Автоматическая катодная станция

 

Изобретение относится к оборудованию для защиты от коррозии подземных и подводных металлических конструкций и может быть использовано для защиты от коррозии газопроводов, водопроводов, кабелей связи, нефтепроводов, наружной обшивки кораблей, балластных танков, морских, речных буев, пирсов, опор мостов, шпунтовых стенок и т.п. Задача изобретения - повышение эффективности катодной защиты при работе станции в автоматическом режиме со стабилизацией по сопротивлению грунта и упрощение эксплуатации. Автоматическая катодная станция включает регулятор напряжения, трансформатор с выходом на выпрямительный мост, измерительный элемент, блок сравнения, усилитель, блок управления тиристорами, защищаемое сооружение и анодное заземление. Измерительный элемент выполнен в виде уравновешенного моста, одно плечо которого включено последовательно в цепь анодного заземления, смежное плечо включено параллельно сопротивлению грунта, а два других плеча соединены последовательно между собой и шунтируют выход выпрямительного моста, плюсовая клемма которого подключена кабелем к анодному заземлению, а минусовая клемма подключена к защищаемому сооружению. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для защиты от коррозии подземных и подводных металлических конструкций и может быть использовано не только для защиты от коррозии газопроводов, водопроводов, кабелей связи, нефтепроводов, но и для защиты от коррозии наружной обшивки кораблей, балластных танков, морских и речных буев, пирсов, опор мостов, шпунтовых стенок и т.п.

Скорость коррозии, в зависимости от внешних условий, составляет 0,3-0,5 мм в год, поэтому, например, газопроводы с толщиной стенки 9 мм выходят из строя через 6-8 лет. Ущерб, наносимый народному хозяйству коррозией, огромен.

Известен способ катодной защиты стальных подземных сооружений от коррозии, где представлена электрическая схема устройства, реализующего этот способ (см. а.с. СССР N 784383, кл. C 23 F 13/00, заявл. 09.07.79).

Полноту катодной защиты осуществляют с помощью устройства, состоящего из регулируемого источника постоянного тока, плюсовая клемма которого подключена кабелем к подземному сооружению. В цепь источника тока включены амперметр, вольтметр, ваттметры.

Такое устройство позволяет вручную поддерживать заданную полноту катодной защиты вне зависимости от потенциального состояния защищаемого сооружения.

Для поддержания заданной полноты катодной защиты в зависимости от сложных метеорологических условий требуется периодическая подрегулировка параметров катодной защиты.

Чтобы ввести такое устройство в автоматический режим поддержания заданной полноты катодной защиты, необходимо установить громоздкий сложный усилитель и первичный преобразователь, что усложняет устройство, делает его дорогим и нецелесообразным в применении.

Известны и широко используются автоматические катодные станции, например АКС-АКХ (см. Инструкцию по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. М: Стройиздат, с. 162-164).

Катодная защита включает регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подключена к анодному заземлению, а минусовая к защищаемому сооружению.

Автоматическая катодная станция состоит из магнитно-тиристорного или тиристорного регулятора напряжения, трансформатора с выходом на выпрямительный мост, измерительного элемента, блока сравнения, усилителя и блока управления тиристорами. Питание автоматической катодной станции осуществляют от сети переменного тока напряжением 220 В.

Такая автоматическая катодная станция осуществляет автоматическое поддержание полноты катодной защиты, в которой сигнал обратной связи берут по потенциалу с медносульфатного электрода сравнения, находящегося в электролитическом контакте с коррозионной средой. Это трудновыполнимо в условиях грунтовой и водной среды, не удобно в работе. При этом не достигается нормированная полнота катодной защиты, поскольку эффективное действие электрического тока в цепи катодной станции не может быть согласовано с действительными параметрами электрического тока на участке "грунт", т.к.

I U/Z ток в цепи катодной станции; I = SδdS ток в цепи "грунт".

Ток U величина скалярная, плотность тока δ величина векторная, поэтому при одном и том же токе I в цепи катодной защиты его эффективности действие в фазе "грунт" будет зависеть от вектора плотности тока и может резко изменяться от измерения к измерению в зависимости от грунтовых и атмосферных условий. Так, при одном и том же токе или напряжении катодной защиты эффективные действия тока в грунте для различных грунтовых, атмосферных условий будут различны, хотя потенциал защищаемого сооружения может и сохраниться.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности катодной защиты при работе станции в автоматическом режиме со стабилизацией по сопротивлению грунта и упрощение эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическая катодная станция содержит регулятор напряжения, трансформатор с выходом на выпрямительный мост, измерительный элемент, усилитель, блок сравнения и блок управления тиристорами. Новым является то, что измерительный элемент выполнен в виде уравновешенного измерительного моста, одно плечо которого включено последовательно в цепь анодного заземления, смежное плечо включено параллельно сопротивлению грунта, два других плеча соединены последовательно между собой и шунтируют выход выпрямительного моста, плюсовая клемма которого подключена кабелем к анодному заземлению, а минусовая клемма подключена к защищаемому сооружению.

Измерительный элемент, выполненный в виде уравновешенного моста, используется в технике, например в измерительных органах, источниках опорного сигнала, в органах сравнения (см. например, Бамдас А.М. и Шапиро С.В. Стабилизаторы с подмагничиваемыми трансформаторами. Энергия, 1965, с. 75). Измерительный мост включает так, чтобы ток нагрузки источника не мог проходить ни через одно из плеч уравновешенного моста. Такое включение нами использовано в представленной ниже схеме, например так включен блок сравнения.

