Способ катодной защиты подземного стального трубопровода
Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Способ включает чередование контрольного и рабочего циклов, при этом в течение контрольного цикла снимают поляризационную кривую зависимости защитного потенциала участка трубопровода, расположенного в непосредственной близости от катодной станции, от логарифма выходного тока катодной станции, определяют верхний и нижний пределы регулирования защитного потенциала, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования потенциала, которое поддерживают на протяжении последующего рабочего цикла, вблизи нижнего предела регулирования, при этом в качестве верхнего предела принимают значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой, при этом в контрольном цикле перед процедурой снятия поляризационной кривой осуществляют дистанционную катодную поляризацию наиболее удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до нормированного значения (-0,85 В) при отсутствии выходного тока катодной станции с помощью расположенных вблизи упомянутых удаленных участков измерительных пунктов, содержащих измеритель потенциала, датчик потенциала, протектор, размыкатель, автономный источник питания и приемопередатчик, а значение катодного потенциала (-0,85 В), до которого поляризуют наиболее удаленные участки трубопровода, принимают в качестве нижнего предела диапазона регулирования защитного потенциала. Технический результат: обеспечение надежной защиты трубопровода по всей длине защитной зоны катодной станции при пониженном потреблении электроэнергии. 2 ил.
Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в средствах защиты протяженных металлических сооружений различного назначения, в том числе трубопроводов.
Известна система катодной защиты магистральных трубопроводов (патент RU на полезную модель №87425, МПК C23F 13/22), включающая катодно-поляризуемый трубопровод, установки катодной защиты, причем каждая установка катодной защиты содержит: измерительный шунт, источник сетевого электроснабжения, фильтр питания, катодную станцию, глубинное анодное заземление, блок измерения и обработки информации, электрод сравнения, микроконтроллер измерения и передачи сигналов, блок контроля, датчик охраны, источник питания, силовую часть, трансформаторы тока, устройство подключения, блок фильтров, состоящий из входного, активного и цифрового фильтров, усилитель, детектор, блок приема информации, включающий микроконтроллер приема информации, пункт приема и регистрации информации, на котором установлена ЭВМ. Система осуществляет сбор информации о контролируемых параметрах защиты и передачу этих данных в диспетчерский пункт по каналу связи в виде высоковольтной линии электропередач
Недостатком известной системы является высокое ее энергопотребление, а также то, что стабилизация параметров защиты осуществляется на базе информации, получаемой с датчиков, расположенных только вблизи катодной станции, что снижает эффективность защиты сооружения на всем его протяжении.
Известна система катодной защиты магистральных трубопроводов (патент RU на изобретение №2202001, МПК C23F 13/22), включающая поляризуемый трубопровод, установки катодной защиты, пункты приема и регистрации информации, источник (источники) сетевого электроснабжения, причем каждая установка катодной защиты содержит: катодную станцию (преобразователь), глубинное анодное заземление, блок измерения и обработки информации, датчик поляризационного потенциала, датчик скорости коррозии, датчик наводораживания, блок приема и передачи, электрод сравнения, блок логики, телеизмерения и телерегулирования, блок коммутации и измерения параметров защиты, блок фазовой регулировки, блок импульсной модуляции и избирательный фильтр, шину. Система осуществляет мониторинг и управление работой группы катодных станций, используя в качестве канала связи защищаемый трубопровод
Недостатком известной системы является высокое ее энергопотребление, а также то, что при мониторинге состояния протяженного участка трубопровода и управлении работой катодных станций используют информацию о состоянии сооружения только вблизи катодных станций и не учитывают состояние трубопровода между катодными станциями на границах их защитных зон.
Известна система катодной защиты (патент CN №106460198 (А), US 2015368809 (A1) WO 2015195858 (А1), МПК C23F 13/04, МПК C23F 13/22), которая может контролировать рабочее состояние множества контрольных точек и выпрямителей. Система катодной защиты включает в себя множество контрольно-измерительных пунктов, которые связаны с контрольными точками и множеством выпрямителей с встроенными контроллерами, расположенными вдоль трубопровода. Контрольно-измерительные пункты питаются от батареи, а выпрямители питаются от сети и обменивается данными с базовой станцией, используя технологию беспроводной связи. Базовая станция взаимодействует с сервером, который работает, чтобы накапливать данные и визуально представлять данные оператору на дисплее, связанном с прикладным программным обеспечением катодной защиты. Программное приложение позволяет оператору контролировать состояние системы и направлять оповещения, генерируемые любым из контрольно-измерительных пунктов и контролируемых выпрямителей.
