способ регулирования параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов

Формула изобретения

Способ регулирования параметров катодной защиты подземных трубопроводов, включающий снятие катодной поляризационной кривой, подбор и поддержание выбранного потенциала катодной защиты, отличающийся тем, что подбор потенциала катодной защиты осуществляют по градиенту логарифма тока по потенциалу, при этом значение потенциала катодной защиты поддерживают на 0,03-0,06 В меньше по модулю, чем значение, при котором происходит изменение градиента логарифма тока по потенциалу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано в процессе регулирования параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов различного назначения.

Известна автоматическая катодная установка, при осуществлении работы которой реализуется способ автоматического поддерживания защитного потенциала участков газопроводов, подверженных коррозионным воздействиям [см. Авт. свид. SU №146628, кл. 48d.6, опубл. 1962 г.].

Недостатком этого способа является то, что значение защитного потенциала задается произвольно в пределах, нормируемых ГОСТ Р 51164-98, и не зависит от изменяющихся параметров коррозионных процессов.

Известен способ определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, заключающийся в определении градиента потенциалов при инфранизкочастотном диапазоне тока катодной защиты [см. Авт. свид. SU №998584, кл. C23F 13/00, опубл. 23.02.1983 г.].

Недостатком является необходимость физического нахождения дефектов изоляции на трассе МГ, длительность процессов измерений, неопределенность влияния дефектов изоляции покрытия на коррозионные процессы, особенно при катодной защите трубопровода, и отсутствие возможности определения потенциала катодной защиты.

Известна импульсная катодная станция, основанная на способе автоматического изменения параметров защищаемой цепи (частоты защитного тока) при изменении резонансной частоты защищаемой цепи [см. Авт. свид. SU №1090758, кл. C23F 13/00, опубл. 07.05.1984 г.].

Недостатком указанного технического решения является то, что резонансная частота защищаемой цепи может быть нарушена не только коррозионными, но и другими, в частности, тепловыми процессами.

Известен способ определения степени катодной защиты металла от коррозии, сущность которого заключается в снятии кривой катодной поляризации и определении поляризационного сопротивления и поляризуемости при двух потенциалах [см. Авт. свид. SU №1595943, кл. C23F 13/00, опубл. 30.09.1990 г.]. Указанный способ является наиболее близким аналогом для заявляемого нами технического решения и взят нами в качестве прототипа.

Недостатком данного способа является то, что после снятия поляризационных кривых, определяются значения параметров поляризационных сопротивлений, которые могут изменяться в широких пределах. Недостаток заключается также в сложности точного определения предельного диффузионного тока, а также в отсутствии возможности регулирования потенциала катодной защиты.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение степени защиты участка трубопровода.

Поставленная задача в способе регулирования параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов, включающем снятие кривой катодной поляризации, подбор и поддержание выбранного потенциала катодной защиты, решается тем, что подбор потенциала катодной защиты осуществляют по градиенту логарифма тока по потенциалу, а 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.

Существенными отличительными признаками заявленного нами технического решения являются:

- 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.

Вышеприведенные существенные отличительные признаки нам были неизвестны из общедоступных источников патентной и научно-технической информации, поэтому мы считаем, что заявленное нами техническое решение соответствуют условию патентоспособности «Новизна».

Приведенные выше существенные отличительные признаки для специалиста в данной области явным образом не следуют из уровня техники, поэтому мы считаем, что заявленное нами техническое решение соответствуют условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Заявленный нами способ успешно прошел лабораторные испытания, а также испытания в трассовых условиях на установках катодной защиты ЛПУМГ КС-10 ООО «Севергазпром», и мы можем утверждать, что описываемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Указанная выше совокупность условий патентоспособности заявленного нами технического решения позволяет идентифицировать его как изобретение.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан вид катодной поляризационной кривой в полулогарифмических координатах, а на фиг.2 - блок-схема автоматизированной системы управления защитным потенциалом трубопроводов.

Регулирование параметров катодной защиты, предлагаемым способом осуществляют следующим образом.

