустанавливают штатный медно-сульфатный электрод сравнения, соблюдая расстояние от анодного заземлителя в диапазоне 100-1000 м, при этом четыре и более раз изменяют положение штатного медно-сульфатного электрода сравнения в этом диапазоне и ориентацию устройства измерения поляризационного потенциала трубопровода и фиксируют вольтметром напряжение между штатным медно-сульфатным электродом сравнения и трубопроводом и датчиком потенциала и электродом сравнения и рассчитывают коэффициенты калибровочной зависимости для определения поляризационного потенциала вида:

где: - рассчитанные коэффициенты калибровочной зависимости,

l - расстояние между анодным заземлителем и серединой отрезка, соединяющего точку анодного заземлителя с точкой, в которой необходимо провести измерение,

- потенциал датчика потенциала,

затем проводят измерение поляризационного потенциала для чего задают расстояние размещения точки измерения поляризационного потенциала, проводят для нее измерение устройством измерения поляризационного потенциала трубопровода и на основании полученных данных рассчитывают поляризационный потенциал по калибровочной зависимости.

Указанный технический результат в части устройства измерения поляризационного потенциала обеспечивается предлагаемым устройством. Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода, содержащее диэлектрический корпус, электрод сравнения с электрическим проводом, датчик потенциала в виде плоской пластины с электрическим проводом, причем диэлектрический корпус выполнен в виде полого цилиндра с боковым ответвлением с расположенным в нем электродом сравнения с электрическим проводом, датчик потенциала представляет собой плоскую круглую пластину с электрическим проводом, вмонтированную в полый цилиндр в плоскости, перпендикулярной его оси, причем диаметр круглой плоской пластины равен внутреннему диаметру полого цилиндра, ось бокового ответвления перпендикулярна оси полого цилиндра, в полом цилиндре размещен датчик потенциала на расстоянии от оси бокового ответвления, равном 1-1,2 его радиуса, причем полый цилиндр и боковое ответвление заполнены грунтом.

Предлагаемый способ измерения поляризационного потенциала основан на использовании биполярного электрода, которым является датчик потенциала, на поверхностях которого при помещении его во внешнее электрическое поле возникает разность потенциалов, противоположная разности потенциалов внешнего поля. Таким образом, на плоскости, обращенной к аноду системы катодной защиты, будет возникать потенциал, коррелирующий с потенциалом защищаемой конструкции. При этом в подключении датчика потенциала к самой конструкции нет необходимости. Учитывая неравномерность силовых линий электрического поля между заземлителем и трубопроводом, потенциал датчика потенциала не совпадает точно с потенциалом конструкции, а находится с ним в корреляционной связи. Для того, чтобы эта корреляция была как можно выше устройство измерения поляризационного потенциала располагают на уровне (глубине) расположения анодного заземлителя. Расположение устройства в серединной точке отрезка, соединяющего анодный заземлитель и точку измерения предотвращает нарушение корреляционной зависимости, связанное с разным расстоянием от устройства до точки измерения. Учитывая разную электропроводность грунта, устройство необходимо калибровать по штатному медно-сульфатному электроду сравнения, для чего проводятся параллельные измерения между штатным электродом и защищаемой конструкцией и между электродом сравнения и датчиком потенциала предлагаемого устройства. Измерения не менее, чем в четырех точках на разном расстоянии от анодного заземлителя необходимы для последующего расчета трех коэффициентов уравнения калибровочной зависимости, которое справедливо для конкретных условий его получения, включая температуру, влажность тип грунта и так далее. Диапазон расстояний, на котором может быть проведено измерение ограничивается интервалом 100-1000 м поскольку на расстоянии менее 100 м от заземлителя получаемая информация не актуальна и может быть получена стандартным способом, а на расстоянии более 1000 м измеряемый устройством потенциал имеет малые значения. По полученному уравнению калибровочной зависимости можно далее рассчитать поляризационный потенциал в точке трубопровода, в которой не установлен контрольно-измерительный пункт и нет точки дренажа.