Недостатком известного устройства является избыточное потребление электроэнергии, обусловленное неоправданным завышением выходного тока каждой из катодных станций, входящих в состав системы, для обеспечения надежной защиты всего участка сооружения, защищаемого станцией.
Известна автоматическая станция катодной защиты металлических сооружении от коррозии (патент RU на изобретение №2456375, МПК C23F 13/02), содержащая вентильные разрядники, защитный автомат, силовой блок, шунт, первый и второй датчики защитного потенциала, первый и второй блоки сравнения, инвертор, первый и второй аналоговые ключи, сумматор, масштабирующий усилитель, задатчики максимальной и минимальной величины защитного потенциала, первый и второй компараторы, генератор, первый и второй элементы «И», реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, задатчик тока, ограничитель тока, датчик сетевого напряжения, датчик напряжения на силовом блоке, датчик тока, датчик защитного напряжения, датчик открытия дверей, модем сотовой связи с набором информационных входов.
К недостаткам известной автоматической станции следует отнести:
- недостаточная информативность о защищенности трубопровода по его длине, обусловленная использованием только двух датчиков потенциала.
- избыточное потребление электроэнергии, обусловленное неоправданным завышением выходного тока катодной станции для надежной защиты наиболее удаленных участков сооружения.
Известен «Способ регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов» (патент RU на изобретение №2327821, МПК C23F 13/04), который включает снятие катодной поляризационной кривой, подбор и поддержание выбранного потенциала катодной защиты, при этом подбор потенциала катодной защиты осуществляют по градиенту логарифма тока по потенциалу, 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.
Недостатком известного способа является то, что периодически проводимый контрольный замер для определения верхнего значения потенциала подземного сооружения, осуществляют только вблизи катодной станции, и не учитывают состояние сооружения на границах защитной зоны катодной станции, что не гарантирует эффективность защиты на всем протяжении участка сооружения. Кроме того поддержание потенциала вблизи верхнего значения требует неоправданно высоких затрат электроэнергии.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является выбранный за прототип «Способ катодной защиты протяженного участка подземного сооружения» (патент RU на изобретение №2493291), который включает периодическое снятие вблизи катодной станции контрольной зависимости потенциала f1 подземного сооружения от логарифма тока катодной станции, определение верхнего значения потенциала Uвepx, соответствующего точке изменения крутизны контрольной зависимости f1, определение и последующее поддержание оптимального значения потенциала подземного сооружения в интервале между процедурами снятия контрольных зависимостей, при этом дополнительно снимают контрольные зависимости потенциала f2 и f3, как минимум, еще для двух точек, расположенных на границе защитной зоны по обеим сторонам вдоль сооружения, для контрольных зависимостей f2 и f3 определяют значения токов Iн2 и Iн3, соответствующих минимальному нормированному потенциалу Uмин, выбирают наибольшее значение из токов Iн2 и Iн3, для контрольной зависимости f1 определяют значение потенциала, соответствующее наибольшему значению тока, которое принимают за нижнее допустимое Uнижн, а в качестве оптимального потенциала выбирают потенциал между значениями Uнижн и Uвepx.
Недостатком известного способа является то, что для обеспечения надежной защиты трубопровода по всей длине защитной зоны катодной станции расходуется неоправданно избыточное количество электроэнергии.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности защиты подземного сооружения на всем протяжении зоны защитного действия катодной станции.
