Устройство для катодной защиты с автономным питанием

Авторы патента:

C23F13/02 - катодной; выбор условий, параметров или способов катодной защиты, например электрического режима

Владельцы патента RU 2713898:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" (RU)

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в коррозионно-активных электролитических средах, в частности в морской среде. Устройство содержит солнечную батарею, электрод сравнения, электромагнитный размыкатель, электрическую систему преобразования тока, при этом оно содержит нерастворимый анод и электроизмерительные приборы в виде потенциометра и амперметра, электрическая система преобразования тока выполнена в виде импульсного преобразователя постоянного тока, при этом выводы солнечной батареи соединены с питающими входами импульсного преобразователя постоянного тока, электропитание катушки электромагнитного размыкателя выполнено от импульсного преобразователя постоянного тока, минусовой его выход электрически соединен с защищаемым сооружением, а плюсовой выход соединен с нерастворимым анодом через переключающий контакт электромагнитного размыкателя, амперметр установлен в разрыв цепи питания нерастворимого анода, потенциометр одним зажимом соединен с электродом сравнения, а другим зажимом соединен с защищаемым сооружением. Технический результат: упрощение устройства катодной защиты, повышение надежности электрохимической защиты металлических сооружений, устранение необходимости в непрерывности работы катодной защиты. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты морских и других металлических сооружений от коррозии, находящихся в коррозионно активных электролитических средах, обладающих жесткостью, за счет содержания кальция и магния.

Известна, например, система для катодной защиты (ПМ РФ №114055 U1, МПК C23F 13/02, публикация ПМ 10.03.2012), которая предполагает при одновременном отсутствии возобновляемых источников электроэнергии (ветрогенератора, солнечной панели или аккумуляторной батареи) включение в работу протекторной защиты. Эта система позволяет осуществлять непрерывную защиту металлических сооружений от коррозии. К ее недостаткам можно отнести большую сложность и сравнительно высокую стоимость при реализации, поскольку она содержит множество разнотипных источников электрической энергии и устройств для поддержания требуемых режимов их работы, а материалы протекторов, как известно, в процессе работы интенсивно разрушаются и поэтому требуют периодической замены.

Известно, например, устройство для катодной защиты с автономным питанием, принятое за прототип (патент РФ №2486289 С2, МПК C23F 13/02, публикация патента 27.06.2013), содержащее ветрогенератор, аккумулятор, блок формирования амплитуды импульсов, анодный заземлитель и электрод сравнения, подключенный к первому входу данного блока формирования амплитуды импульсов. В данное устройство при этом введены протектор, размыкатель, резистор, блок управления резервом с двумя выходами и портом обмена данными, солнечная батарея, первый и второй развязывающие диоды, а также контроллер ограничения тока заряда аккумулятора. Данное устройство позволяет осуществлять непрерывную защиту металлических сооружений от коррозии. В случае отсутствия поступления электроэнергии от возобновляемого источника энергии (ветрогенератора, солнечной панели и др.) используют энергию, накопленную в аккумуляторной батарее во время работы возобновляемого источника энергии (при ветреной погоде или во время дневного освещения и др.).

Это устройство обладает следующими недостатками. Наличие аккумулятора для обеспечения непрерывности процесса катодной защиты сооружения приводит к удорожанию данного устройства (т.к. стоимость аккумулятора сравнима или превосходит стоимость солнечных панелей) и уменьшению длительности его работы по катодной защите (поскольку срок службы аккумулятора в несколько раз ниже срока службы солнечных панелей, и поэтому аккумулятор требует периодической замены), что, в конечном итоге, снижает надежность катодной защиты в целом (поскольку для надежной работы аккумулятора в системе электропитания требуется дополнительное устройство (контроллер), регулирующее ток в процессе заряда и разряда аккумулятора).

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в устранении указанных недостатков, а именно: снижение стоимости оборудования устройства, упрощение его конструкции, а также повышение надежности.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для катодной защиты с автономным питанием, содержащем солнечную батарею, электрод сравнения, электромагнитный размыкатель, электрическую систему преобразования тока, в отличие от него в заявляемом устройстве для катодной защиты с автономным питанием электрическая система преобразования тока выполнена в виде импульсного преобразователя постоянного тока (ИППТ). Также в устройство введены нерастворимый анод и электроизмерительные приборы в виде потенциометра и амперметра. При этом выводы солнечной батареи соединены с питающими входами импульсного преобразователя постоянного тока. Электропитание катушки электромагнитного размыкателя выполнено от импульсного преобразователя постоянного тока; минусовой его выход электрически соединен с защищаемым сооружением, а плюсовой выход соединен с нерастворимым анодом через переключающий контакт электромагнитного размыкателя. Амперметр установлен в разрыв цепи питания нерастворимого анода. Потенциометр одним зажимом соединен с электродом сравнения, а другим зажимом соединен с защищаемым сооружением. В частном случае реле-размыкатель выполнено по типу SRD-03VDC-SL-C, а солнечная панель выполнена по типу SDM-500.

