Способ регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов
Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии, в частности, к регулированию потенциалов катодной защиты участков защищаемого сооружения. Способ включает назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», изменение параметров катодной защиты каждой станции катодной защиты, определение коэффициентов влияния каждой j-той станции на потенциал «труба-земля» в каждой i-той контрольной точке по формуле: , составление системы линейных уравнений зависимости потенциала в контрольной точке от значений силы тока каждой из станций, расчет значений силы тока каждой станции и установку рассчитанных значений силы тока на выходе станций, при этом изменение параметров катодной защиты каждой станции выполняют без изменения текущих параметров остальных станций и, не допуская перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых значений, причем измерение значения потенциала «труба-земля» выполняют после его стабилизации, а стационарный потенциал в контрольных точках определяют по формуле: ϕстi=ϕi - A11⋅I1 - A12⋅I2 -…- Aij⋅Ij, где ϕстi - стационарный потенциал в i-й точке контроля, B, i=1; 2; … k; ϕi - измеренный потенциал в i-й точке контроля, B; Aij - коэффициенты влияния j-й станции на потенциал в i-й точке контроля, Ом; Ij - значение силы тока на выходе станции, A, j=1; 2; … n; n - количество станций, влияющих на потенциал в i-й точке контроля; k - количество точек контроля. Технический результат: сокращение времени регулирования оптимальных параметров режимов работы станций катодной защиты и постоянное поддержание потенциалов в регламентируемых диапазонах. 3 табл., 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано при регулировании параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов, в частности, трубопроводов, проложенных на территории компрессорных и насосных станций, а также линейных участков магистральных трубопроводов.
Известен способ регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов, включающий снятие поляризационных кривых, подбор потенциала катодной защиты по изменению градиента логарифма тока по потенциалу, при этом значение потенциала катодной защиты поддерживают на 0,03-0,06 В меньше по модулю, чем то, при котором происходит изменение градиента логарифма тока по потенциалу (Патент РФ RU 2327821, кл. C23F 13/04, опубл. 27.06.2008).
Недостатком способа является длительность процедур регулирования, включающих изменение режимов работы станций катодной защиты на участке трубопровода в ручном режиме, при этом, для получения точки перелома кривой поляризации необходимо периодически временно завышать режимы работы станций, что негативно сказывается на состоянии изоляционного покрытия и металла трубопровода, а также снижает ресурс оборудования противокоррозионной защиты.
Известен способ регулирования оптимальных режимов работы станций катодной защиты трубопроводов, заключающийся в назначении контрольных точек на трубопроводах, отключении всех действующих станций катодной защиты (СКЗ), измерении стационарного потенциала, поочередном включении СКЗ, пошаговом увеличении режимов работы и определении коэффициента влияния каждой станции на потенциал в каждой контрольной точке, составлении системы линейных уравнений зависимости потенциала в точке измерения от значений силы тока каждой из станций, расчете оптимальных значений силы тока каждой станции, при условии, что значения потенциала в контрольных точках должны стремиться к критериальному значению, определяемому по действующим нормативным документам (Инструкция по оптимизации режимов установок катодной защиты промплощадок, утв. Мингазпромом СССР 21.03.86. ВНИИГАЗ. 1986 г. ).
Недостатком способа является длительность всех процедур регулирования и невысокая эффективность при изменяющемся электрическом сопротивлении грунта, например, при его сезонном изменении, при этом потенциал металла трубопроводов в ряде точек в последующем может не соответствовать диапазону значений, регламентируемому нормативными документами. Это требует периодического проведения повторных измерений, нахождения стационарного потенциала, поведения расчетов и последующего регулирования.
Известен способ регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов, включающий назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», временное отключение всех СКЗ на участке трубопровода, деполяризацию трубопровода, измерение стационарного потенциала металла и грунта, поочередное включение станций, пошаговое увеличение силы тока на выходе станции, измерение на каждом шаге разности потенциалов «труба-земля», расчет коэффициентов влияния, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции, при условии, что значения потенциала в контрольных точках должны стремиться к критериальному значению, определяемому с учетом сезонных изменений характеристик грунта (см. Патент РФ RU 2555301, кл. C23F 13/04, опубл. 10.07.2015). Указанный способ является наиболее близким аналогом для заявляемого нами технического решения и взят нами в качестве прототипа.