Технический результат, отвечающий сформулированной выше задаче, заключается в обеспечении надежной защиты трубопровода по всей длине защитной зоны катодной станции при пониженном потреблении электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе катодной защиты подземного стального трубопровода, включающем чередование контрольного и рабочего циклов, при этом в течение контрольного цикла снимают поляризационную кривую зависимости защитного потенциала участка трубопровода, расположенного в непосредственной близости от катодной станции, от логарифма выходного тока катодной станции, определяют верхний и нижний пределы регулирования защитного потенциала, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования потенциала, которое поддерживают на протяжении последующего рабочего цикла, вблизи нижнего предела регулирования, при этом в качестве верхнего предела принимают значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой, при этом в контрольном цикле перед процедурой снятия поляризационной кривой осуществляют дистанционную катодную поляризацию наиболее удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до нормированного значения (-0,85 В) при отсутствии выходного тока катодной станции с помощью расположенных вблизи упомянутых удаленных участков измерительных пунктов, содержащих измеритель потенциала, датчик потенциала, протектор, размыкатель, автономный источник питания и приемопередатчик, а значение катодного потенциала (-0,85 В), до которого поляризуют наиболее удаленные участки трубопровода, принимают в качестве нижнего предела диапазона регулирования защитного потенциала.
Причинно-следственная связь между введенными в способ катодной защиты подземного трубопровода существенными признаками, и техническим результатом заключается в том, что введенная в состав контрольного цикла процедура дистанционной катодной поляризации удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, осуществляемая исключительно за счет автономных технических средств, расположенных вблизи этих удаленных участков, при отсутствии на выходе катодной станции выходного тока, позволяет существенно уменьшить значение требуемого для защиты трубопровода выходного тока катодной станции, и позволяет снизить нижний предел регулирования защитного потенциала, при этом увеличение смещения потенциала удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до минимально допустимого нормативного значения (-0,85) обеспечивает, к тому же, и гарантированную защиту этих участков. Таким образом, исключение любого из вновь введенных существенных признаков не позволит достичь указанного выше технического результата.
Заявителем не были обнаружены источники информации об устройстве, имеющем всю совокупность отличительных существенных признаков, отраженных в формуле на заявляемое изобретение. Из чего сделан вывод, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию «НОВИЗНА».
Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию изобретательский уровень заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники. Несмотря на то, что все функционально самостоятельные отличительные признаки известны сами по себе, заявителем не обнаружено такое их сочетание, как это представлено в заявляемой совокупности. Из этого сделан вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
Сущность заявленного технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 отражены поляризационные кривые, а на фиг. 2 - функциональная схема системы управления защитным потенциалом трубопровода, используемая для реализации заявленного способа катодной защиты подземного трубопровода.
Обозначения, принятые на фиг. 1
f1, f2, f3 - зависимости защитного потенциала трубопровода от логарифма выходного тока катодной станции, именуемые поляризационными кривыми, полученные для трех участков трубопровода, первый из которых, соответствующий поляризационной кривой f1, расположен в непосредственной близости от катодной станции, а второй, соответствующий поляризационной кривой f2, и третий, соответствующий поляризационной кривой f3, расположены по одну, и по другую вдоль трубопровода сторону от катодной станции, на границах ее защитной зоны;
- Uзп - текущее значение защитного потенциала трубопровода;
- Uзп.в - верхнее значение защитного потенциала трубопровода, соответствующее начальной стадии процесса наводораживания, принятое за верхний предел зоны регулирования потенциала.
- Uзп.мд. - минимально допустимое нормативное значение потенциала, обеспечивающее защиту трубопровода, принятое в соответствии с ГОСТ ИСО 9.602-2005, для стали - минус 0,85 В;
- Uзп.н - нижнее значение защитного потенциала применительно к конкретным условиям защиты трубопровода, принятое за нижний предел зоны регулирования потенциала.
- Uзп.ст - значение защитного потенциала трубопровода, поддерживаемое (стабилизируемое) в течение рабочего цикла эксплуатации.
log(Iкc) - текущее значение логарифма выходного тока катодной станции;
Iкс.пр - логарифм предельного значения выходного тока катодной станции;
Iкс.в - логарифм значения выходного тока катодной станции, соответствующего начальной стадии «наводораживания».
Iкc.ст - логарифм выходного тока катодной станции, соответствующий потенциалу, поддерживаемому в течение рабочего цикла (-Uзп.ст).
Iкс1, Iкс2, Iкс3 - логарифмы значений выходного тока катодной станции, для которых текущее значение защитного потенциала (-Uзп) равно минимально-допустимому нормированному значению (-0,85 В). При этом ток Iкс1 соответствует потенциальной кривой f1, ток Iкс2 - потенциальной кривой f2, ток Iкс3 - потенциальной кривой f3. На фиг. 1 для потенциальных кривых f2 и f3 токи Iкс2 и Iкс3 имеют нулевое значение, так как при выполнении дистанционной катодной поляризации удаленных участков трубопровода, выходной ток катодной станции поддерживался на нулевом уровне, а потенциал этих участков был смещен до минимального нормированного значения (-0,85 В).