Конструкция устройства выполняет функцию создания оптимальных условий работы биполярного электрода. Цилиндрический корпус из диэлектрического материала способствует равномерному распределению силовых линий электрического поля, а закрепление датчика потенциала в плоскости, перпендикулярной его оси, возникновению на его поверхности, обращенной к заземлителю потенциала, наиболее коррелированного с потенциалом защищаемой конструкции. Ответвление предназначено для размещения в нем электрода сравнения. Расположение ответвления таким образом, чтобы его ось была перпендикулярна оси полого цилиндра обеспечивает удобство монтажа устройства в грунт. Размещение датчика потенциала на расстоянии от оси бокового ответвления, равном 1-1,2 его радиуса, обеспечивает измерение потенциала только поверхности датчика, ориентированной к аноду в точке, максимально приближенной к поверхности, для которой измеряется потенциал. В качестве электрода сравнения может использоваться любой электрод сравнения соответствующих габаритов. Заполнение всех полостей устройства грунтом обеспечивает электрическую связь датчика с коррозионной средой и не создает дополнительного потенциала, связанного с контактом различных ионопроводящих сред.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана конструкция устройства измерения поляризационного потенциала в поперечном сечении.

На фиг. 2 показано расположение устройства измерения поляризационного потенциала и штатного медно-сульфатного электрода сравнения относительно трубопровода.

В таблице представлены результаты измерения поляризационного потенциала трубопровода с помощью штатного медно-сульфатного электрода сравнения и с помощью устройства измерения поляризационного потенциала.

1 - электрод сравнения

2 - полый цилиндр

3 - боковое ответвление

4 - датчик потенциала

5 - трубопровод

6 - штатный медно-сульфатный электрод сравнения

7 - анодный заземлитель

8 - высокоомный вольтметр

9 - электрический провод электрода сравнения 1

10 - электрический провод датчика потенциала 4

11 - устройство измерения поляризационного потенциала.

Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода, содержит диэлектрический корпус, выполненный в виде полого цилиндра 2 с боковым ответвлением 3, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра 2 и датчик потенциала 4, представлящий собой плоскую круглую пластину, вмонтированную в полый цилиндр 2 в плоскости, перпендикулярной его оси на расстоянии от оси бокового ответвления, равном 1-1,2 его радиуса и снабженную электрическим проводом 10. Полый цилиндр 2 и боковое ответвление 3 заполнены грунтом. В боковом ответвлении 3 расположен электрод сравнения 1 с металлическим проводом 9.

Устройство измерения поляризационного потенциала 11 трубопровода 5 работает следующим образом. При помещении устройства во внешнее электрическое поле датчик потенциала 4 становится биполярным электродом при его размещении внутри полого цилиндра 2 с полным перекрытием диаметра полого цилиндра 2. Ориентируют полый цилиндр 2 таким образом, чтобы силовые линии электрического поля, создаваемого положительным полюсом, анодным заземлителем 7 и отрицательным полюсом, трубопроводом 5, были перпендикулярны поверхности датчика потенциала 4, что способствует индуцированию разности потенциалов между поверхностями датчика потенциала 4. При этом поверхность, ориентированная к анодному заземлителю 7, становится отрицательным полюсом с потенциалом, коррелирующим с потенциалом трубопровода 5.