В нашем случае, когда измерительный элемент выполнен в виде уравновешенного моста, через одно плечо, включенное последовательно в анодную цепь, протекает ток нагрузки, через смежное плечо протекает ток, равный току, протекающему по последовательно соединенным двум другим плечам. Такое включение моста возможно только в системах катодной защиты, поскольку при прохождении тока через одно плечо, например R, делает мост неуравновешенным, так как на этом плече будет падение напряжения под воздействием тока. В нашем случае это напряжение будет уравновешенным ЕДС гальванического элемента, образующегося системой "анодное заземление подземное сооружение". Включение измерительного моста иначе не приведет к желаемому результату. Например, если включить одно из плеч измерительного моста последовательно не в анодную, а в катодную цепь, то часть напряжения, составляющая защитный потенциал, снизится, а на анодном заземлении во столько же раз увеличится анодный конус, что приведет к отрицательным воздействиям на смежные коммуникации. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует изобретательскому уровню, т.к. для специалистов явным образом не следует из уровня техники.

На чертеже представлена схема автоматической катодной станции со стабилизацией по сопротивлению грунта, включающая регулятор напряжения 1, соединенной с трансформатором 2 с выходом его на выпрямительный мост 3, уравновешенный мост 4, состоящий из сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄, R_г, блок сравнения 5, усилитель 6, блок управления тиристорами 7, защищаемое вооружение 8 и анодное заземление 9.

Автоматическая катодная станция работает следующим образом.

При включении в сеть регулятора напряжения 1 регулируемое напряжение поступает на понижающий трансформатор 2, который понижает и гальванически развязывает напряжение от сети. Выпрямительный мост Греца 3, принимая гальванически развязанное пониженное и регулируемое напряжение, преобразует его в двухполупериодное выпрямленное и подает на измерительный элемент, выполненный в виде уравновешенного моста 4, состоящего из сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄, R_г. Мост уравновешен при эффективной катодной защите с участием сопротивления грунта. Сигнал с уравновешенного моста 4 поступает на блок сравнения 5 только в том случае, когда уравновешенный мост оказывается разбалансированным, а это произойдет только под воздействием измерения сопротивления грунта R_г независимо от того, чем оно вызвано (грунтовыми, атмосферными, тепловыми, световыми, подводными или иными возмущающими факторами). Одно плечо измерительного моста включено последовательно в цепь анодного заземления, другое параллельно нагрузке (или сопротивлению грунта, совместно с которым и образуется уравновешенный мост). Два остальных плеча соединены последовательно между собой и шунтируют выход выпрямительного моста, плюсовая клемма которого подключена кабелем к анодному заземлению 9, а минусовая клемма подключена к защищаемому сооружению 8.

Сигнал на выходе измерительного моста оказывается согласованным с величиной сопротивления грунта, т.е. при его уменьшении сигнал возрастает, при увеличении уменьшается. Таким образом, любое изменение сопротивления грунта в цепи катодной защиты, шунтирующее одно из плеч измерительного моста 4, вызывает его разбаланс. При разбалансе моста сигнал поступает на блок сравнения 5 через усилитель 6, блок управления тиристорами 7, который вводит регулятор напряжения 1 в требуемый режим.

Таким образом, любое изменение сопротивления грунта в цепи катодной защиты, шунтирующее одно из плеч уравновешенного моста, вызывает на его выходе сигнал, который приводит к изменению тока базы, вследствие чего изменяется сопротивление усилительного триода, вызывающее смешение управляющих импульсов по фазе. При уменьшении сопротивления грунта выходной сигнал измерительного моста увеличивается, угол включения тиристоров увеличивается, выходное напряжение катодной станции увеличивается. И наоборот, при увеличении сопротивления грунта сигнал измерительного моста уменьшается, угол включения тиристоров уменьшается, выходное напряжение станции уменьшается. Так, в зависимости от сопротивления грунта катодная станция работает в автоматическом режиме.

Автоматическая катодная станция, работающая со стабилизацией по сопротивлению грунта, проще в устройстве, надежнее в работе, она развязана от датчиков по грунтовому электролиту, работа которых может быть прервана из-за раскопок земли, резкого изменения концентрации электролита в медно-сульфатном электроде сравнения.

В грунтах с удельным сопротивлением электролита свыше 10² Ом плотность защищаемого тока определяется омическим контролем, а при более низких сопротивлениях используют катодный контроль. Это обстоятельство указывает на перспективность и эффективность разработки автоматической катодной станции со стабилизацией по сопротивлению грунта.

Формула изобретения

Автоматическая катодная станция, содержащая регулятор напряжения, трансформатор, соединенный с выпрямительным мостом, измерительный элемент, блок сравнения, соединенный с усилителем, блок управления тиристорами, анодное заземление, отличающаяся тем, что измерительный элемент выполнен в виде уравновешенного моста, одно из плеч которого соединено с анодным заземлением, смежное с ним второе плечо соединено с анодным заземлением и защищаемым сооружением, а два других плеча соединены последовательно между собой и соединены параллельно выходам выпрямительного моста, минусовой выход которого соединен с одним из входов измерительного моста и защищаемым сооружением, а плюсовой выход выпрямительного моста соединен с вторым входом измерительного моста, один из выходов которого соединен с первым и вторым входами блока сравнения, а второй выход с третьим и четвертым входами блока сравнения и анодным заземлением, выход усилителя через блок управления тиристорами и регулятор напряжения соединен с трансформатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1