Обозначения, принятые на фиг. 2
1 - катодная станция (КС);
2 - анодный заземлитель (AЗ);
3 - датчик выходного тока катодной станции (ДТ);
4 - датчик выходного напряжения катодной станции (ДН);
5 -станция управления (СУ);
6 - приемопередатчик станции слежения (ППСУ);
7 - базовый измерительный пункт (БИП);
8 - датчик потенциала базового измерительного пункта (ДПБИП);
9 - измеритель потенциала базового измерительного пункта (ИПБИП);
10, 11 - удаленные измерительные пункты (УИП1 и УИП2);
12 - приемо-передатчик удаленного измерительного пункта (ППУИП)
13 - автономный источник питания (АИП)
14 - датчик потенциала удаленного измерительного пункта (ДПУИП)
15 - измеритель потенциала удаленного измерительного пункта (ИПУИП)
16 - протектор (ПРТ).
17 - размыкатель (РЗМ)
Регулирование параметров катодной защиты трубопровода заявляемым способом осуществляют чередованием контрольного и рабочего циклов. В течение контрольного цикла последовательно выполняют: процедуру дистанционной катодной поляризации участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, по одну, и по другую от нее сторону, вдоль трубопровода, и процедуру снятия поляризационных кривых для трех участков трубопровода, первый из которых, соответствующий поляризационной кривой f1, расположен в непосредственной близости от катодной станции, а второй, соответствующий поляризационной кривой f2, и третий, соответствующий поляризационной кривой f3, расположены на границах защитной зоны катодной станции. В ходе процедуры дистанционной катодной поляризации участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, осуществляют катодное смещение защитного потенциала этих участков трубопровода по отношению к природному потенциалу материала трубопровода, до минимально допустимого нормированного значения (-0,85). При этом данное катодное смещение защитного потенциала осуществляют при отсутствии выходного тока катодной станции, исключительно за счет автономных технических средств, расположенных вблизи этих удаленных участков. В ходе процедуры снятия поляризационных кривых f1, f2, f3 все текущие значения измеряемых параметров и результаты вычислений сохраняют в энергонезависимой памяти, а полученные в ходе контрольного цикла данные подвергают математической обработке, по результатам которой определяют: пределы регулирования защитного потенциала, в качестве верхнего из которых принимают значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой f1, в качестве нижнего предела выбирают минимально допустимое нормативное значение (-0,85), а в качестве защитного потенциала, которое поддерживают на протяжении всего последующего рабочего цикла, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования, вычисленными в ходе выполнения контрольного цикла, предпочтительно вблизи нижнего предела регулирования потенциала.
Система управления защитным потенциалом трубопровода, которая может быть использована для реализации заявляемого способа, содержит: катодную станцию 1, подключенную положительным выводом к анодному заземлителю 2, а отрицательным выходом через датчик выходного тока 3 - к защищаемому трубопроводу; датчик выходного напряжения 4, подключенный параллельно выходам катодной станции 1; станцию управления 5, снабженную приемопередатчиком 6 и подключенную: первым выводом к катодной станции 1; вторым выводом - к датчику выходного тока 3, а третьим выводом - к датчику выходного напряжения 4; базовый измерительный пункт 7, расположенный вблизи катодной станции 1 и включающий: датчик потенциала 8 и соединенный с ним первым выводом измеритель потенциала 9, второй вывод которого подключен к защищаемому трубопроводу, а третий вывод - к станции управления 5; два идентичных по составу удаленных измерительных пункта 10 и 11, расположенных на границе защитной зоны катодной станции 1, по обе от нее стороны, вдоль защищаемого трубопровода, каждый из которых снабжен приемопередатчиком 12 и автономным источником питания 13, а также содержит: датчик потенциала 14 и соединенный с ним первым выводом измеритель потенциала 15, второй вывод которого подключен к защищаемому трубопроводу, а третий вывод - к приемопередатчику 12, соединенному с приемопередатчиком станции управления 5 посредством канала связи; протектор 16 и подключенный к нему первым коммутируемым выводом управляемый размыкатель 17, второй коммутируемый вывод которого соединен с защищаемым трубопроводом, а переключающий вывод соединен с четвертым выводом измерителя потенциала 15, при этом автономный источник питания 13 выполнен с возможностью возобновления энергии от солнечной батареи.
