Способ определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов

(5 Й) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАЩИЩЕННОСТИ ПОДЗЕИНЫХ ИАГИСТРАПЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 15 Эти сп ные о эонИзобретение относится к электрической защите подземных металлических сооружений от почвенной коррозии и коррозии., вызываемой блуждающими токами и может быть использовано при,-опФределении степени защищенности и величины защитного тока, а также для обнаружения макрокоррозионных гальванопар на подземных магистральных ком" муникациях. в газовой, нефтяной и дру" 1 гих отраслях народного хозяйства.В современной противокоррозионной защите наряду с изоляционными покрытиями применяют катодную защиту подземных коммуникаций, эФфективность которой условно определяется .уровнем защитного потенциала.Известны способы определения степени защищенности подземных трубопроводов с помощью измерения потенциа ла 1.особы позволяют получать данах недостаточной защиты ка 2тодно защищаемых коммуникаций. Сте" пень защищенности в указанных методах определяется сравнением измеряемого .защитного потенциала сооружения с минимальным защитным потенциалом, рав" ным (-0,85) В, или смещением величины защитного потейциала относительно стационарного на 0,3 В в катодную об" ласть. При этом используется. способ выносного электрода, при котором зонами недостаточной защиты считаются зоны с защитным потенциалом меньше ,(-0,85) В или смещением в катодную область последнего относительно стационарного потенциала менее, чей на 0,3 В. Также применяется способ продольного и.поперечного градиента потенциалов, при котором .выявляются . анодные, незащищенные зоны по изменению знака градиента потенциалов, что в условиях внещнего мощного поля катодной защиты представляетсявесьма проблематичным, в зачастую невоз 3 9985 можным иэ-за малых размеров анодных зон и значительного затухания поля макрогальванопары на расстоянии, превышающем линейные размеры анода бо лее, чем в 4-5 раз.5При этих способах невозможно также . определить необходимый ток катодной защиты, достаточный для подавления Функционирования анодных зон коррозионных макрогальванопар, являющихся 10 одной из главных. причин высоких скоростей коррозионного разрушения металлов трубопроводоу, имеющих повреждения изоляционного покрытия, а также невозможно обнаружить анодные и катодЭ ные участки при небольших размерах повреждений изоляционного покрытия (ме-.нее 0,.5 х 0,5 м 2).Так обнаружение анодной или катодной зоны в области повреждения изоляции трубопровода площадью 5 = = 1 х 1=1 м 2 при глубине залегания1=1 м, удельном сопротивлении грунта=50 Ом/м и плотности тока защитыпроизводя способом по перечного градиента с помощью двух медно-сульфатных электродов сравнения, разнесенных на расстояние д =20 м. Тогда, градиент потенциалов равен 4 мВ. Для площади повреждения5=0,1 х 0,1=0,01 м 2 при тех же условиях градиент потенциала равен всего0,04 м 8. Измерение величины градиента потенциала данного уровня в трассоеых условиях обычным способом непредставляется возможным.При образовании макрокоррозионныхгальванопар на металлической поверхности наиболее активными являютсямакропары, в которых площадь анодногоучастка значительно меньше площади . катодного участка. При этом плотность анодного .тока может достигать5-10 А/м, а скорость коррозии 510 мм/год, Для полного подавления то- ффка макропары необходимы, плотности тока в 3-7, раз превышающие ток коррозии и измерение этих токов проводитсяпока только в лабораторных условиях.При достижении полной защиты анодный фЗток за счет работы макрокоррозионнойгальванопары становится равным нулю.Известен также способ обнаруженияповреждений на подземных сооружениях,который заключается в том, что на тру-ффбопровод подают переменный ток определенной частотй и при прохождении над трубопроводом с приемником, оснащенным электродами, один из которых расположен над трубопроводом, а другойвынесен в сторону, место расположениядефекта определяют по утечке тока струбопровода, имеющего сквозные повреждения в изоляционном покрытии,Этот способ является одним из методовопределения защищенности подземныхсооружений Г 2Однако способ определяет только наличие дефекта и место его расположения,но не позволяет выявить защищается лиобнаруженный дефект установкой катодной защиты и является ли данный дефектанодом макрогальванопары или простоместом втекания тока. Кроме того, этотспособ не определяет величину защитнойплотности тока, которая задается обычно чисто эмпирически, исходя из дан"ных коррозионной активности грунтов исостояния изоляции.Существующая практика определениястепени защищенности имеет не единыйкритерий защиты катодно защищаемых подземных конструкций, а совокупность(до 10) критериев, при соблюдении которых анодный ток металла считаетсяравным нулю, а именно защитный потенциал (-0,85) В (что по последним данным во многих грунтах является явнонедостаточным); защитная плотностьтока в широком диапазоне значений от0,5 до 500 А/м ; наличие дефектов;2,значения продольного и. поперечногоградиента потенциалов и др. Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов измерения величины защитного тока при определении степени защищенности подземных трубопроводов.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, включающему операции измерения градиента защитного потенциала и определения дефекта в изоляционном покрытии, операции измерения ведут на коммутируемом в инфранизкочастотном диапазоне переменном токе, величину которого изменяют от нулевого значения дискретно через 104 от величины рабочего тока катодной станции до его максимально о значения с интервалом времени, равным установившемуся значению поляриэйционного потенциала, и измеряют уровень переменного сигнала в местах дефекта при каждом значении тока, после чего998584 определяют величину защитного тока дефекта и всего плеча защиты в целом.Принципиальное отличие предлагаемой операции измерения градиента потенциалов в области дефекта от используемой заключается в том, что для создания градиента потенциалов используется ток катодной защиты, коммутируемый в инфранизком диапазоне частот и .изменяемого дискретно от нулевого 1 О до максимального значений, при:протекании которого по трубопроводу на поверхности земли в месте над дефектом возникает градиент потенциалов, величина которого увеличивается при увеличении тока катодной защиты, если дефект катодно защищаем; и уменьшается при увеличении. тока, если дефект является анодом макрогальванопары и ток недостаточен.для защиты данного дефекта, при этом уменьшение идет до нулевого значения сигнала, когда анодный ток металла становится равным ну-. лю, а величина внешнего тока, соответствующая нулевому сигналу над де Фектом, принимается за величину защитного тока данного дефекта. На фиг.1 представлена схема для измерений; на фиг,2 - график зависимости величины градиента потенциалов от поляризации образца при 3 =3 С,-1 мА и частоте коммутации катодной станции равной 3 Гц. (а - градиент по,тенциалов при катодной поляризации; б - градиент потенциалов при анодной поляризации); на Фиг.3 - зависимость величины градиента потенциалов от площади дефекта при токе катодной защиты, равном 0,35 МА 1 и частоте 40 коммутации 1,5 Гц 2 (в - при площади дефекта 0,0004 и ; г - при 0,0036 м .; д - при 0,01 м); на Фиг.4 - кривые изменения величины градиента потенциалов в местах нарушения изоляционно го покрытия, представляющие собой дефект с макрогальванопарами с катодной и анодной зонами, в зависимости от величины защитного тока при частоте коммутации тока катодной станции равной 1,5 Гц (е - при токе коррозии 0,3 мА и токе защиты 0,001 мА; ж - при токе коррозии 0,17 мА и токе защиты 0,7 мА; 3 - при.токе коррозии равном нулю и токе защиты 1 мА; и - пар-55 циальная кривая при токе коррозии, равном 0,3 мА, сигнал над катодной зоной; к - то же, парциальный сигнал над анодной зоной). бПредлагаемый способ использовали ,на участке газопровода. Проводиласьпроверка определения анодных зон ивеличины защитной плотности тока, необходимой для катодной защиты этихзон, на образцах трубной стали 17 Г 1 Сс площадью поверхности 0,01 м,0,0036 м и 0,0004 м. Образцы имитирующие дефекты на трубояроводе, устанавливались таким образом, что имели различные потенциалы (моделирова"ние макропар дифференциальной аэра"ции) и при замыкании:одни из них были анодами, а другие " катодами. Иэ"мерения проводились по схеме, представленной на Фиг1.Операция обнаружения дефекта и оп"ределения величины защитного тока проводилась в следующем порядке.На изолированный .трубопровод 1 состальными образцами, имитирующими по"вреждения изоляции 2, подается комму"тируемый в инфраниэкочастотно диапазоне коммутатором 3, выход которогоподключен к трубопроводу 1, ток катодной станции 4, плюсовой выход которойсоединен с анодным заземлением 5, аминусовой - с входом коммутатора 3, иметодсм продольного или попереччогоградиента потенциалов с помощью электродов 6 и приемника 7 с регистрирующимприбором 8 определяют места дефектов.Затем с помощью блока 9 программ дискретно от нулевого значения через10 от величины максимального в данных,условиях рабочего тока катодной стан-ции 4 подают ток с. интервалом. времени,достаточным для установления постоянной величины поляриэационного потенциала. После установления блоком 9программы заданной величины тока измеряют величину сигнала над дефектом.Затем записывают величину тока, прикотором величина сигнала. проходит через нулевое значение, над каждым деФектом и максимальное из всех определенных значений на контролируемомучастке принимают за защитный ток всего плеча защиты катодной станции 4 вцелом,Сравнительные данные с известнымспособом не дают результатов, так какизвестный способ не улавливает дефек-.