1
Изобретение относится к электрической защите подземных металлических сооружений от почвенной коррозии и коррозии., вызываемой блуждающими токами, и может быть использовано при: определении степени защищенности и вёли:чины защитного тока, а также для обна- ружения макрокоррозионных гальвано пар на подземных магистральных коммуникациях, в газовой, нефтяной и дру- ,0 гих отраслях народного хозяйства.
В современной противокоррозионной защите наряду с изоляционными покрытиями применяют катодную защиту подземных коммуникаций, эффективность js которой условно определяется уровнем защитного потенциала.
Известны способы определения степени защищенности подземных трубопроводов с помощью измерения потенциа- 20
ла Ь .
Эти способы позволяют получать данные о зонах недостаточной защиты катодно защищаемых коммуникаций. Степень защищенности в указанных методах определяется сравнен 4ем измеряемого . защитного потенциала сооружения с миЫимальным защитным потенциалом, равным (-0,85) В, или смещением ве:личи ны защитного потейциала относительно стационарного на 0,3 В в катодную область. При этом используется способ выносного электрода, при котором арнами недостаточной защиты считаются зоны с защитным потенциалом меньше .(-0,85) В или смещением в катодную область последнего относительно стационарного потенциала менее, чем на 0,3 В. Также применяется способ продольного и поперечного градиента потенциалов, при котором выявляются анодные, незащищенные зоны по изменению знака градиента потенциалов, что в условиях внешнего мощного поля катодной защиты представляется весьма проблематичным, в зачастую невозножным из-за малых размеров анодных зон и значительного затухания поля макрогальванопары на расстоянии, превышающем линейные размеры анода более, чем в -5 раз. При этих способах невозможно также определить необходимый ток катодной защиты, достаточный для подавления функционирования анодных зон коррозионных макрогальванопар, являющихся одной из главных причин высоких скоростей коррозионного разрушения металлов трубопроводсцз, имеющих по.вреждения изоляционного покрытия, а также невозможно обнаружить анодные и катод ные участки при небольших размерах по вреждений изоляционного покрытия (менее О,-5 х 0,5 м), Так обнаружение анодной или катодной зрны в области повреждения изоляции трубопровода площадью S 1x1 1 м при глубине залегания м, удельном сопротивлении грунта f 50 Ом/м м плотности тока защиты .,5 А/м производят способом поперечного градиента с помощью двух медно-сульфатных электродов сравнения, разнесенных на расстояние d 20 м. Тогда, градиент потенциалов равен k мВ. Для площади повреждения ,1x0,,01 м при тех же условиях градиент потенциала равен всего 0,04 мВ. Измерение величины градиента потенциала данного уровня в трасcoRbix условиях обычным способом не представляется возможным. При образовании макрокоррозионных гальванопар на металлической поверхности наиболее активными являются макропары, в которых площадь анодного участка значительно меньше площади катодного участка. При этом плотност анодного тока может достигать А/м, а скорость коррозии 510 мм/год. Для полного подавления тока макропары необходимы ллотности то ка в 3-7. раз превышающие ток коррозии и измерение этих токов проводится пока только в лабораторных условиях. При достижении полной защиты анодный ток за счет работы макрокоррозионной гальванопары становится равным нулю. Известен также способ обнаружения повреждений на подземных сооружениях который заключается в том, что на тру бопровод подают переменный ток определенной частоты и при прохождении на трубопроводом с приемником, оснащен994 ,.. ным электродами, один из которых расположен над трубопроводом, а другой вынесен в сторону, место расположения дефекта определяют по утечке тока с трубопровода, имеющего сквозные повреждения в изоляционном покрытии. Этот способ является одним из методов определения зау1ищенности подземных сооружений С2 . Однако способ определяет только наличие дефекта и место его расположения, но не позволяет выявить защищается ли обнаруженный дефект установкой катодной защиты и является ли данный дефект анодом макрогальванопары или просто местом втекания тока. Кроме того, этот способ не определяет величину защитной плотности тока, которая задается обычно чисто эмпирически, исходя из дан ных коррозионной активности грунтов и состояния изоляции. Существующая практика определения степени защищенности имеет не единый критерий защиты катодно защищаемых подземных конструкций, а совокупность (до 10) критериев, при соблюдении которых анодный ток металла считается равным нулю, а именно защитный потенциал (-0,85) В (что по последним данным во многих грунтах является явно недостаточным); защитная плотность тока в широком диапазоне значений от 0,5 до 500 наличие дефектов; значения продольного и. поперечного градиента потенциалов и др. Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов измерения величины защитного тока при определении степени защищенности подземных трубопроводов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, включающему операции измерения градиента защитного потенциала и определения дефекта в изоляционном покрытии, операции измерения ведут на коммутируемом в инфранизкочастотном диапазоне переменном токе, величину которого из.меняют от нулевого з.начения дискретно через 10 от величины рабочего тока катодной станции до его максимального значения с интервалом времени, равным установившемуся значению поляризационного потенциала, и измеряют уровень переменного сигнала в местах дефекта при каждом значении тока, после чего
определяют величину защитного тока дефекта и всего плеча защиты в целом. Принципиальное отличие предлагаемой операции измерения градиента -потенциалов в области дефекта от используемой заключается в том, что для создания градиента потенциалов используется ток катодной защиты, коммутируемый в инфранизком диапазоне частот и изменяемого дискретно от нулевого до максимального значений, при -протекании которого по трубопроводу на поверхности земли в месте над дефектом возникает градиент потенциалов, величина которого увеличивается при увеличении тока катодной защиты, если дефект катодно защищаем, и уменьшается при увеличении.тока, если дефект является анодом макрогальванопары и ток недостаточен.для защиты данного дефекта, при этом уменьшение идет до нулевого значений сигнала, когда анодный ток металла становится равным нулю, а величина внешнего тока, соответствующая нулевому сигналу над дефектом, принимается за величину защитного тока данного дефекта.
. На фиг.1 представлена схема для измерений; на фиг.2 - график зависимости величины градиента потенциалов от поляризации образца при 3 Зд-1мА и частоте коммутации катодной стан ции равной 3 Гц. (а - градиент по.тенциалов при катодной поляризации; б - градиент потенциалов при. анодной лоляризациу); на фиг.З - зависимость величины градиента потенциалов от площади дефекта при токе катодной защиты, равном 0,35 мА, и частоте коммутации 1,5 Гу (в - при площади дефекта О, г - при 0,0036 м; д - при 0,01 кг); на фиг. - кривые изменения величины градиента потенциалов в местах нарушения изоляционного покрытия, представляющие собой дефект с макрогальванопарами с катодной и анодной зонами, в зависимостиот величины защитного тока при частоте коммутации тока катодной станции равной 1,5 Гц (е - при токе коррозии 0,3 мА и токе защиты 0,001 мА; ж при токе коррозии 0,17 мА и токе защиты -0,7 мА; 3 - при.токе коррозии, равном нулю и токе защиты ЬмА; i-i - парциальная кривая при токе коррозии, равном 0,3 мА, сигнал над катодной зоной; к - то же, парциальный сигнал над анодной зоной).
Предлагаемый способ использовали на участке газопровода. Проводилась проверка определения анодных зон и
.величины защитной плотности тока, не5 обходимой для катодной защиты этих зон, на образцах трубной стали 17Г1С с площадью поверхности 0,01 м, 0,0036 м и 0,000 м. Образцы имитирующие дефекты на трубопроводе, ус0 танавливались таким образом, что имели различные потенциа/)ы (моделирование макропар дифференциальной аэрации) и при замыкании одни из них были анодами, а другие - катодами. Из5 мерения проводились по схеме, представленной на фиг.1. Операция обнаружения дефекта и определения величины защитного тока проводилась в следующем порядке.
0 На изолированный трубопровод 1 со стальными образцами, имитирующими повреждения изоляции 2, подается комму тируемый в инфранизкочастотно;-: диапазоне коммутатором 3 выход которого
5 подключен к трубопроводу 1 ток катодной станции i, плюсовой выход которой соединен с анодным заземлением 5, а минусовой - с входом коммутатора 3 и методом продольного или поперечного
0 градиента потенциалов с помощью электродов 6 и приемника 7 с регистрирующим прибором В определяют места дефектов. Затем с помощью блока 9 программ дискретно от нулевого значения через
5 10 от величины максимального в данных, условиях рабочего тока катодной станции Ц подают ток с. интервалом в|эёмени, достаточным для установления постоянной величины поляризационного потенР циала. После установления блоком 9 программы заданной величины тока измеряют величину сигнала над дефектом. Затем записывают величину тока, при котором величина сигнала проходит че рез нулевое значение, над каждым дефектом и максимальное из всех определенных значений на контролируемом участке принимают за защитный ток всего плеча защиты катодной станции Ц в
целом.
Сравнительные данные с известным способом не дают результатов, так как известный способ не улавливает дефектов таких малых размеров (менее 0,01 м)
JJ и дает общий фон сигналов без различия величин площади образцов и их анодного или катодного статуса.