Система управления защитным потенциалом трубопровода может быть построена на базе следующих компонентов. Катодная станция 1 (фиг. 1) может быть любой модели, любого производителя, в которой реализованы функции стабилизации выходного тока и стабилизации защитного потенциала, например, «ПКЗ-АР», «СКЗ-ИП», «МПН-ОПЕ-М14», «НГК-ИПКЗ-Евро». В качестве анодного заземлителя 2 может быть применен заземлитель типа ОЖТ3-1 производства Ставропольского радиозавода. В качестве датчика тока 3 может быть применен шунт 75ШИСВ 100А 0.5 ГОСТ 8042-93, а в качестве датчика напряжения 4 может быть использован резистивный делитель напряжения с коэффициентом передачи не менее 20, состоящий из резисторов типа С2-29 В, мощностью не менее 5 Вт, с номиналами 100 кОм и 5,1 кОм и усилитель на микросхеме ОР177А. Станция управления 5 может быть реализована на базе микроконтроллера PIC24FJ256GA106. Приемопередатчик 6 станции управления 5 может быть реализован на GSM модеме типа WISM0218. В качестве датчика защитного потенциала 8 может быть использован медно-сульфатный электрод сравнения типа ЭНЭС-1, оснащенный датчиком поляризационного потенциала производства Ставропольского радиозавода. Измеритель потенциала 9 может быть реализован на базе аналогового коммутатора МАХ4590, конфигурация 2×SPST, микропроцессора Atmega168, интерфейса МАХ485. Приемо-передатчик 12, входящий в состав удаленных измерительных пунктов 10 и 11 может быть реализован на GSM модеме типа GSM 1800,. Автономный источник питания 13 может быть реализован, либо на базе батареи LS33600CNR (3,6 В, 17а*ч),), либо на базе аккумулятора емкостью не менее 7А*час, предпочтительно изготовленного по гелиевой технологии, с подзарядкой от солнечной батареи. В качестве солнечной батареи может быть использована солнечная панель CHN10-36M, размером 290 мм×290 мм, обеспечивающая ток 0,55 А при выходном напряжении 18 В. В качестве датчика защитного потенциала 14, входящего в состав каждого из удаленных измерительных пунктов 10 и 11, может быть использован медно-сульфатный электрод сравнения типа ЭНЭС-1, оснащенный датчиком поляризационного потенциала производства Ставропольского радиозавода. Измеритель потенциала 15, входящий в состав каждого из удаленных измерительных пунктов 10 и 11, может быть реализован на базе аналогового коммутатора МАХ4590, конфигурация 2 х SPST, микропроцессора Atmega168, интерфейса МАХ485. В качестве протектора 16, входящего в состав каждого из удаленных измерительных пунктов 10 и 11, может быть использован протектор модели ПМ10У, а размыкатель 17, входящий в состав каждого из удаленных измерительных пунктов 10 и 11, может быть построен на базе низковольтного p-канального транзистора, коммутирующего ток не более 1 А, и имеющего сопротивление открытого канала не более 1 Ом, например, SSM6J409TU (рабочее напряжение от 1,5 В до 4.5 В, ток коммутации до 9 А, сопротивление открытого канала 0,02 Ом). В качестве канала связи между станцией управления 5 и удаленными измерительными пунктами 10 и 11 может быть использован также защищаемый трубопровод или оптоволоконная связь.
Описание работы системы управления защитным потенциалом трубопровода.
Работа системы управления защитным потенциалом трубопровода осуществляется в виде автоматического чередования контрольного и рабочего циклов. Интервал времени между контрольными циклами, составляющий длительность рабочего цикла, устанавливается работником службы ЭХЗ (электрохимической защиты) с учетом особенностей эксплуатации конкретного трубопровода (сооружения), и может составлять от одного до трех месяцев.
Контрольный цикл состоит из процедуры дистанционной поляризации наиболее удаленных точек трубопровода и процедуры, снятия поляризационных кривых.