Способ измерения поляризационного потенциала реализуется с помощью устройства измерения поляризационного потенциала 11 следующим образом. Полый цилиндр 2 устройства измерения поляризационного потенциала и боковое ответвление 3 заполняют грунтом, в боковое ответвление 3 устанавливают электрод сравнения 1 с металлическим проводом 9 и подключают электрический провод 10 от датчика потенциала 4 и электрический провод 9 электрода сравнения 1 к высокоомному вольтметру 8. Устройство измерения поляризационного потенциала 11 помещают на уровне расположения анодного заземлителя 7 в точке, находящейся на середине отрезка, соединяющего ось анодного заземлителя 7 с точкой, находящейся на расстоянии от трубопровода 5, необходимом и достаточном для измерения поляризационного потенциала и на расстоянии от анодного заземлителя 7 100-1000 м, в которой размещен штатный медно-сульфатный электрод сравнения 6. Ось полого цилиндра 2 устройства 11 ориентируют по направлению на анодный заземлитель 7 таким образом, чтобы боковое ответвление 3 с электродом сравнения 1 с металлическим проводом 9 было расположено ближе к анодному заземлителю 7, проводят измерение поляризационного потенциала датчика потенциала 4 с помощью высокоомного вольтметра 8 и поляризационного потенциала трубопровода 5 относительно штатного электрода сравнения 6, повторяют измерение со штатным электродом сравнения 6 четыре и более раз для точек трубопровода 5, расположенных на расстояниях в диапазоне 100-1000 м от анодного заземлителя 7, рассчитывают коэффициенты калибровочной зависимости для определения поляризационного потенциала вида:

Где: a0, a1, а2 - рассчитанные коэффициенты калибровочной зависимости,

l - расстояние между анодным заземлителем 7 и серединой отрезка, соединяющего точку анодного заземлителя 7 с точкой, в которой необходимо провести измерение,

Е_д - потенциал датчика потенциала, проводят измерение для точки, в которой необходимо измерить поляризационный потенциал, определяют расстояние l для этой точки и рассчитывают по калибровочной зависимости поляризационный потенциал.

Расчет коэффициентов калибровочной зависимости проводится методом наименьших квадратов, реализованным, например, в программе Excell.

Пример реализации способа измерения поляризационного потенциала.

Проводили измерения поляризационного потенциала в точке трубопровода, расположенной на расстоянии 900 м от точки расположения анодного заземлителя. Для этого полый цилиндр устройства измерения поляризационного потенциала и боковое ответвление заполнили грунтом, в боковое ответвление установили промышленный хлорсеребряный электрод сравнения и подключили провода от датчика потенциала и электрода сравнения к высокоомному вольтметру. Штатные медно-сульфатные электроды располагались на расстояниях 150 (точка 1), 250 (точка 2), 350 (точка 3) и 700 (точка 4) м от точки расположения анодного заземлителя. Устройство измерения поляризационного потенциала вначале поместили в грунт на уровне расположения анодного заземлителя на расстоянии 75 м от точки расположения анодного заземлителя и сориентировали его ось так, чтобы ось цилиндрического корпуса устройства была сориентирована по направлению на анодный заземлитель. Провели измерения напряжения между датчиком потенциала и электродом сравнения устройства измерения поляризационного потенциала и между трубопроводом и штатным медно-сульфатным электродом сравнения в точке 1. Повторили измерения для точек 2-4. Результаты измерений приведены в таблице.

По полученным данным были вычислены коэффициенты уравнения калибровочной зависимости, которое имело вид:

Провели измерение устройством измерения поляризационного потенциала в точке, расположенной на расстоянии 900 м от анодного заземлителя. Было получено значение 0,112 В. По полученному значению по калибровочной зависимости был рассчитан поляризационный потенциал:

Таким образом, предлагаемый способ измерения поляризационного потенциала трубопровода с помощью устройства измерения позволяет достичь заявленного технического результата, измерения поляризационного потенциала трубопровода бесконтактным методом.