тов таких малых размеров (менее 0,01 ми дает общий фон сигналов без различиявеличин площади образцов и их анодногоили катодного статуса.Поперечный градиент переменногополя, создаваемый защитным током стан- .7 9985 ции, коммутируемый в инфранизкочастотном диапазоне, измеряется приемником в местах дефекта изоляционного покры" тия, трубопровода. При этом величина сигнала, регистрируемая приемником в у ,зоне дефекта, не зависит практически от знака поляризации(фиг,2), а при 1 одинаковом уровне, защитного -Тока зависит только от площади дефекта (фиг.3) и находится в прямо пропорциональной 10 зависимости от величины тока, т.е. величина сигнала находилась в прямо пропорциональной зарисимости от плотности тока стекающего или натекающего на металлическую поверхность, контактиру 5 ющую в области дефекта изоляции трубопровода с почвенным электролитом.При исследовании образцов с макрогельванопарами при малом защитном токе величина сигнала над анодной зоной р 0 , (с малой площадью дефекта) больше вследствие большей плотности тока (кривая е, фиг.4). При увеличении защитного тока сигнал, принятый приемником над катодной зоной, резко возрастает, так как 33 основная часть защитного тока приходится на катодную зону как зону с мень-. шим сопротивлением растеканию тока (кривая ж, фиг.4), а над анодной зоной при Этом сигнал уменьшается. По . З 0 достижении уровня защитного тока, при котором величина тока коррозии, т.е. тока, стекающего с анодного учас ка в зоне действия макрогальванопары, становится равной нулю, сигнал на выходе э приемника над анодной зоной стремится к нулю, в то время как над катодной , зоной сигнал резко возрастает(кривая э, фиг.4). Уровень сигнала (градиента по,тенциалов) при каждом значении. защит ного тока измеряется в милливольтах, Ток защиты, т.е. ток, необходимый для подавления тока коррозии, дан-. ного дефекта составляет в данном. случае 1 мА. 45Использование предлагаемого способа определения степени защищенности подземных магистральных трубопроводов обеспечивает по сравнению с известными способами получение З 0 данных о наличии анодных и ка" тодных зон, на трубопроводах с поврежденной изоляцией, степени защищенности и необходимого тока защиты; определение и измерение уров- Н ня защитного тока, .при котором прекращается работа .макрогальванопар и объединение операций измерения уров 84 8 ня защитного потенциала при катодной защите, обнаружения дефектов изоляционного покрытия и измерение сигналов (градиента потенциалов) в зонах дефекта за счет. коммутации защитного тока установки катодной защиты праформировании контрольного сигнала переменного тока в трубопроводе. На магистральных газопроводах ежегодно проводятся коррозионные обследования с целью обнаружения и предупреждения развития корроэионных процессов. Эти обследования проводятся при помощи измерений приборами и осмотром в контрольных шурфах, по результатам которых проводится отбраковка участков труб и выборочный ремонт. При применении предлагаемого способа факторами, обеспечивающими экономический эффект ат его применения являются:1. Снижение объемов работ по вскрытию газопроводов в; .результате повышения точности определения степени защищенности оголенных участков трубы и необходимости ремонта изоляции незащищенных участков,2, Снижение объемов работ по визуальному обследованию коррозионного состояния газопровода в контрольных шурфах, .3. Снижение материальных и трудовых затоат в результате возможности проведения механизированного обследования газопровода.4. Увеличение производительности труда, обусловленной иеханизированным обследованием.Зкономический эффект с учетом изложенных факторов на базе сравнения с современными споообами и приборами )определения степени защищенности и обнаружения дефектов, например, Пеленг, составит. 30 тыс.руб./год. Формула изобретенияСпособ определения степени защи.- щенности подземных магистральных трубопроводов, включающий операции измерения. градиента потенциалов и определения дефекта в изоляционном покрытии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения величины защитного тока и степени защищенности, операцию измерения ведут на ком9 :998584 10мутируемом в инфранизкочастотном диа- защитного тока дефекта и всего плечапазоне переменном. токе, величину ко- защиты в целом.торого изменяют от нулевого значениядискретно через 10 от величины рабо- . Источники информациим)чего. тока катоднои станции до его мак-з принятые во внимание при экспертизесимального значения, с интервалом . 1. Глазов Н.П.) Стрижевский И.В.)времени, равным установившемуся зна- Калашникова А.М. и др. Иетоды контро"чению поляризационного потенциала, и ля и измерений при защите подземныхизмеряют уровень переменного сигнала сооружений от коррозиции. И.) "Недра",в местах дефекта при каждом значении, 0 1978, с.65-79.тока, после чего определяют. величину 2. Там же, с. 138-Й 1.