Устройство термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии

Изобретение относится к оборудованию для систем защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для получения электрической энергии для питания катодной станции за счет тепла перемещаемого газа или жидкости в трубопроводе. Устройство содержит источник питания, соединенный с силовым блоком, который соединен кабелями с участком защищаемого трубопровода и анодным заземлителем, при этом в качестве источника питания оно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой отрезок трубы, включенный в защищаемый трубопровод, соединенный с ним через фланцы и выполненный с кольцевым оребрением из изоляционного диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которого, повторяя очертания продольного разреза кольцевых ребер вокруг отрезка трубы по всей его длине, помещены парные зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, одиночные ряды которых состоят из размещенных поочередно и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков из разных металлов M1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, причем свободные концы одиночных рядов каждого парного ряда с одной стороны отрезка трубы соединены между собой перемычками, а с противоположной - присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными через токовыводы с силовым блоком. Технический результат - повышение надежности и эффективности защиты трубопровода от коррозии. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для систем защиты подземных трубопроводов от коррозии, а именно для получения электрической энергии для питания катодной станции за счет тепла перемещаемого газа или жидкости в трубопроводе.

Известно устройство для совместной защиты от коррозии подземных металлических объектов, содержащее источники питания, анодные заземления, блоки питания и электроды сравнения [Патент РФ№656374, МПК C23F 13/00, 2000].

Основным недостатком известного устройства является необходимость постоянного электроснабжения источников питания от электросети, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автономное устройство для катодной зашиты трубопроводов, содержащее источник ЭДС, соединенный с анодным заземлением и защищаемым трубопроводом, причем источник ЭДС представляет собой движущий орган, который передает кинетическую энергию движущегося потока газа (жидкости) в трубопроводе на вал генератора через стабилизатор частоты в силовой блок, где преобразуется в необходимое для катодной защиты напряжение [Патент РФ №1823524, МПК C23F 13/00, 1995].

Основными недостатками известного устройства являются сложность его конструкции, которая включает в себя, как минимум, турбину и электрогенератор, и создаваемое турбиной дополнительное гидравлическое сопротивление в защищаемом трубопроводе, что снижает надежность и эффективность устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии содержит источник питания, соединенный с силовым блоком, который соединен кабелями с участком защищаемого трубопровода и анодным заземлителем, причем источник ЭДС представляет собой отрезок трубы, включенный в защищаемый трубопровод и соединенной с ним через фланцы, покрытой изоляционным слоем из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, выполненным в форме кольцевого оребрения с кольцевыми ребрами, внутри которого, повторяя очертания его продольного разреза вокруг отрезка трубы по всей ее длине, помещены парные зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, одиночные ряды которых состоят из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки ребра и поверхности трубы соответственно, причем свободные концы одиночных рядов каждого парного ряда с одной стороны отрезка трубы соединены между собой перемычками, а с противоположной - присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными через токовыводы, с силовым блоком.

На фиг.1 представлены общий вид и разрез устройства термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, на фиг.2-6 -источник питания (ЭДС).

Предлагаемое устройство термоэлектрической защиты трубопровода содержит источник питания (ЭДС) 1, соединенный с силовым блоком 2, который, в свою очередь, соединен соединительными кабелями 3 и 4 с участком защищаемого трубопровода 5 и анодным заземлителем 6, причем генератор 1 представляет собой отрезок трубы 7, включенный в защищаемый трубопровод 5 и соединенный с ним через фланцы 8, покрытый изоляционным слоем из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 9, выполненным в форме кольцевого оребрения с кольцевыми ребрами 10, внутри которого, повторяя очертания его продольного разреза вокруг трубы 7 по всей ее длине, помещены парные зигзагообразные ряды 11 теплоэлектрических секций (ТЭС) 12, одиночные ряды которых состоят из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 14. Каждый ТЭП 14 состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки ребра 10 и поверхности трубы 7 соответственно, причем свободные концы одиночных рядов каждого парного ряда 11 с одной стороны ТЭС 12 соединены между собой перемычками 15, а с противоположной - присоединены к коллекторам с одноименными зарядами 16 и 17, соединенными через токовыводы 18 и 19 с силовым блоком 2.

Предлагаемое устройство термоэлектрической защиты трубопроводов, представленное на фиг.1-6, работает следующим образом.