Изобретение относится к устройствам контроля катодной защиты и может быть использовано в работе служб защиты от коррозии трубопроводного транспорта. Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода содержит диэлектрический корпус, электрод сравнения с электрическим проводом, датчик потенциала в виде плоской пластины с электрическим проводом. Диэлектрический корпус выполнен в виде полого цилиндра с боковым ответвлением с расположенным в нем электродом сравнения с электрическим проводом. Датчик потенциала представляет собой плоскую круглую пластину с электрическим проводом, вмонтированную в полый цилиндр в плоскости, перпендикулярной его оси, причем диаметр круглой плоской пластины равен внутреннему диаметру полого цилиндра, ось бокового ответвления перпендикулярна оси полого цилиндра. В полом цилиндре размещен датчик потенциала на расстоянии от оси бокового ответвления, равном 1-1,2 его радиуса, причем полый цилиндр и боковое ответвление заполнены грунтом. Техническим результатом изобретения является возможность бесконтактного измерения поляризационного потенциала. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ измерения поляризационного потенциала трубопровода, включающий подключение катодной защиты с анодным заземлителем к трубопроводу, расположенному в траншее, размещение в грунте устройства измерения поляризационного потенциала трубопровода, содержащее электрод сравнения и датчик потенциала, подключение электрического провода от датчика потенциала и электрода сравнения к вольтметру с высоким входным сопротивлением и измерению поляризационного потенциала, отличающийся тем, что размещают штатный медно-сульфатный электрод сравнения на расстоянии от трубопровода, необходимом и достаточном для измерения поляризационного потенциала и на расстоянии от анодного заземлителя 100-1000 м, устройство измерения поляризационного потенциала трубопровода, размещенного в грунте, помещают на уровне расположения анодного заземлителя, в точке, находящейся на середине отрезка, соединяющего ось анодного заземлителя с точкой размещения штатного медно-сульфатного электрода сравнения, причем ось полого цилиндра устройства измерения поляризационного потенциала трубопровода размещают вдоль отрезка, соединяющего точку расположения анодного заземлителя с точкой размещения штатного медно-сульфатного электрода сравнения, а точка пересечения оси бокового ответвления с электродом сравнения с осью полого цилиндра расположена на отрезке анодный заземлитель - датчик потенциала, сначала высокоомным вольтметром проводят измерение потенциала в устройстве измерения поляризационного потенциала трубопровода, затем потенциала трубопровода относительно штатного медно-сульфатного электрода сравнения, после чего переустанавливают штатный медно-сульфатный электрод сравнения, соблюдая расстояние от анодного заземлителя в диапазоне 100-1000 м, при этом четыре и более раз изменяют положение штатного медно-сульфатного электрода сравнения в этом диапазоне и ориентацию устройства измерения поляризационного потенциала трубопровода и фиксируют вольтметром напряжение между штатным медно-сульфатным электродом сравнения и трубопроводом и датчиком потенциала и электродом сравнения и рассчитывают коэффициенты калибровочной зависимости для определения поляризационного потенциала вида:

где: - рассчитанные коэффициенты калибровочной зависимости,

l - расстояние между анодным заземлителем и серединой отрезка, соединяющего точку анодного заземлителя с точкой, в которой необходимо провести измерение,

Е_д - потенциал датчика потенциала,

затем проводят измерение поляризационного потенциала, для чего задают расстояние размещения точки измерения поляризационного потенциала, проводят для нее измерение устройством измерения поляризационного потенциала трубопровода и на основании полученных данных рассчитывают поляризационный потенциал по калибровочной зависимости.

2. Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода, содержащее диэлектрический корпус, электрод сравнения с электрическим проводом, датчик потенциала в виде плоской пластины с электрическим проводом, отличающееся тем, что диэлектрический корпус выполнен в виде полого цилиндра с боковым ответвлением с расположенным в нем электродом сравнения с электрическим проводом, датчик потенциала представляет собой плоскую круглую пластину с электрическим проводом, вмонтированную в полый цилиндр в плоскости, перпендикулярной его оси, причем диаметр круглой плоской пластины равен внутреннему диаметру полого цилиндра, ось бокового ответвления перпендикулярна оси полого цилиндра, в полом цилиндре размещен датчик потенциала на расстоянии от оси бокового ответвления, равном 1-1,2 его радиуса, причем полый цилиндр и боковое ответвление заполнены грунтом.