Для дистанционной поляризации удаленных участков трубопровода выполняют следующие операции:
1. Станция управления 5 переводит катодную станцию 1 в режим стабилизации тока и задает нулевое значение выходного тока.
2. Станция управления 5 посредством приемопередатчиков 6 и 12 переводит удаленные измерительные пункты 10 и 11 в режим автономной стабилизации защитного потенциала, осуществляемый с помощью измерителя потенциала 15, протектора 16, размыкателя 17, и задает значение потенциала, которое должно быть установлено на границах зоны действия катодной станции 1 при отсутствии тока на ее выходе. На фиг. 1 отражен вариант, когда катодное смещение потенциала трубопровода в месте расположения удаленных измерительных пунктов 10 и 11 установлено равным нормированному значению (-0,85 В).
Для снятия поляризационных кривых выполняют следующие операции:
1. Устанавливают на выходе катодной станции 1 первое значение выходного тока Iкс1.
2. Станция управления 5 считывает с датчика тока 3 и с датчика напряжения 4 выходной ток и выходное напряжение катодной станции 1, записывает их в память и вычисляет логарифм установленного выходного тока log(IKC1).
3. Станция управления 5 считывает с датчика потенциала 8 базового измерительного пункта 7 первое значение защитного потенциала (U11) для поляризационной кривой f1 и сохраняет его в памяти.
4. Станция управления 5 по каналу связи, соединяющему собственный приемопередатчик 6 и приемопередатчики 12, встроенные в удаленные измерительные пункты 10 и 11, считывает с датчиков потенциала 14 первые значения защитного потенциала: (U12) для поляризационной кривой f2, (U13) для поляризационной кривой f3, сохраняет их в памяти станции управления 5.
В результате первого шага в памяти станции управления 5 сохранены данные о первой точке для каждой из потенциальных кривых f1, f2 и f3.
5. Станция управления 5 устанавливает на выходе катодной станции 1 второе значение выходного тока Iкс2=Iкc1+ΔI. При этом приращение тока ΔI выбирают из условия, чтобы значение log(ΔI) соответствовало изменению защитного потенциала не более чем на 0,02 В.
6. Станция управления 5 считывает с датчика тока 3 и с датчика напряжения 4 выходной ток и выходное напряжение катодной станции 1, записывает их в память, вычисляет логарифм установленного выходного тока log(Iкc2), вычисляет приращение логарифма выходного тока катодной станции Δlog(Iкс)=log(Iкc2)-log(Iкc1), где:
Δlog(Iкc) - приращение логарифма выходного тока катодной станции
log(Iкc2) - логарифм второго значения выходного тока катодной станции
log(Iкc1) - логарифм первого значения выходного тока катодной станции
7. Станция управления 5 считывает с датчика потенциала 8 базового измерительного пункта 7 второе значение защитного потенциала (U21) для поляризационной кривой f1, сохраняет его в памяти и вычисляет приращение потенциала ΔU=(U21)-(U11), где:
ΔU - приращение защитного потенциала трубопровода для кривой f1.
U21 - второе значение защитного потенциала трубопровода для кривой f1.
U11 - первое значение защитного потенциала трубопровода для кривой f1
8. Программными средствами станции управления 5 вычисляется и сохраняется в памяти первое значение градиента логарифма тока по потенциалу V1=[Δlog(Iкc)]/ΔU где:
V1 - крутизна изменения потенциальной кривой f1.
Δlog(Iкc)- приращение логарифма выходного тока катодной станции.
ΔU - приращение защитного потенциала трубопровода.
9. Станция управления 5 по каналу связи, соединяющему собственный приемопередатчик 6 и приемопередатчики 12, встроенные в удаленные измерительные пункты 10 и 11, считывает с датчиков потенциала 14 вторые значения защитного потенциала (U22) (U23) для поляризационных кривых f2 и f3 и сохраняет их в памяти.
10. Далее действия, описанные в п. 2-9, повторяются, пока очередное значение выходного тока катодной станции 1 не примет предельное для нее значение Iкс.пр. (фиг. 1 и фиг. 2). После этого на выходе катодной станции 1 устанавливают нулевое значение выходного тока.