После заполнения трубопровода 5 и начала движения в нем газа (жидкости) с температурой tГ выше, чем температура грунта tЗ, который соприкасается с наружной поверхностью источника питания (ЭДС) 1, представляющей собой слой из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 9, выполненный в форме кольцевого оребрения с кольцевыми ребрами 10. При этом, в результате теплообмена между горячим газом (водой), движущимся по трубе 7 и окружающим грунтом, нагревается зона нагрева, состоящая из слоя материала 9, прилегающего к стенке трубы 7, в промежутке между смежными ребрами 10, в которой происходит нагрев двухслойных расплющенных концов ТЭП 14, выполненных из металлов М1 и М2, расположенных параллельно поверхности трубы 7 за счет передачи тепла теплопроводностью через слой материала 9, обладающего высокой теплопроводностью от стенки трубы 7 и охлаждение кромок ребер 10 от холодного грунта, в которых происходит охлаждение двухслойных расплющенных, плотно прижатых друг к другу, концов ТЭП 14, выполненным из металлов М1 и М2, расположенных в кромках ребер 10, которые охлаждаются при этом. Конструкция двухслойных концов ТЭП 14 позволяет увеличить количество переходящего тепла за счет повышенной площади их контакта с зонами нагрева и охлаждения и высокой площади контакта слоев самих металлов М1 и М2, соединенных между собой (например, спайкой). Кроме того, процесс теплообмена от материала 9 к спаям металлов М1 и М2 ТЭП 14 интенсифицируется за счет передачи его теплопроводностью, скорость которой при высоком значении коэффициента теплопроводности значительно выше, чем скорость передачи тепла за счет конвекции [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: «Металлургия», 1973, с.195-198]. В результате теплообменных процессов, происходящих между газом в трубе 7 и наружным грунтом, происходит нагрев двухслойных спаев, состоящих из плотно соединенных между собой слоев металлов М1 и М2, расположенных в зоне нагрева, и охлаждение двухслойных спаев, выполненных также из металлов М1 и М2, расположенных в зоне охлаждения каждой ТЭП 14, соединенных между собой, что создает разность температур между зонами нагрева и охлаждения, в результате которой происходит эмиссия электронов во всех ТЭП 14 и, соответственно, возникновение в парных зигзагообразных рядах 11 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с.502-506], которое суммируется на коллекторах 16 и 17 и через тоководы 18 и 19 поступает в силовой блок 2, где создается требуемое напряжение и сила тока (на фиг.1-6 не показаны), после чего через соединительные кабели 3 и 4 ток с необходимыми параметрами подается на защищаемый участок трубопровода 5 и анодный заземлитель 6.

При проведении экспериментальных исследований было установлено, что источник ЭДС с теплообменной поверхностью 170×120 мм (0,02 м2), выполненный из 160 ТЭП (парных отрезков металлов М1-хромель и М2-копель), позволяет при разности температур холодной и горячей среды от 30°C до 230°C (в качестве сред использовали воздух при разных температурах) на холодных и горячих спаях металлов М1 и М2 получать постоянный электрический ток напряжением от 0,23 до 2,8 В, силой тока от 0,01 до 0,15 А и мощностью от 0,002 до 0,42 Вт [Ежов B.C., Семичева Н.Е. Использование низкопотенциальной тепловой энергии для электроснабжения зданий. Известия Юго-Западного государственного университета. - Курск, №1, 2012. - С.56-62]. Расчеты на основании экспериментальных данных (без учета потерь) показывают, что источник ЭДС с теплообменной поверхностью 1 м2 при этих условиях позволяет получать постоянный электрический ток напряжением (выходное напряжение) от 11,5 до 140 В, силой тока от 0,5 до 6,5 А и мощностью от 5,75 до 810 Вт. Для сравнения - выходное напряжение известной станции катодной защиты «Минерва-3000», Uвых=96 В.

Вышеприведенные данные показывают, что величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 18 и 19 источника питания (ЭДС) 1 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества ТЭП 14 в парных рядах 11 и их числа. При необходимости устанавливают несколько источников питания 1. Требуемые напряжение U и силу тока I получают путем суммирования и трансформации получаемого ими тока в силовом блоке 2.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает автономное энергоснабжение катодной защиты и позволяет упростить конструкцию источника питания, что повышает надежность и эффективность защиты трубопроводов от коррозии.

Устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, содержащее источник питания, соединенный с силовым блоком, который соединен кабелями с участком защищаемого трубопровода и анодным заземлителем, отличающееся тем, что в качестве источника питания оно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой отрезок трубы, включенный в защищаемый трубопровод, соединенный с ним через фланцы и выполненный с кольцевым оребрением из изоляционного диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которого, повторяя очертания продольного разреза кольцевых ребер вокруг отрезка трубы по всей его длине, помещены парные зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, одиночные ряды которых состоят из размещенных поочередно и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения вблизи кромки ребра и поверхности трубы соответственно, причем свободные концы одиночных рядов каждого парного ряда с одной стороны отрезка трубы соединены между собой перемычками, а с противоположной - присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными через токовыводы с силовым блоком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области предотвращения коррозии металлов путем анодной и катодной защиты от эрозионного и коррозионного разрушения подводной поверхности морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных платформ, и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для ледовых условий эксплуатации.
Изобретение относится к способам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, а также от воздействия на них ледовых образований и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для ледовых условий эксплуатации.

Изобретение относится к области предотвращения коррозии гребных винтов и гребных валов морских судов путем катодной защиты. .

Изобретение относится к электрохимзащите от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтяной, газовой, энергетических отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.

Изобретение относится к области электрохимической зашиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при сооружении анодных и рабочих заземлений постоянного тока.

Изобретение относится к машиностроению, к устройствам защиты металлических конструкций от коррозии, может применяться для защиты корпусов автомобилей, поверхностей трубопроводов, корпусов судов.

Изобретение относится к области защиты металлических оболочек кабелей электроснабжения. .

Изобретение относится к устройствам катодной защиты от коррозии металлоконструкций в химической и нефтегазовой промышленности. .

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации морских нефтепромысловых гидротехнических сооружений, в частности к обеспечению эксплуатационной надежности морских стационарных платформ.

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты скважинного оборудования от коррозии и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области защиты металлических конструкций от коррозии. Протектор для защиты металлических конструкций от коррозии содержит разрушаемый электрод, вмонтированный в него магнитный элемент и изоляционные прокладки. Между электродом и магнитным элементом расположен материал с односторонней проводимостью, направленной от магнитного элемента к электроду, или установлена прокладка из диэлектрика, частично изолирующая контакт между электродом и магнитным элементом, при этом контактное сопротивление между электродом и магнитным элементом не превышает 10% от полного сопротивления протектора. Технический результат: повышение защитного действия протектора на защищаемой металлической конструкции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты трубопроводной арматуры от внутренней коррозии. Непосредственно на запорном элементе трубопроводной арматуры размещают анодные протекторы и закрепляют их на запорном элементе коррозионно-стойким резьбовым крепежом. В качестве катода используют запорный элемент трубопроводной арматуры, кинематический элемент привода трубопроводной арматуры в виде вала, штока либо шпинделя и корпус трубопроводной арматуры. Запорный элемент трубопроводной арматуры катода и анодный протектор дополнительно соединяют неразъемными или условно-разъемными металлическими соединениями в единую электрическую цепь с суммарным электрическим сопротивлением по металлу в сухом состоянии величиной не более 0,1 Ом. Материал анодного протектора выбирают в зависимости от материала катода и концентрации в рабочей среде коррозионно-активных компонентов, в частности - хлорид-иона, из условия, что алгебраическая разность Δφ электрохимических потенциалов катода φк и анода φа удовлетворяет соотношению: 0,4 В ≤ Δφ ≤ 0,5 В. Повышается эффективность и экономичность защиты. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электрохимзащите от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтяной, газовой, энергетических отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления. Способ включает монтаж стоек на дне траншеи для установки электродов анодного заземления и контрольно-измерительной колонки, к которой подводят кабели, при этом устанавливают ковер с выводом газоотводной трубки от электродов через скважину и заполняют пространство между электродами и грунтом, при этом пространство между электродами и грунтом заполняют углеродсодержащим материалом из твердых углеродосодержащих отходов электродного производства марки МУЭ, обладающим естественной усадкой при увлажнении на 10 -15%, с утрамбовкой каждого слоя материала, увлажненного до насыщения. Технический результат: сокращение количества электродов анодного заземления, уменьшение размеров траншей для их размещения и увеличение срока эксплуатации анодного заземлителя. 1 ил.