Благодаря тому, что в предложенном устройстве для катодной защиты отсутствуют аккумуляторная батарея, ветрогенератор, контроллер заряда аккумуляторных батарей, протектор, блок управления резервом и блок формирования амплитуды импульсов, достигается существенное снижение стоимости оборудования устройства, а также упрощение его конструкции.

Таким образом, за счет того, что в предложенном устройстве защиту от коррозии в темное время суток обеспечивает катодный осадок и используется только один источник электроэнергии, оно содержит меньшее число элементов по сравнению с прототипом и поэтому имеет более простое конструктивное исполнение и меньшую стоимость. Кроме того, благодаря тому, что предложенное устройство содержит меньшее число элементов, оно характеризуется большей надежностью, долговечностью и практически не нуждается в обслуживании, что является дополнительным преимуществом заявляемого изобретения.

Заявляемое изобретение иллюстрируется на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 изображена схема катодной защиты с автономным питанием. На фиг. 2 представлена фотография образцов под катодной защитой и контрольных образцов.

Заявляемое устройство для катодной защиты с автономным питанием (фиг. 1) содержит солнечную панель (1), импульсный преобразователь постоянного тока (ИППТ) (2) с регулируемым выходом, обеспечивающий необходимый защитный ток, реле-размыкатель (3) цепи "нерастворимый анод - защищаемый объект", нерастворимый анод (4) и электрод сравнения (5). Минусовая клемма солнечной панели (1) соединена с минусовым входом ИППТ (2), а плюсовая клемма солнечной панели (1) соединена с плюсовым входом ИППТ (2). Минус с выхода ИППТ (2) соединен с защищаемым сооружением (6), а плюс - с переключающим контактом реле-размыкателя (3). Нерастворимый анод (4) соединен с нормально разомкнутым контактом реле-размыкателя (3), катушка которого подключена к выходу ИППТ (2). Сам ИППТ (2) выполнен на полупроводниковых элементах и служит для регулирования выходного напряжения и, следовательно, выходного тока.

Катодный потенциал U_к контролируют подключением измерительного прибора (7) между защищаемым сооружением (6) и электродом сравнения (5), а защитный ток I_защ - подключением амперметра (8) в разрыв цепи "нормально разомкнутый контакт реле-размыкателя (3) - нерастворимый анод (4)".

Формирование и регулирование толщины этого осадка и его защитные свойства осуществляют при помощи ИППТ (2), которым регулируют выходное напряжение и, соответственно, выходной ток солнечной панели во время ее работы. При этом известно, что солнечная панель обладает свойствами близкими к свойствам источника тока

Солнечная панель (1) служит первичным источником питания схемы катодной защиты. Как известно, выходное напряжение и ток солнечной панели (1) отсутствуют в темное время суток, а при дневном свете могут изменяться в довольно широких пределах, что неприемлемо для питания схемы катодной защиты. Поэтому для обеспечения требуемого значения выходного напряжения и тока первичного источника питания схемы, необходимого для осуществления эффективной катодной защиты, к выходу солнечной панели (1) подключен ИППТ (2). Данный ИППТ (2) может быть снабжен дистанционным регулятором выходного напряжения и тока (не показан).

Реле-размыкатель цепи (3) выполняет функцию механического включения подачи тока для катодной защиты при наличии достаточного освещения солнечной панели (1) и отключения цепи "анод (4) - защищаемое сооружение (6)", предотвращая, тем самым, протекание обратного гальванического тока, возникающего между защищаемым сооружением (6) и анодом (4) после прекращения работы солнечной панели (1) по причине отсутствия солнечного освещения.

В качестве реле-размыкателя (3) могут быть выбраны разные схемотехнические решения с использованием низковольтных (порядка 2 В) реле: а) реле, срабатывающие на включение (выключение) при достижении (снижении) заданного напряжения питания катушки; б) программируемые реле; в) реле, управляемые светочувствительным элементом (фотодиод, фоторезистор).