Поперечный градиент переменного поля, создаваемый защитным током станции, коммутируемый в инфранизкочастотном диапазоне., измеряется приемником в местах дефекта изоляционного покрытия, трубопровода. При этом величина сигнала, регистрируемая приемником в § .зоне дефекта, не зависит практически от знака поляризации(фиг.2), а при 19ДИнаковом1 уровне .защитного-тока зависит только от площади дефекта (фиг.З) и находится в прямо пропорциональной 10 зависимости от величины тока, т.е. величина сигнала находилась в прямо пропорциональной зависимости от плотности тока стекающего или натекающего на металлическую поверхность, контактируи ющую в области дефекта изоляции трубопровода с почвенным электролитом.
При исследовании образцов с макрогальванопарами при малом защитном токе величина сигнала над анодной зоной 20 ,j(c малой площадью дефекта) вследствие большей плотности тока (кривая ё, фиг.). При увеличении защитного тока сигнал, принятый приемником над катодной зоной, резко вог растает, так как И основная часть защитного тока приходится на катодную зону как зону с меньшим сопротивлением растеканию тока (кривая ж, фиг.), а над анодной зоной при этом сигнал уменьшается. По . 10 достижении уровня защитного тока, при котором величина тока коррозии, т.е. тока, стекающего с анодного участка в зоне действия макрогальванопары, становится равной нулю, сигнал на выходе J5 приемника над анодной зоной стремится к нулю, в то время как на(3( катодной зоной сигнал резко возрастает (кривая з, фиг.). Урорень сигнала (градиента по..тёнциалов) при каждом значении, защит- 40 ного тока измеряется в милливольтах. Ток защиты, т.е. ток, необходимый для подавления тока коррозии, данного дефекта составляет в данном случае 1 мА.45
Использование предлагаемого способа, определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов обеспечивает по сравнению с известными способами получение 50 данных о наличии анодных и катодных зон на трубопроводах с поврежденной изоляцией, степени защищенности и необходимого тока защиты; определение и измерение уров- и ня защитного тока, при котором прекращается работа-макрогальванопар и объединение операций измерения уровня защитного потенциала при катодной защите, обнаружения дефектов изоляционного покрытия и измерение сигналов (градиента потенциалов) в зонах дефекта за счет.коммутациизащитного тока установки катодной защиты npi формировании контрольного сигнала переменного тока в трубопроводе.
На магистральных газопровюдах ежегодно проводятся коррозионные обследования с целью обнаружения и предупреждения развития коррозионных процессов. Эти обследования проводятся при помощи измерений приборами и осмотром в контрольных шурфах, по результатам которых проводится отбраковка участков труб и выборочный ремонт. При применений предлагаемого способа факторами, обеспечивающими экономический эффект от его применения, являются;
1.Снижение объёмов работ по вскртию газопроводов в. результате повышения точности определения степени защищенности оголенных участков трубы и необходимости ремонта изоляции незащищенных участков.
2.Снижение объемов работ по визуальному обследованию коррозионного состояния газопровода в контрольных шурфах.
3.Снижение материальных и трудовых затрат в результате возможности пров-едения механизированного обследования газопровода.
k. Увеличение производительности труда, обусловленной механизированным обследованием.-Экономический эффект с учетом изложенных факторов на базе сравнени с современными способами и приборами определения степени защищенности и обнаружения дефектов, например. Пеленг- 1, составит 30 тыс.руб./год.
Формула изобретения
Способ определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, включающий операции измерения градиента потенциалов и определения дефекта в изоляционном покрытии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения величины защитного тока и степени защищенности, операцию измерения ведут на коммутируемом в инфраниакочастотном диапазоне переменном, токе, величину которого изменяют от нулевого значения дискретно через 10 от величины рабочего.тока катодной станции до его мак симального значения, с интервалом времени, равным установившемуся значению поляризационного потенциалами измеряют уровень переменного сигнала в местах дефекта при каждом значении тока, после чего определяют величину
защитного тока дефекта и «сего плеча защиты в целом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Глазов Н.П., Стрижеьский И.В,, Калашникова А,М. и др. Методы контроля и измерений при- защите подземных сооружений от коррозиции. И., Недра 1978, с.65-79.
2.Там же, С.138-Й1.
гаг
.
X/N //W/XsX/AsXxV vr
Y
ftJuS.f
/i(f,M0
O.Z
-5 - VA .1 Фиг2 1 -rir