Недостатком способа является необходимость отключения станций катодной защиты, что снижает показатель защищенности во времени, обязательное определение стационарного потенциала металла трубопровода в контрольных точках, необходимость периодических измерений силы тока станции, и, следовательно, высокая трудоемкость метода, кроме того, метод не учитывает действие других сторонних источников тока, воздействующих на трубопровод, например, блуждающие токи, стекающие в грунт с рельсов железной дороги, электрифицированной на постоянном токе, и натекающие на трубопровод.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа и обеспечение нахождения влияния станций катодной защиты на значения потенциалов в контрольных точках без отключения станций катодной защиты, что позволяет реализовать способ дистанционно при помощи систем дистанционного коррозионного мониторинга и управления оборудованием противокоррозионной защиты.
Технический результат: сокращение времени регулирования оптимальных параметров режимов работы станций катодной защиты и постоянное поддержание потенциалов в регламентируемых диапазонах, за счет применения подсистем дистанционного коррозионного мониторинга и сокращения времени проведения замеров для определения коэффициентов влияния станций катодной защиты на потенциал в контрольных точках с использованием заявленного способа.
Поставленная задача решается тем, что в способе регулирования режимов работы станций катодной защиты трубопроводов, включающем назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», пошаговое изменение режимов работы каждой из станций защиты, определение коэффициентов влияния каждой j-той станции на потенциал «труба-земля» в каждой i-той контрольной точке по формуле: 
, составление системы линейных уравнений зависимости потенциала в контрольной точке от значений силы тока каждой из станций, расчет значений силы тока каждой станции, при этом изменение режима работы каждой станции катодной защиты выполняют, не изменяя текущих режимов работы остальных станций катодной защиты и не допуская перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых значений, измерение значения потенциала «труба-земля» выполняют после его стабилизации, а стационарный потенциал в контрольных точках определяют по формуле:
где ϕстi - стационарный потенциал в i-й точке контроля, В, i=1;2;…k;
ϕi - измеренный потенциал в i-й точке контроля, В;
Аij - коэффициенты влияния j-й станции защиты на потенциал в i-й точке контроля, Ом;
Ij - значения силы тока на выходе станции защиты, А, j=1;2;…n;
n - количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-й точке контроля;
k - количество точек контроля.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема участка трубопровода с указанием координат размещения СКЗ и контрольных точек, а на фиг. 2 - графики распределения защитного потенциала до и после проведения процедур оптимизации. В таблице 1 приведены данные о величине защитного потенциала «труба-земля» в контрольных точках и величине силы тока на выходе двух СКЗ, защищающих участок магистрального газопровода. В таблице 2 приведены данные о величине защитного потенциала «труба-земля» в контрольных точках при изменении силы тока на выходе двух СКЗ. В таблице 3 приведены рассчитанные значения силы тока на выходе двух СКЗ и величины защитного потенциала «труба-земля» в контрольных точках.
Способ реализуют следующим образом.
На участке трубопровода назначают контрольные точки для измерения потенциала. В число контрольных точек включают точки, в которых по результатам предыдущих исследований наблюдались избыточные или недостаточные потенциалы «труба-земля».
В автоматическом режиме, с применением систем дистанционного коррозионного мониторинга, производят измерения потенциала в контрольных точках.
Выбирают СКЗ, для которой фиксируют текущие значения силы выходного тока и выходного напряжения.
Изменяют параметры работы СКЗ, не допуская перехода потенциала в контрольной точке в область недопустимых значений.
После стабилизации значений потенциала в контрольной точке производят измерение его значения вручную с помощью вольтметра, либо дистанционно, с применением оборудования подсистем дистанционного коррозионного мониторинга.
Определяют коэффициент влияния данной СКЗ на каждую контрольную точку по формуле:
где Δϕi - изменение потенциала в i-й контрольной точке, В;
ΔIj - изменение силы тока j-станции защиты, влияющей на потенциал в i-й контрольной точке, А, j=1;2;…n;
j - номер станции катодной защиты;
i - номер контрольной точки.
Повторяют действия для всех СКЗ, защищающих исследуемый участок трубопровода.
Определяют по формуле (2) коэффициенты влияния всех СКЗ на потенциал в точках контроля.
Определяют стационарный потенциал ϕстi для каждой точки контроля по формуле (1) и составляют систему линейных уравнений вида
Используя полученную систему уравнений, рассчитывают значения силы тока Ij на выходе СКЗ, при которых обеспечивается защитный потенциал «труба-земля», соответствующий регламентируемым значениям.
Устанавливают рассчитанные значения силы тока Ij на выходе СКЗ. В контрольных точках проверяют соответствие измеренных значений потенциала «труба-земля» регламентируемым значениям.
Пример.