11. Полученные в ходе контрольного цикла данные подвергают математической обработке, в результате которой определяют:
11.1. Верхний предел регулирования защитного потенциала (Uзп.в), в качестве которого принимают текущее значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой f1, полученной в ходе выполнения контрольного цикла.
11.2. Нижний предел защитного потенциала (Uзп.н), значение которого выбирают равным минимальному нормированному значению (-0,85 В).
11.3. Значение защитного потенциала (-Uзп.ст), поддерживаемое на протяжении всего последующего рабочего цикла, выбирают меньше верхнего предела (Uзп.в), но больше нижнего предела (Uзп.н). При этом, с целью снижения энергопотребления оборудования, составляющего систему управления катодной защиты трубопровода, значение (-Uзп.ст) выбирают вблизи нижнего предела регулирования потенциала (-Uзп.н).
12. В ходе рабочего цикла осуществляется стабилизация защитного потенциала на уровне, который был определен в ходе предыдущего контрольного цикла.
Экспериментальные данные, полученные на реальном трубопроводе, показали, что потенциал на границах защитной зоны катодной станции 1 может отличаться от потенциала трубопровода вблизи нее более чем в два раза, в связи с этим оснащение удаленных измерительных пунктов 10 и 11, расположенных на границах защитной зоны катодной станции 1, автономными средствами стабилизации защитного потенциала с использованием коммутируемых протекторов 16 позволяет обеспечить гарантированную защиту наименее защищенных участков трубопровода и существенно снизить энергопотребление катодной станции 1.
Существенное преимущество предлагаемого способа выражается в возможности максимально приблизить нижнюю границу регулирования защитного потенциала (Uзп.н.), а соответственно, и значение стабилизации защитного потенциала (Uзп.ст.), к минимально допустимому значению Uзп.мд=(-0,85 В). Это, в свою очередь, снижает значение выходного тока катодной станции 1, обеспечивающее надежную защиту трубопровода на всем протяжении защитной зоны катодной станции 1, и снижает энергопотребление всей системы. Кроме этого используемый в заявляемом техническом решении прерывистый режим работы протектора снижает среднее значение его токоотдачи, что также является снижением энергопотребления системы в целом. Возможность использования для питания удаленных измерительных пунктов солнечных батарей, также является снижением энергопотребления системы в целом.
При этом, периодическое проведение контрольных циклов с последующей корректировкой режимов работы, как катодной станции 1, так и удаленных измерительных пунктов 10 и 11, работающих в режиме автономной стабилизации защитного потенциала трубопровода, позволяет адаптировать функционирование системы катодной защиты к изменению внешних дестабилизирующих факторов.
Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, предназначен для использования в средствах защиты протяженных металлических сооружений различного назначения, в том числе трубопроводов.
- средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата, заключающегося в обеспечении надежной защиты трубопровода по всей длине защитной зоны катодной станции при пониженном потреблении электроэнергии.
Для заявляемого способа, в том виде, в котором он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью средств, описанных в заявке, следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Способ катодной защиты подземного стального трубопровода, включающий чередование контрольного и рабочего циклов, при этом в течение контрольного цикла снимают поляризационную кривую зависимости защитного потенциала участка трубопровода, расположенного в непосредственной близости от катодной станции, от логарифма выходного тока катодной станции, определяют верхний и нижний пределы регулирования защитного потенциала, выбирают значение, находящееся между верхним и нижним пределами регулирования потенциала, которое поддерживают на протяжении последующего рабочего цикла, вблизи нижнего предела регулирования, при этом в качестве верхнего предела принимают значение защитного потенциала, соответствующее резкому изменению крутизны поляризационной кривой, отличающийся тем, что в контрольном цикле перед процедурой снятия поляризационной кривой осуществляют дистанционную катодную поляризацию наиболее удаленных участков трубопровода, расположенных на границах защитной зоны катодной станции, до нормированного значения (-0,85 В) при отсутствии выходного тока катодной станции с помощью расположенных вблизи упомянутых удаленных участков измерительных пунктов, содержащих измеритель потенциала, датчик потенциала, протектор, размыкатель, автономный источник питания и приемопередатчик, а значение катодного потенциала (-0,85 В), до которого поляризуют наиболее удаленные участки трубопровода, принимают в качестве нижнего предела диапазона регулирования защитного потенциала.