Изобретение относится к способу и устройству коррозионной защиты стали в бетоне. Устройство содержит расходуемый анод, модификатор электрического поля и наполнитель с ионной проводимостью, устанавливают в полости, образованной в бетонном элементе, и расходуемый анод непосредственно соединяют со сталью. Модификатор включает элемент со стороной, которая является анодом, поддерживающим реакцию окисления, в электронном контакте со стороной, которая является катодом, поддерживающим реакцию восстановления. Катод модификатора обращен к расходуемому аноду и отделен от него наполнителем. Наполнитель содержит электролит, который соединяет расходуемый анод с катодом модификатора. Анод модификатора обращен от расходуемого анода. Реакция восстановления на катоде модификатора, по существу, включает восстановление кислорода из воздуха. Обеспечивается увеличение выработки тока дискретным расходуемым анодом и усиление защитного эффекта и возможность подачи вырабатываемого тока в предпочтительном направлении для улучшения распределения тока при гальванической защите стали в элементах из отвержденного железобетона, контактирующих с воздухом. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил., 3 пр.

Изобретение относится к катодной защите металлических объектов от коррозии и электрохимической обработки почв, илов и других дисперсных сред для очистки от загрязнений. Сборка содержит центральный кабель и концентрично расположенные относительно него последовательно распределенные аноды на титановой основе цилиндрической формы с наружным каталитическим покрытием, каждый из которых связан с кабелем электрическим контактом, размещенным в полости анода. Каждый анод с электроактивным покрытием внутри и снаружи снабжен приваренным в его торцевой части биметаллическим трубчатым элементом титан-медь, содержащим переходный термодиффузионный слой, представляющий собой токоввод для соединительного проводника, связывающего анод с проводником центрального кабеля в полости анода, при этом электрические контакты выполнены пайкой и защищены многослойной изоляцией. Технический результат: снижение переходного сопротивления в месте контакта токопроводящего кабеля и токоприемника и в месте контакта токоприемника и анодного заземлителя. 3 ил.

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Анодный заземлитель состоит из литого электрода с крестовидной формой сечения, имеющего равноудаленные выступы, соединенные дугами, выгнутыми от центра электрода, токоввод, кабель и термоусадочную муфту в форме колпака с отверстием для заливки герметика, при этом электрод имеет два токоввода, расположенных на противоположных торцах электрода и представляющих собой контактные узлы, содержащие вплавленные в электрод вставки цилиндрической формы диаметром 0,2-0,4 диаметра электрода, длиной 0,1-0,15 общей длины электрода, изготовленные с проточками глубиной 3-6 мм и шириной 5-15 мм, причем вставки вплавлены в электрод на 2/3 своей длины, а на боковой поверхности вставок, не залитой материалом электрода, выполнены площадки для крепления накладок размером 0,60-0,65 диаметра вставки, фиксирующих прижим кабеля токоввода в виде петли, причем вставки выполнены из сплава, обладающего коэффициентом термического расширения, близким к коэффициенту термического расширения материала электрода, а в качестве герметика использован кремнийорганический полимерный наполнитель. Конструкция электрода позволяет повысить его механическую прочность и надежность работы при сборке электродов в гирлянду. 3 ил.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. Способ ремонта системы защиты от коррозии трубопроводов куста скважин нефтяного месторождения, содержащей установки катодной защиты скважин и протекторной защиты трубопроводов, групповую замерную установку (ГЗУ), станции катодной защиты (СКЗ) и анодные заземлители, характеризуется тем, что на корпусе ГЗУ монтируют кабельные линии с подключением к каждому трубопроводу и блок совместной защиты трубопроводов (БСЗТ), кабельные выводы подключают к регулировочному плато БСЗТ, протекторно-защищенные трубопроводы через диоды и регулируемые сопротивления подключают к катодно-защищенным трубопроводам в БСЗТ, при этом в качестве СКЗ используют СКЗ и анодные заземлители, смонтированные на скважине для катодной защиты обсадной колонны скважины с трубопроводом, катодно-защищенный трубопровод используют в качестве «донора» для обеспечения тока защиты остальных трубопроводов, защитный потенциал которых снизился менее минимально допустимого -0,9 В или срок службы протекторов которых истек, проставляют вставки для электрического разобщения трубопроводов и пункта схождения трубопроводов, все трубопроводы подключают к БСЗТ и производят регулировку тока защиты на трубопроводах, значения защитных потенциалов на которых превышают -1,05 В, производят снижение и перераспределение токов защиты между трубопроводами, протекторную защиту отключают при потенциале защиты менее -0,9 В, потенциал на вновь подключаемых трубопроводах устанавливают (-0,9) - (-1,05) В, при подключении одного из каналов БСЗТ к корпусу пункта схождения трубопроводов и трубопроводам до перемычки потенциал устанавливают порядка (-0,7) - (-0,8) В и регулируют величину токов утечек. Технический результат: устранение коррозии околошовных зон трубопроводов и повышение степени антикоррозионной защиты трубопроводов.
Наверх