Необходимо отрегулировать работу станций катодной защиты на участке действующего магистрального газопровода длиной 30 км и защищаемого двумя СКЗ. Выбирают пять точек контроля, расположенных через 7,5 км по трассе газопровода и оборудованных системой дистанционного коррозионного мониторинга, например производства ЗАО «Трубопроводные системы и технологии» РФ. При электрометрических измерениях эффективности катодной защиты на участке действующего магистрального газопровода, установлено, что измеренный в точках 3 и 4 потенциал не соответствует действующим критериям защиты (от минус 1,15 В до минус 0,85 В, согласно ГОСТ Р 51164-98 п. 5.1) (табл. 1, фиг. 1). Катодная поляризация трубопровода на участке осуществляется с помощью станций катодной защиты В1 и В2. Необходимо произвести регулирование станций катодной защиты, с условием, что отключение СКЗ В1 и В2 нежелательно. Значения силы тока СКЗ В1 и В2 равны 1 и 0,7 А соответственно.
На СКЗ В1 дистанционно, с применением блоков контроля и управления станциями защиты, входящими в состав систем дистанционного коррозионного мониторинга, изменяют значения выходной силы тока до значения 1,5 А, также с помощью системы дистанционного коррозионного мониторинга производят измерения потенциалов в контрольных точках и контролируют недопущение перехода потенциала в область недопустимых значений по ГОСТ Р 51164-98.
Возвращают начальную силу тока на выходе СКЗ В1.
Повторяют процедуру для СКЗ В2 с увеличением силы тока до 1,5 А.
Полученные данные заносят в таблицу (табл.2).
Определяют коэффициенты влияния СКЗ на потенциалы в контрольных точках:
;
; 
;
;
;
;
; 
;
;
.
После определения всех коэффициентов влияния определяют стационарный потенциал в контрольных точках по предложенной формуле (1):
ϕст1=0,95-0,08⋅1-0,02⋅0,7=0,856 В;
ϕст2=0,9-0,06⋅1-0,04⋅0,7=0,812 В;
ϕст3=0,77-0,04⋅1-0,08⋅0,7=0,674 В;
ϕст4=0,83-0,02⋅1-0,08⋅0,7=0,754 В;
ϕст5=0,95-0,08⋅1-0,02⋅0,7=0,856 В.
Составляют систему линейных уравнений для каждой контрольной точки:
При помощи табличного редактора Microsoft Excel, командой «Поиск решения» определяют такие значения силы тока СКЗ В1 и В2, чтобы потенциал в контрольных точках находился в регламентируемых границах, и при этом стремился к нижней границе с запасом (≈100 мВ), необходимым для однозначного нахождения в регламентируемых границах, с учетом возникающих погрешностей измерения и расчета. Расчет показал, что для обеспечения защищенности необходимо выставить силу тока на СКЗ В1, равную 1,52 А, а силу тока на СКЗ В2, равную 1,61 А (табл. 3).
Устанавливают рассчитанные значения силы тока на выходе станций. В контрольных точках проверяют соответствие измеренных значений потенциала «труба-земля» регламентируемым значениям. После установления рассчитанных величин силы тока на выходе СКЗ В1 и СКЗ В2 потенциал в контрольных точках принял следующие значения:
ϕзащ1=-1,02 В;
ϕзащ2=0,95 В;
ϕзащ3=-0,88 В;
ϕзащ4=-0,92 В;
ϕзащ5=-1,01 В.
Установившиеся значения защитных потенциалов во всех контрольных точках находятся в рамках допустимого диапазона (фиг. 2), а относительная погрешность между вычисленными и измеренными значениями защитных потенциалов не превышает 2,5%.
Способ регулирования параметров катодной защиты участков подземных магистральных трубопроводов, включающий назначение контрольных точек, в которых определяют значение потенциала «труба-земля», изменение параметров катодной защиты каждой станции катодной защиты, определение коэффициентов влияния каждой j-той станции на потенциал «труба-земля» в каждой i-той контрольной точке по формуле: 
, составление системы линейных уравнений зависимости потенциала в контрольной точке от значений силы тока каждой из станций, расчет значений силы тока каждой станции и установку рассчитанных значений силы тока на выходе станций, отличающийся тем, что изменение параметров катодной защиты каждой станции выполняют без изменения текущих параметров остальных станций катодной защиты и, не допуская перехода потенциала «труба-земля» в контрольных точках в область недопустимых значений, причем измерение значения потенциала «труба-земля» выполняют после его стабилизации, а стационарный потенциал в контрольных точках определяют по формуле:
ϕстi=ϕi - A11⋅I1 - A12⋅I2 -…- Aij⋅Ij,
где ϕстi - стационарный потенциал в i-й точке контроля, B, i=1; 2; … k;
ϕi - измеренный потенциал в i-й точке контроля, B;
Aij - коэффициенты влияния j-й станции защиты на потенциал в i-й точке контроля, Ом;
Ij - значение силы тока на выходе станции защиты, A, j=1; 2; … n;
n - количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-й точке контроля;
k - количество точек контроля.