Заявляемое устройство для катодной защиты с автономным питанием используют следующим образом. В светлое время суток устанавливают требуемое выходное напряжение и ток ИППТ (2), подают это напряжение и ток на катушку питания реле-размыкателя (3). При срабатывании данного реле-размыкателя его переключающий контакт замыкается, подключая, тем самым, нерастворимый анод (4) к плюсовому выходу ИППТ (2). На поверхности защищаемого сооружения (6) при этом под воздействием протекающего тока, вырабатываемого солнечной панелью (1), образуется катодный осадок, который состоит в основном из карбоната кальция и гидроксида магния [C. Rousseau, F. Baraud, L. Leleyter, M. Jeannin, O. Gil. Calcareous deposit formed under cathodic protection in the presence of natural marine sediments: A 12 month experiment. - Corrosion Science, 52 (2010), 2206-2218; Ph. Refait, M. Jeannin, R. Sabot, H. Antony, S. Pineau. Electrochemical formation and transformation of corrosion products on carbon steel under cathodic protection in seawater. - Corrosion Science, 71 (2013), 32-36]. Этот малорастворимый осадок защищает металл от коррозии в темное время суток за счет изолирования металла от коррозионной среды, а, растворяясь, изменяет состав коррозионной среды вблизи защищаемого металла в сторону снижения ее коррозионной агрессивности.

Таким образом, при работе солнечной панели (1) в светлое время суток за счет вырабатываемого ей тока на поверхности защищаемого сооружения (6) образуется покрытие (9) в виде сформированного катодного осадка. А в темное время суток при отсутствии солнечного освещения и, соответственно, защитного тока, защиту сооружения (6) от коррозии обеспечивает этот сформированный катодный осадок.

Для доказательства работоспособности заявляемого устройства проводились коррозионные испытания образцов малолегированной стали (фиг. 2) в природной морской воде бухты Федорова г. Владивостока. Слева изображены образцы под катодной защитой, а справа изображены контрольные образцы. Для убедительности действенности такой защиты испытания намеренно проводились в зимнее время, когда длительность светового дня минимальна. Применение устройства позволило снизить скорость коррозии образцов стали до 20 раз, что явилось подтверждением работоспособности и эффективности заявляемого изобретения.

1. Устройство с автономным питанием для катодной защиты металлического сооружения, содержащее солнечную батарею, электрод сравнения, электромагнитный размыкатель, электрическую систему преобразования тока, отличающееся тем, что оно содержит нерастворимый анод и электроизмерительные приборы в виде потенциометра и амперметра, электрическая система преобразования тока выполнена в виде импульсного преобразователя постоянного тока, при этом выводы солнечной батареи соединены с питающими входами импульсного преобразователя постоянного тока, электропитание катушки электромагнитного размыкателя выполнено от импульсного преобразователя постоянного тока, минусовой его выход электрически соединен с защищаемым сооружением, а плюсовой выход соединен с нерастворимым анодом через переключающий контакт электромагнитного размыкателя, амперметр установлен в разрыв цепи питания нерастворимого анода, потенциометр одним зажимом соединен с электродом сравнения, а другим зажимом соединен с защищаемым сооружением.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реле-размыкатель выполнено по типу SRD-03VDC-SL-C.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что солнечная панель выполнена по типу SDM-500.

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты подземных металлических сооружений. Устройство содержит станцию катодной защиты, выполненную с возможностью подключения к защищаемому сооружению, соединенные с ней блок контроля, анодный заземлитель, измерительные блоки с электродом сравнения и канал передачи данных.

Автономное устройство для катодной защиты подземных сооружений // 2690261

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Автономное устройство содержит: корпус в виде стойки контрольно-измерительного пункта, оснащенного откидным кожухом, электронный блок, аккумулятор, клеммную панель, датчик и замок, размещенные на торцевом основании корпуса внутри откидного кожуха, на двухскатной крыше которого размещены солнечные панели, размещенные за пределами корпуса электрод сравнения, блок пластин-индикаторов скорости коррозии, протектор, управляемый вентильный элемент, соединительные кабели для подключения к клеммной панели, соответственно, электрода сравнения, блока пластин-индикаторов скорости коррозии, протектора, а также защищаемого сооружения, при этом электронный блок содержит входной коммутатор, преобразователь сигналов, контроллер измерения и управления, приемопередатчик с встроенной антенной и интерфейс, оснащенный соединителем для подключения внешних устройств.

Способ катодной защиты подземного стального трубопровода // 2671224

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.