Снимают катодную часть поляризационной кривой (вольт-амперную характеристику) (фиг.1), которая состоит из двух участков, кривой восстановления кислорода «Зона а» и кривой восстановления воды «Зона b». Эти участки имеют различные углы наклона, т.е. различные значения градиента логарифма тока по потенциалу. Идентифицируют точку перехода одного отрезка в другой U_кр и задают значение потенциала ниже определенного на 0,03-0,06 В. Эти значения обусловлены следующим, на первом отрезке происходит восстановление адсорбированного кислорода, а на втором - восстановление воды с выделением водорода. В точке перехода U_кр скорости этих процессов сравниваются. При изменении потенциала на 0,03 В скорость процессов изменяется в 10 раз, поэтому при уменьшении значения потенциала катодной защиты на 0,03 В скорость процесса восстановления воды уменьшается в 10 раз, соответственно при значениях на 0,06 В меньше скорость еще уменьшается в 10 раз. Т.е. при потенциалах катодной защиты на 0,03-0,06 В меньше по модулю переходного потенциала U_кр скорость процесса восстановления воды (выделения водорода) становится несравнимой (меньше в 10-100 раз) со скоростью восстановления адсорбированного кислорода.

Пример.

Известно, что увеличение потенциала катодной защиты сопровождается ростом тока защиты. При этом вольт-амперная характеристика имеет, как установлено опытным путем, линейный вид в полулогарифмических координатах с характерным изломом при потенциале, равном U_кр, физически соответствующем переходу процесса восстановления кислорода в присутствии воды в процесс восстановления воды с выделением водорода.

Управление изменением потенциала защиты осуществляют на основе измерения скорости изменения (производной) логарифма тока катодной защиты по напряжению. «Зона а» (фиг.1) характеризуется скоростью изменения тока защиты V_a, который определяют по формуле

,

где lg(I_a) - изменение логарифма тока катодной защиты в «Зоне а» вольт-амперной характеристики;

U - изменение потенциала катодной защиты.

«Зона b» (фиг.1) характеризуется скоростью изменения тока защиты V _b, которую определяют по формуле

,

где lg(I_b) - изменение логарифма тока катодной защиты в «Зоне b» поляризационной кривой.

Скорости изменения тока V_a и V_b определяют с помощью управляющего программного обеспечения, установленного на компьютерной станции слежения (КСС), которая обеспечивает:

- периодический (программно-установленный) контроль токов и напряжений катодной защиты нефтегазопровода;

- определение (расчет) скорости изменения логарифма тока от напряжения;

- определение, автоматическую установку и поддержание оптимального (критического) значения напряжения защиты U _кр.

Для реализации способа на фиг.2 представлена схема автоматизированного контроля и управления электрическими параметрами защиты нефтегазопроводов, где: СКЗ - станция катодной защиты; КСС - компьютерная станция слежения; V - вольтметр для измерения напряжения на выходе СКЗ; А - амперметр для измерения тока катодной защиты; ЭС - электрод сравнения; ТР - защищаемый трубопровод; 1 - линия управления током и напряжением СКЗ; 2 - линия контроля тока защиты; 3 - линия контроля потенциала защиты. Основным управляющим элементом является КСС, по команде которой производят периодический (1 раз в месяц, 1 раз в неделю, ежедневно или по команде оператора) опрос электрических параметров катодной защиты (линия 3). При этом по сигналу с КСС на выходе СКЗ устанавливают наименьшее напряжение защиты, далее осуществляют плавное повышение напряжения катодной защиты с шагом 0,03 В (линия 1), на каждом шаге повышения напряжения осуществляют измерение и запись в память КСС значений тока, его логарифма и потенциала катодной защиты непосредственно на защищаемом участке ТР (линия 2 и 3), повышение напряжения на СКЗ происходит до максимального значения напряжения катодной защиты. После чего на основании компьютерного анализа полученных данных (логарифма тока и потенциала катодной защиты) определяют значение U_кр, и по команде с КСС устанавливают значение напряжения на 0,03-0,06 В меньше по модулю этого значения.

Таким образом, при данных значениях потенциалов не происходит выделения водорода, что повышает устойчивость полимерного или иного покрытия труб, периодическое определение критической точки дает возможность поддерживать такие значения потенциалов, которые соответствуют коррозионным процессам, происходящим в данный период времени, что повышает степень защищенности трубопровода.