Глубинный анодный заземлитель

 

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии, в частности, к глубинным анодным заземлителям. Глубинный анодный заземлитель выполнен в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, полной заводской готовности к применению. Каждый из заземлителей содержит центральный электрод с закрепленными на нем металлическими элементами в виде длинномерных пластин вдоль направляющих электрода, окруженный слоем активатора в виде цилиндра, на основе состава из электропроводного гранулированного, пористого сыпучего материала, смесь которого состоит из фракций частиц, отобранных по массовой доле и размеру, и термопластичного связующего и соединенный с предыдущим и последующими электродами в единый электропроводник и равнопрочный по длине стержень. Промежутки между торцами цилиндров активатора соседних анодных заземлителей заполнены активатором. Применение глубинного анодного заземлителя позволит снизить металлоемкость, повысить надежность и долговечность, свести к минимуму расходы на монтажные работы при устройстве электрозащиты. 2 ил.

Изобретение относится к защите подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии.

Известен глубинный анодный заземлитель, содержащий две концентрически расположенные стальные трубы, пространство между которыми заполнено коксовой мелочью, причем к внутренней трубе по всей длине ее рабочей части закреплены стальные элементы в виде дисков, охватывающих трубу (SU, а.с. 852969 C 23 F 13/00).

Недостатком известного глубинного анодного заземлителя является значительный расход металла, сложность сборки и монтажа, обусловленные низкой степенью индустриализации устройства: в заводских условиях могут быть выполнены только отверстия в трубах и установка дисков - все остальное выполняется в поле на месте монтажа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является скважинное анодное заземление, выполненное в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой анодных заземлителей, каждый из которых содержит центральный стальной электрод, слой активатора в виде коксовой засыпки, упакованные в металлический тонкостенный кожух, причем каждый анодный заземлитель снабжен насаженным на центральный электрод электропроводным трубчатым элементом и слоем электропроводного бетона, расположенным между трубчатым элементов и слоем активатора, при этом центральный электрод выполнен общим для всех заземлителей, между отдельными заземлителями расположены перегородки в виде металлической сетки, а зазор между стенкой скважины и наружным кожухом заполнен электропроводным бетоном (патент РФ 1339164, С 23 F 13/00, 1987 г.).

Недостатком этого скважинного анодного заземлителя является высокая металлоемкость, ненадежность электрического контакта между центральным стальным электродом и трубчатым элементом, обусловленная тем, что электролит грунта по микропорам электропроводного бетона, необходимым для нормального функционирования заземления, проникает между сопрягаемым поверхностями электрического контакта и корродирует их, в результате электрический контакт нарушается и все заземление в целом выходит из строя, а также сложность сборки и монтажа по причине недостаточной степени индустриализации устройства - необходимость заливать электропроводный бетон в скважину, к тому же эта операция не обеспечивает 100% гарантии получения равномерного слоя бетона вокруг наружного кожуха из-за возможного искривления или обвала скважины, смещения устройства от центра скважины.

Технической задачей изобретения является создание глубинного анодного заземлителя, конструкция которого обеспечивает экономное использование металла, максимальную степень индустриализации - максимальную степень заводской готовности, минимум и простоту сборочных и монтажных работ, а также достаточную прочность и жесткость на изгиб, надежность и долговечность анодного заземлителя.

Техническая задача решается тем, что в глубинном анодном заземлителе, выполненном в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, полной заводской готовности к применению, каждый из которых содержит центральный металлический электрод с закрепленными на нем металлическими элементами, окруженный слоем адгезионного адаптированного к металлу активатора, выполненного в виде цилиндра, соосного электроду, из смеси частиц электропроводного, гранулированного пористого сыпучего материала и соединенный с предыдущим и последующими электродами в единый электрический проводник и единый равнопрочный по длине стержень, согласно изобретению смесь частиц активатора состоит из фракций частиц, отобранных по массовой доле и размеру, и термопластичного связующего, причем промежутки между торцами цилиндров активатора соседних анодных заземлителей заполнены активатором или родственным ему материалом до общей наружной поверхности цилиндров, а металлические элементы выполнены в виде нескольких длинномерных в пределах длины цилиндра активатора пластин вдоль образующих электрода и равномерно расположенных вокруг него по окружности.

Сущность изобретения поясняется на чертежах: фиг.1 - общий вид глубинного анодного заземлителя; фиг.2 - сечение А-А анодного заземлителя.

Глубинный анодный заземлитель состоит из отдельных, полной заводской готовности к применению, анодных заземлителей 1, в свою очередь состоящих из центрального металлического электрода 2, металлических элементов в виде длинномерных пластин 3, электрод 2 и элементы 3 окружены слоем активатора 4 виде цилиндра 5 с торцами 6.

Элементы 3 в количестве нескольких штук закреплены вдоль образующих электрода 2 равномерно по окружности и имеют с электродом 2 гарантированную электрическую и механическую связи. Электроды 2 анодных заземлителей 1 соединены между собой и образуют единый электрический проводник и равнопрочный по длине стержень. Промежутки 7 между торцами цилиндров 5 активатора 4 заполнены активатором 4 вплоть до поверхности цилиндров 5. Активатор 4 обладает значительной адгезией по отношению к металлу электрода 2 и элементов 3 и выполнен, например, на основании состава из гранулированного кокса и термопластичного связующего - пека. Активатор 4 и электрод 2 совместно образуют композицию, аналогичную армированному бетону.