Способ измерения поляризационного потенциала стальных трубопроводов // 2645424

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки поляризационного потенциала подземных трубопроводов в процессе их электрометрического обследования.Сущность заявленного технического решения заключается в том, что предлагается в способе измерения поляризационного потенциала стального трубопровода изменение тока поляризации осуществлять путем изменения сопротивления электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных первого, второго и третьего резисторов и подключенной к двум входам схемы измерения поляризационного потенциала трубопровода, соединенным соответственно с пунктом измерения и электродом сравнения, при этом вначале усиливают и измеряют падение напряжения U1 от протекающего тока поляризации на первом и втором резисторах, подключенных к выходу пункта измерения, а далее увеличивают ток поляризации путем шунтирования первого и второго резисторов электрической цепи, измеряют усиленное падение напряжения U2 и определяют поляризационный потенциал Up по формуле где R1 - сопротивление первого резистора, подключенного к выходу пункта измерения; R 2 - сопротивление второго резистора; R 3 - сопротивление третьего резистора, подключенного к выходу электрода сравнения; Ky - коэффициент усиления падения напряжения; Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности измерения поляризационного потенциала без изменения энергетических параметров станции катодной защиты и достоверности сведений о защищенности стальных трубопроводов.

Способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии // 2636540

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при защите обсадных колонн и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии. Способ включает бурение шурфов до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя, установку ковера, по окончании бурения непосредственно перед спуском анодных заземлителей в шурф, осуществление закачки до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, спуск анодного заземлителя, установку защитного тока на обсадную колонну через станцию катодной защиты (СКЗ), регулирование параметров катодной защиты на соответствующем катодном кабеле, при этом шурфы бурят на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин, определяют группы скважин с одинаковыми конструктивными параметрами по соответствующим сопротивлениям, между каждыми группами скважин прокладывают соответствующий общий катодный кабель, соединенный с СКЗ и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин, а скважины с отличающимися сопротивлениями снабжают индивидуальными катодными кабелями с СКЗ, при этом анодные заземлители параллельно соединяют с общим анодным кабелем, который подсоединяют к СКЗ, а параметры катодной защиты на катодных кабелях по защитному току регулируют так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.

Способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии // 2636539

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при защите обсадных колонн и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии. Способ включает бурение шурфов до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя, установку ковера, по окончании бурения непосредственно перед спуском анодных заземлителей в шурф осуществление закачки до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, спуск анодного заземлителя, установку защитного тока на обсадную колонну через станцию катодной защиты - СКЗ, регулирование параметров катодной защиты на соответствующем катодном кабеле, при этом шурфы бурят на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин, определяют группы скважин с одинаковыми конструктивными параметрами по соответствующим сопротивлениям и скважины с отличающимися параметрами по сопротивлению от групп скважин, между каждыми группами скважин прокладывают соответствующий общий катодный кабель, соединенный с СКЗ и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин, а скважины с отличающимися сопротивлениями снабжают индивидуальными катодными кабелями с СКЗ, при этом анодные заземлители параллельно соединяют с общим анодным кабелем, который подсоединяют к СКЗ, а параметры катодной защиты на катодных кабелях по защитному току регулируют так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.

Способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии // 2633686

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности. Способ включает бурение шурфа до глубины, большей длины анодного заземлителя, разбуривание шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер, закачивание в скважину до верхнего уровня ковера глинистого раствора, в который спускают анодный заземлитель, установление защитного тока на обсадную колонну через станцию катодной защиты, измерение общих и поляризационных потенциалов защищаемых сооружений, при этом при изменении сопротивления анодного заземлителя на 20% и более для восстановления катодной защиты сооружения в шурф досыпают до верхнего уровня анодного заземлителя сухой токопроводящий кольматирующий состав, содержащий 25-30 % глины, 9-12 % гипса, 0,1-0,2 % солей и остальное - песок, причем в качестве солей используют сернокислые и азотнокислые соли металлов и селитру, обеспечивающие сохранение токопроводности кольматирующего состава после заливки в шурф до 60 л воды.

Способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений // 2633440

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности трубопроводов, проложенных в грунте с помощью анодного заземлителя.

Способ совместной катодной защиты от электрохимической коррозии смежных подземных стальных сооружений, находящихся в агрессивной окружающей среде // 2628945

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии и может быть использовано в условиях агрессивной окружающей среды, вызываемых блуждающими постоянными токами и переменными токами промышленной частоты.

Адаптивная система автоматической коррекции работы станций катодной защиты // 2621882

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для автоматической коррекции величины защитного потенциала по длине трубопровода для его эффективной защиты.