адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений

Формула изобретения

Адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящей из основного и N дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителю, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блок сравнения основного защищаемого сооружения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены N датчиков величины защитного потенциала дополнительных защищаемых сооружений, корректор задатчика основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующий усилитель основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей дополнительных защищаемых сооружений, причем задатчик потенциала основного защищаемого сооружения соединен с первыми входами корректора задатчика основного защищаемого сооружения и N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений через соответствующие масштабирующие усилители основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей дополнительных защищаемых сооружений соединены со вторыми входами корректора задатчика основного защищаемого сооружения и N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений соответственно, при этом первый вход блока сравнения основного защищаемого сооружения соединен с выходом корректора задатчика основного защищаемого сооружения, а второй вход соединен с датчиком величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, причем первые входы N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений соединены с выходами N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, а вторые входы соединены с N датчиками величины защитного потенциала дополнительных защищаемых сооружений, выходы блока сравнения основного и N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений соединены с усилителями основного и N дополнительных защищаемых сооружений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений.

Известна схема катодной защиты подземных металлических сооружений, включающая защищаемое сооружение, регулируемый источник постоянного тока, соединительный провод и анодное заземление (Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. Учебник. - М.: Недра, 1978 г. Авторы: Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Юфин В.А., с.113-117). В этом устройстве отрицательный полюс источника постоянного тока подключен к защищаемому сооружению, положительный полюс - к искусственно созданному аноду - заземлителю.

Такая схема защиты наиболее целесообразна для одиночных трубопроводов и сооружений.

Если необходимо защитить несколько трубопроводов различных по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам, находящихся в грунтовом или водном электролитах, выполняют прямые или вентильные перемычки, осуществляют совместную защиту подземных сооружений (Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. - М.: Стройиздат, 1974 г., с.86-89; 1982 г., с.74-79). Такая система катодной защиты может осуществляться подсоединением различных сооружений на общую защитную установку с одновременным устройством металлических соединений между отдельными сооружениями.

При разработке схемы совместной защиты в разветвленных сетях подземных сооружений выбирают основное сооружение - основную дренажную цепь, к которой с помощью перемычек подключают остальные защищаемые сооружения. Совместная система защиты подземных сооружений различного назначения включает: защищаемые металлические сооружения - трубопроводы, регулируемые перемычки, источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель, анодное заземление.

При такой совместной защите различные по принадлежности, назначению, изоляции, параметрам сооружения, находящиеся в грунтовом или водном электролитах, оказываются гальванически связанными между собой. Поскольку стационарные потенциалы защищаемых сооружений различны, то при подключении их между собой, как прямой, так и вентильной перемычками, образуется мощная гальваническая коррозионная пара, "подавить" которую с помощью источника постоянного тока в интервале поляризационных потенциалов, рекомендованных действующим ГОСТом, не всегда удается. При этом в таких условиях осложняется измерение потенциалов отдельных сооружений в точке дренирования, и источник постоянного тока - регулируемый выпрямитель сам становится источником блуждающих токов.

При регулировании источника постоянного тока потенциалы сооружений, стационарные потенциалы которых до подключения перемычек были разными, приобретают различные поляризационные потенциалы и не могут быть скомпенсированы в пределах, рекомендованных ГОСТом.

Таким образом, совместная защита двух или более трубопроводов и подземных металлических сооружений одним источником постоянного тока оказывается не эффективной.

Известно устройство для совместной катодной защиты подземных сооружений (Пат. SU № 524860, C23F 13/00, 1976 г.), которое содержит регулируемый выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлению.

Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность совместной катодной защиты.

Известна система катодной защиты двух и более сооружений (Пат. RU № 2151218, C23F 13/02, 2003 г.), которая содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителью, два кремниевых вентиля, два регулируемых сопротивления, причем минусовая клемма выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые балластные сопротивления.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты при воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников, способствующей протеканию токов и возрастанию коррозии.

Известно устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений (Пат. RU № 2394943, C23F 13/02, 2010 г.), состоящее из основного и дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, кремниевые вентили в цепи защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, датчики разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовые ключи и фильтры основного и дополнительных защищаемого сооружения,

Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты, отсутствие адаптивности к воздействию внешних электрических полей.

Наиболее близким к изобретению является адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений (Пат. RU № 2440442, C23F 13/02, 2012 г.), состоящее из основного и дополнительных металлических сооружений и содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителью, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блок сравнения основного защищаемого сооружения.

Недостатком известного прототипа является низкая эффективность катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений при нестационарном воздействии внешних электрических полей в грунте от различных источников.

Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений путем компенсации нестационарного воздействия внешних электрических полей в грунте от различных источников посредством измерения и коррекции защитных потенциалов непосредственно в зоне пролегания объектов защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящей из основного и дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителью, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блок сравнения основного защищаемого сооружения, дополнительно введены N датчиков величины защитного потенциала дополнительных защищаемых сооружений, корректор задатчика основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующий усилитель основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей дополнительных защищаемых сооружений, причем задатчик потенциала основного защищаемого сооружения соединен с первыми входами корректора задатчика основного защищаемого сооружения и N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N датчиков разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений через соответствующие масштабирующие усилители основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей дополнительных защищаемых сооружений соединены со вторыми входами корректора задатчика основного защищаемого сооружения и N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений соответственно, первый вход блока сравнения основного защищаемого сооружения соединен с выходом корректора задатчика основного защищаемого сооружения, а второй вход соединен с датчиком величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, первые входы N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений соединены с выходами N корректоров задатчика дополнительных защищаемых сооружений, а вторые входы соединены с N датчиками величины защитного потенциала дополнительных защищаемых сооружений, выходы блока сравнения основного и N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений соединены с усилителями основного и N дополнительных защищаемых сооружений.

На фигуре представлена схема адаптивного устройства катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений.

Устройство содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, фильтр выпрямленного напряжения 3, анодный заземлитель 4, последовательно соединенные силовые ключи 5, вентили 6 и фильтры 7 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители 8, интеграторы 9, широтно-импульсные модуляторы 10 и блоки управления 11 силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала 13 основного защищаемого сооружения, задатчик потенциала 14 основного защищаемого сооружения, блок сравнения 15 основного защищаемого сооружения, N датчиков величины защитного потенциала 16 дополнительных защищаемых сооружений, корректор задатчика 17 основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика 18 дополнительных защищаемых сооружений, N блоков сравнения 19 дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующий усилитель основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей 20 дополнительных защищаемых сооружений.

Адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений работает следующим образом.

Величины защитного потенциала измеряется непосредственно в зоне пролегания объектов защиты основного (О ЗС) и N дополнительных защищаемых сооружений (ЗС 1, ЗС N,) посредством датчика величины защитного потенциала 13 основного защищаемого сооружения и N датчиков величины защитного потенциала 16 дополнительных защищаемых сооружений. Этим обеспечивается контроль величин защитных потенциалов непосредственно в зоне пролегания объектов защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений.

Значения разностей потенциалов между подземными металлическими сооружениями измеряются датчиками разности потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.

Уровень защитного потенциала устанавливается посредством задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения,

Корректор задатчика 17 основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика 18 дополнительных защищаемых сооружений обеспечивает коррекцию требуемых защитных потенциалов для компенсации взаимного влияния основного и дополнительных защищаемых сооружений.

В установившемся режиме величины защитных потенциалов основного защищаемого сооружения установлены адаптивным устройством катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений с учетом компенсации взаимного влияния основного и дополнительных защищаемых сооружений. На выходах блоков сравнения 15 основного защищаемого сооружения и N блоков сравнения 19 дополнительных защищаемых сооружений напряжение равно нулю. Величины протекающих защитных токов основного и дополнительных защищаемых сооружений определяются уровнями напряжений на интеграторах 9, которые через широтно-импульсные модуляторы 10 и блоки управления 11 управляют силовыми ключами 5 основного и N дополнительных защищаемых сооружений. Этим поддерживается текущее значение защитных токов.

При воздействии внешних электрических полей в грунте от различных достаточно мощных источников (трамвайные и железнодорожные пути, трансформаторные подстанции), расположенных в зоне пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений, изменяется разность потенциалов на основном и дополнительных защищаемых сооружениях.

Эти величины фиксируются датчиками разностей потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений и через масштабирующие усилители 20 подаются на корректор задатчика 17 основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика 18 дополнительных защищаемых сооружений. Одновременно на первые входы корректора задатчика 17 основного защищаемого сооружения и N корректоров задатчика 18 дополнительных защищаемых сооружений подается напряжение от задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения, в результате чего происходит коррекция установленных потенциалов для каждого защищаемого сооружения.

Скорректированные значения установленных потенциалов для каждого защищаемого сооружения сравниваются на блоке сравнения 15 основного защищаемого сооружения и N блоках сравнения 19 дополнительных защищаемых сооружений со значениями, поступающими от датчика величины защитного потенциала 13 основного защищаемого сооружения и N датчиков величины защитного потенциала 16 дополнительных защищаемых сооружений. В случае рассогласования на выходе усилителей 8 появляется корректирующее напряжение, которое переводит интеграторы 9 на другой уровень, в результате чего широтно-импульсные модуляторы 10 через блоки управления 11 изменяют режим работы силовых ключей 5 основного и N дополнительных защищаемых сооружений. С помощью масштабирующего усилителя основного защищаемого сооружения и N масштабирующих усилителей 20 дополнительных защищаемых сооружений устанавливается уровень воздействия датчиков разности потенциалов 12 на корректор задатчика 17 основного защищаемого сооружения, N корректоров задатчика 18 дополнительных защищаемых сооружений. Этим достигается отработка внешних воздействий электрических полей в грунте от различных достаточно мощных источников, расположенных в зоне пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений.

Таким образом, адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений обеспечивает повышение эффективности катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений путем компенсации нестационарного воздействия внешних электрических полей в грунте от различных источников посредством измерения и коррекции защитных потенциалов непосредственно в зоне пролегания объектов защиты.