Глубинный анодный заземлитель работает следующим образом.

Глубинный анодный заземлитель собирается из отдельных анодных заземлителей 1, изготовленных на заводе и полностью готовых к применению как в гирлянде глубинного анодного заземлителя, так и отдельно, причем подсоединение кабеля к электроду 2 возможно с двух концов, в другом случае один конец глушится изоляцией. Соединение электродов 1 между собой производят при сборке глубинного анодного заземлителя, последовательно по мере его опускания в скважину. Также последовательно заполняют промежуток 7 шириной l_n между торцами 6 цилиндра 5 активатора 4, активатором 4. Промежуток между поверхностью цилиндра 5 и стенками скважины заполняют гравием, песком и т. п.

При подсоединении глубинного анодного заземлителя к катодной станции возникает электрический ток между заземлителем и защищаемым сооружением, под воздействием которого протекает электрохимический процесс на анодном заземлителе, газовые продукты которого свободно проходят через активатор 4, поскольку он наделен для этого необходимой степенью пористости. Цилиндр 5 активатора 4 увеличивает площадь контакта заземлителя с грунтом. Активатор 4 обладает необходимой прочностью, гарантированно удерживается на электроде 2, за счет его адгезии к металлу, гарантированно обеспечивается и электрический контакт с электродом 2 и элементами 3.

Необходимости в металлическом или из иного материала кожухе для удержания активатора нет. Элементы 3 способствуют равномерному растеканию тока с электрода 2 и в первую очередь подвергаются электрохимической коррозии, защищая тем самым электрод 2, что позволяет выбрать диаметр электрода 2 d_э наименьшим из всех вариантов, что вкупе с отсутствием кожуха, трубчатого элемента как у прототипа, позволяет значительно сэкономить расход металла. Активатор 4 по физико-механическим свойствам подобен асфальту, при низких отрицательных температурах теряет пластичность и склонен к хрупкому излому. В практике диаметр d_э электрода 2 принимается равным 20-30 мм при длине анодного заземлителя 1-L_a.з=2÷3 м. При таком сочетании размеров электрод 2 имеет незначительную изгибную жесткость, что может привести в случае непредвиденных изгибных нагружений при транспортировке и монтаже к прогибу анодного заземлителя 1 и образованию трещины в активаторе 4, оголению электрода 2 и в конечном счете к преждевременному выходу из строя глубинного анодного заземлителя в целом. Установка элементов 3 в виде длинномерных пластин вдоль образующих электрода 2 позволяет повысить жесткость электрода 2 до необходимого уровня и избегать последствий подобных ситуаций.

Испытание серии анодных заземлителей 1 из 12 образцов подтвердило работоспособность конструкции заявляемого глубинного анодного заземлителя.

Было изготовлено 12 образцов с размерами, мм: диаметр цилиндра активатора, D_a.з. - 123 длина анодного заземлителя L_а.з. - 1650 длина цилиндра активатора l _ц.а. - 1540 диаметр электрода d_э - 30 длина элемента l_э - 1400 количество элементов n - 3 промежуток между торцами цилиндров l_n - 100 В качестве активатора была взята смесь на основе известного состава для изготовления анодных заземлителей (SU, а.с. 831867 C 23 F 13/00), содержащая: нефтяную прокаленную коксовую мелочь - 72-65% от массы смеси, с соотношением фракций по массе и размерам частиц, мм: % от массы смеси - Размер частиц, мм
28,0÷29,6 - 1,0 - 8,0
13,6÷16,0 - 0,16 - 1,0
28,8÷28,8 - До 0,16
и каменноугольный пек - 28-65%, нагретый до температуры 120-140^oС.

Ход опытов показал устойчивую повторяемость результатов, стабильно высокие, приемлемые в практике величины качественных характеристик и достаточную изгибную жесткость анодных заземлителей:
- механическая прочность, кгс/см² - 212, что соответствует прочности бетона марки 200;
- удельное электросопротивление, Ом•мм²/м - 391;
- электрохимический эквивалент, кг/А•год - 2,41;
- пористость, % - 9,8.

Применение изобретения позволит изготавливать анодные заземлителя с незначительной металлоемкостью, повышенными надежностью и долговечностью, с малыми затратами на сборку и монтаж, и с высокими качественными характеристиками.

Формула изобретения

Глубинный анодный заземлитель, выполненный в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, полной заводской готовности к применению, каждый из которых содержит центральный металлический электрод, окруженный слоем активатора, выполненного в виде цилиндра, соосного электроду из смеси частиц электропроводного гранулированного, пористого сыпучего материала и соединенный с предыдущим и последующим электродами в единый электрический проводник и единый равнопрочный по длине стержень, отличающийся тем, что смесь активатора состоит из фракций частиц, отобранных по массовой доле и размеру, и термопластичного связующего, причем промежутки между торцами цилиндров активатора соседних анодных заземлителей заполнены активатором или родственным ему материалом до общей наружной поверхности цилиндров, на центральном металлическом электроде закреплены несколько длинномерных металлических пластин, расположенных в пределах длины цилиндра активатора вдоль электрода и равномерно вокруг него по окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2