Способ измерения поляризационного потенциала металлического подземного сооружения

 

Использование: для контроля защиты материала токопроводящего сооружения от электрохимической коррозии, например подземных стальных трубопроводов. Способ включает воздействие на металлическое подземное сооружение периодическим импульсным током и измерение потенциала U₁ и U₂ сооружения и градиента потенциала ΔU₁ и ΔU₂ в грунте соответственно до и во время воздействия импульсного тока. Значения поляризационного потенциала рассчитывают по формуле U_п = U₂-ΔU₂•(U₂-U₁)/ΔU₂-ΔU₁. Технический результат заключается в уменьшении погрешности при измерении поляризационного потенциала, повышении удобства и простоты работы в полевых условиях по всей протяженности металлического подземного сооружения. 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поляризационного потенциала, необходимого для контроля защиты материала токопроводящего сооружения от электрохимической коррозии, например подземных стальных трубопроводов.

Известны способы для измерения электрических параметров металлических подземных сооружений путем измерения напряжения между электродом сравнения и подземным сооружением, например по способу (Описание изобретения к авторскому свидетельству 1188663, МПК G 01 R 19/00) одновременно с измерением напряжения фиксируют ток в измерительном контуре, включающем металлическое подземное сооружение и электрод сравнения, затем изменяют направление поляризации и вновь производят замеры напряжения между металлическим подземным сооружением и электродом сравнения и тока в измерительном контуре, после чего производят расчет электрического сопротивления цепи, его составляющих и потенциала сооружения.

К недостаткам способа следует отнести необходимость: в специальном измерительном контуре, предварительно проградуированном в соответствующих единицах измерения; в источнике питания с достаточно высоким напряжением (десятки вольт), так как сопротивление в точке касания электрода сравнения с грунтом будет составлять десятки кОм. Таким образом, на практике по указанной схеме достаточно сложно заполяризовать подземное сооружение через электрод сравнения.

В основу способа (Описание изобретения к авторскому свидетельству 601622, МПК G 01 R 19/00) положен принцип исключения омической составляющей путем пропускания по цепи "измерительный электрод - подземное сооружение" сначала постоянного, а затем переменного токов одного и того же значения, замера в обоих случаях потенциала "подземное сооружение - грунт" и вычитания из результата второго измерения результат первого.

Кроме недостатков, присущих предыдущему способу, необходимо отметить следующее. Схему усложняет необходимость в источнике переменного тока с таким же выходным напряжением, как источник постоянного тока. Выполнение измерений затрудняет необходимость правильного выбора частоты переменного тока поляризации, так как система "подземное сооружение - грунт" помимо омического сопротивления имеет и реактивное сопротивление (емкость, индуктивность).

Способ (Описание изобретения к авторскому свидетельству 1046690, МПК G 01 R 19/00) основан на измерении потенциала сооружения при его поляризации при помощи вспомогательного электрода, перемещаемого вдоль подземного сооружения и фиксации момента изменения напряжения между электродом сравнения и подземным сооружением, измерения расстояния между электродом сравнения и вспомогательным электродом, по которому определяют границу зоны, с которой снимается информация об измеряемом параметре.

Такой способ измерения можно отнести к исследовательским, т.к. на практике очень сложно и трудоемко выполнить указанные операции. В частности, надо точно знать глубину залегания трубопровода в точке, где забивается вспомогательный электрод, чтобы задать нужную глубину; потенциал будет изменяться только вблизи вспомогательного электрода, то есть в той зоне, где на трубопровод натекает дополнительный ток от источника постоянного тока, а электрод сравнения, расположенный на поверхности грунта, будет измерять некоторый усредненный потенциал всей поверхности трубопровода, входящего в зону измерений.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ измерения поляризационного потенциала токопроводящего сооружения (Описание изобретения к патенту РФ 2069861, МПК G 01 R 19/00), включающий воздействие на сооружение периодическим однополярным импульсным током с заданным диапазоном длительности пауз, и измерение поляризационного потенциала в паузах между импульсами. По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого способа.

Недостатки прототипа заключаются в следующем. Для реализации способа требуется дополнительное оборудование (вспомогательный переносной генератор, синхронный детектор, пиковый вольтметр), что существенно затрудняет процесс измерения. В методе не учитывается емкостной характер нагрузки для вспомогательного переносного генератора. Система "трубопровод - грунт" имеет существенную емкость и индуктивность, поэтому применение импульсов длительностью от 1•10^-6 с до 1•10^-3 с не позволит получить "чистые" паузы между ними. Импульсы будут растягиваться во времени, и вся картина сигнала будет сильно искажена. Степень искажения будет зависеть от типа и состояния изоляции в месте измерения.

Таким образом, на сегодняшний день измерение поляризационной составляющей потенциала трубопроводов является одной из наиболее важных и сложных проблем. Существующие методы и приборы не дают пока положительных результатов во всех случаях их применения.

Технической задачей заявляемого способа является уменьшение погрешности при измерении поляризационного потенциала, обеспечение удобства и простоты работы в полевых условиях на всей протяженности металлического подземного сооружения.

Изложенная техническая задача достигается благодаря тому, что заявляемый способ включает: воздействие на металлическое подземное сооружение периодического импульсного тока, измерение потенциала сооружения и градиента потенциала в грунте сначала до, а затем во время воздействия импульсного тока и расчет значения поляризационного потенциала по формуле: где U₁, U₂ - значения потенциала металлического подземного сооружения до и во время воздействия импульсного тока, В; ΔU₁, ΔU₂ - значения градиента потенциала в грунте до и во время воздействия импульсного тока, В.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что измеряют значение потенциала металлического подземного сооружения и градиента потенциала в грунте до и во время воздействия импульсного тока и дальнейшего расчета поляризационного потенциала по вышеприведенной формуле.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения благодаря наличию новых признаков позволяет обеспечить получение технического результата, выражающегося в уменьшении погрешности при измерении поляризационного потенциала, обеспечении удобства и простоты работы в полевых условиях на всей протяженности металлического подземного сооружения.

Указанные существенные признаки, в совокупности характеризующие сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для способов измерения поляризационного потенциала. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна".

Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии заявляемого способа критерию "Изобретательный уровень".

В связи с тем, что заявляемый способ измерения поляризационного потенциала прошел испытания в полевых условиях и подтвердил достижение заявляемого технического результата, изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость".

На чертеже представлена схема включения приборов при измерении поляризационного потенциала металлического подземного сооружения на основе заявляемого способа, например с использованием источника постоянного тока.

Схема реализации способа (см. чертеж) включает металлическое подземное сооружение, например, подземный стальной трубопровод (далее в тексте "трубопровод") 1, переносные: штырь - заземлитель 2, источник постоянного тока 3, электроды сравнения (например, медно-сульфатные) 4, переменный резистор 5, милливольтметр 6 и вольтметр 7 и стационарный контрольно-измерительный пункт (КИП) 8.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Малогабаритный переносной источник постоянного тока (например, аккумулятор ) 3 подключается одним полюсом к переносному штырю-заземлителю 4, а другим - через переменный резистор 5 к КИПу 8 трубопровода 1 и к вольтметру 7, который второй клеммой связан с электродом сравнения 4 ближним к трубопроводу 1 и милливольтметром 6. Последний подключен второй клеммой к дальнему от трубопровода 1 электроду сравнения 4. При такой схеме в каждой точке измерения включается ток от переносного источника тока 3 и выполняется измерение потенциала трубопровода U и градиента потенциала в грунте ΔU, что исключает влияние реактивных составляющих (емкость, индуктивность) трубопровода на результаты измерения. Катодная станция (КС) при этом не выключается. Полярность подключения источника тока 3 может быть любая. Первое измерение U и ΔU выполняется при выключенном источнике постоянного тока 3, а второе - при включенном. Включая и выключая источник постоянного тока, мы, тем самым, подаем на трубопровод импульсный сигнал. Можно подать таким образом один импульс, можно несколько импульсов. При нескольких - мы получим воздействие периодическим импульсным током. Полученные значения разности потенциалов "подземное сооружение - грунт" и разности градиента потенциалов в грунте подставляем в формулу (1) и рассчитываем значение поляризационной составляющей потенциала.

Например, U₁=1,5 В; U₂=1,6 В; ΔU₁=0,02 В; ΔU₂=0,022 В.

При указанной на чертеже полярности, включение источника постоянного тока 3 увеличит значение потенциала трубопровода, как приведено в примере. Обратная полярность уменьшит значение потенциала, но результат от этого не изменится.

Таким образом, предлагаемый способ благодаря наличию новых признаков обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с прототипом, а именно: - повысит точность измерения поляризационного потенциала, за счет отсутствия погрешностей измерения, обусловленных протеканием уравнительных токов и влиянием переходных процессов при выключении КС в паузах между импульсами. На результат измерения также не влияет форма сигнала КС (ток может быть: пульсирующий, импульсный, постоянный и т.д.); - обеспечение удобства и простоты работы в полевых условиях на всей протяженности металлического подземного сооружения (не требуется дополнительного блока для перевода КС в импульсный режим, используются измерительные приборы широкого применения: вольтметр и милливольтметр, что также существенно упрощает измерения).

Формула изобретения

Способ измерения поляризационного потенциала металлического подземного сооружения, включающий воздействие на указанное сооружение периодическим импульсным током, отличающийся тем, что измеряют значения потенциала указанного сооружения и градиента потенциала в грунте до и во время воздействия импульсного тока, а затем определяют значение поляризационного потенциала по формуле:
где U₁, U₂ - значения потенциала металлического подземного сооружения до и во время воздействия импульсного тока, В;
ΔU₁, ΔU₂ - значения градиента потенциала в грунте до и во время воздействия импульсного тока, В.

РИСУНКИ

Рисунок 1