ЛР №1 - Определение коррозионной агрессивности грунта. Удельное сопротивление грунтов. ЛР №1 - Определение коррозионной агрессивности грунта. Удельное. Цель работы Получить навыки измерения удельного электросопротивления грунтов. Оценить коррозийную активность грунтов. Научиться определять приведенную погрешность измерения и факторы, на нее влияющие. Краткая теория
 Скачать 109 Kb.
|
|
ЛР №1 - Определение коррозионной агрессивности грунта. Удельное сопротивление грунтов Цель работы: 1. Получить навыки измерения удельного электросопротивления грунтов. 2. Оценить коррозийную активность грунтов. 3. Научиться определять приведенную погрешность измерения и факторы, на нее влияющие. Краткая теория: Наиболее точный метод определения коррозионной активности грунтов - обследование коррозионных разрушений на подземном металлическом объекте, располагающемся в зоне прохождения проектируемой трассы трубопровода (металлического сооружения). Однако на практике такое сочетание встречается редко, проектируют и строят объекты, как правило, на новых площадках, поэтому данный метод применяют редко. Чаще используют методы, основанные на определении одного из важнейших факторов, обусловливающих коррозию, например, измеряют удельное электрическое сопротивление грунтов. По месту выполнения работ методы делятся на лабораторные, полевые и лабораторно-полевые. Лабораторные методы требуют отбора грунтов на трассе или площадке в выбранных точках с последующим лабораторным испытанием образцов. Коррозионная активность грунтов по отношению к подземным металлическим сооружениям оценивается по плотности поляризующего тока. Из закона Ома известно, что сила тока какого-либо электрического процесса прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. В цепи «источник тока - грунт - подземное металлическое соединение - источник тока» имеются анодные и катодные участки с соответствующими напряжениями Vа, Vк, сопротивлениями Rа, Rк и Rг. Отсюда следует, что, создавая внешним источником постоянного тока разность потенциалов ∆V = Vа - Vк и измеряя силу тока в цепи, можно определить сопротивление коррозионному процессу, возникающее на аноде, катоде или окружающей среде. На этом и основана методика оценки коррозионной активности грунта по отношению к углеродистой стали по поляризационным кривым. Лабораторно-полевые методы требуют отбора проб образцов грунта, но необходимые измерения производятся в передвижной лаборатории, находящейся здесь же. Коррозионная активность грунтов может оцениваться также по скорости коррозии металла, т.е. потеря массы металлических образцов может выступать как характеристика грунта. Отбор проб грунта (1,5-2 кг) производят с глубины укладки подземного сооружения. Если пробу анализируют не сразу, то ее помещают в полиэтиленовый мешок и плотно завязывают. В этом случае каждую пробу сопровождают паспортом с указанием места и глубины отбора пробы и порядкового номера. Если грунт исследуют сразу, то его отправляют в передвижную лабораторию на подготовку. Коррозионную активность грунтов по отношению к углеродистой стали определяют по потере массы стальной трубки. Полевые методы позволяют определить коррозионную активность грунтов непосредственно на месте измерения без отбора проб с помощью специальных приборов. Они не требуют много времени и поэтому получили широкое распространение. Коррозионная активность грунтов по отношению к подземным металлическим сооружениям оценивается по удельному электрическому сопротивлению грунта ρг. Под удельным электросопротивлением почвы (ρг) принято понимать сопротивление растеканию электрического тока в условном почвенном проводнике площадью поперечного сечения 1 м2 и длиной 1 м. Единица измерения удельного электросопротивления - Ом  м.Удельное электросопротивление почвы находится в зависимости от ее влажности и солесодержания. По удельному электросопротивлению грунта можно оценить его коррозионную активность, получив таким образом сведения для расчета эффективной электрозащиты подземных сооружений, выбора конструкции и расчета анодного заземления при катодной защите. Коррозионная активность фунтов в зависимости от их удельного сопротивления по отношению к углеродистой стали приведена в таблице 1.1. Таблица 1.1 - Коррозийная активность грунтов
Значения удельного сопротивления грунтов используют в расчетах анодного заземления при катодной защите. На трассе проектируемых трубопроводов удельное электрическое сопротивление грунта измеряют через каждые 100-500 м. При этом погрешность определения среднего значения удельного электрического сопротивления грунтов не превышает 10 %. Измеряют удельное электрическое сопротивление грунтов с помощью электродных установок. Применяются установки с числом электродов от четырех до одного. Так как грунты в естественном состоянии представляют собой капиллярно-пористую систему, заполненную влагой с растворенными в ней солями, то удельное электрическое сопротивление грунтов по глубине непрерывно изменяется. В связи с этим измеряемое удельное электрическое сопротивление будет характеризовать грунт на некоторой толщине от поверхности (обычно чуть больше глубины заложения трубопровода). Данное значение называют кажущимся удельным электрическим сопротивлением грунта. Кажущееся удельное сопротивление грунтов достаточно сложно зависит от взаимного расположения электродов и строения фунтов на обследуемой глубине. В целях упрощения расчетов применяют линейное симметричное расположение электродов. В четырехэлектродной установке используют электроды, вертикально забиваемые в грунт на заданных расстояниях (рисунок 1.1). Измерения желательно проводить над трассой трубопровода или на площадке застройки. Приборы и оборудование: Удельное электросопротивление грунта измеряют при помощи четырехэлектродной установки по схеме на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 Измерительные электроды размещаются в одну линию, которая для проектируемого сооружения должна совпадать с осью трассы, а для уложенного в землю сооружения - проходить параллельно последнему. На одной линии забивают в грунт 4 электрода. Между крайними электродами A и B включают источник постоянного тока (в данной работе через выпрямитель электроды подключены к электросети). Возникающее между электродами A и B электрическое поле распространяется в земле на глубину, зависящую от расстояния между электродами. Рекомендуемое расстояние между питающими электродами A и B находится в следующих пределах 2h  AB 4h, где h - глубина прокладки подземного сооружения.При помощи двух других электродов M и N определяют разность потенциалов в созданном электрическом поле по показанию вольтметра. Зная разность потенциалов ∆U (B) и силу тока I (А), можно найти величину кажущегося удельного электрического сопротивления грунта (Ом м) по формуле , (1.1)где K - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами, м. При одинаковых расстояниях межау электродами (AM=MN=NB=a) K=2πa. Удельное электросопротивление ρг определяют по формуле ρг=2πRa, (1.2) где R – показания прибора, Ом; a - расстояние между двумя соседними электродами, м. Глубина забивки hз электродов в грунт должна быть более 1/20a. На практике удельное сопротивление грунта определяется измерителями сопротивления заземлений (Ф4103-М1, ИСЗ-1 и др.). Измеритель сопротивления заземлений (в дальнейшем - измеритель) представлен на рисунке 1.2 и предназначен для измерения сопротивления заземляющих устройств любых геометрических размеров, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений как при наличии помех, так и без них.  Рисунок 1.2 Диапазон измерений и допустимых сопротивлений электродов приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Диапазон измерений и допустимых сопротивлений электродов
Измеритель относится к средствам измерений группы 4 по ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия», но с расширенным значением рабочих температур от минус 25 до плюс 55 °C и относительной влажности до 90 % при температуре 30 °C. Класс точности 4,0 на диапазоне 0-0,3 Ом и 2,5 на остальных диапазонах. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности ± 4 % на диапазоне 0-0,3 Ом и ± 2,5 % на остальных диапазонах от конечного значения диапазона измерения. Частота измерительного тока находится в пределах 265-310 Гц. Переменное напряжение на зажимах Т1 и Т2 при разомкнутой внешней цепи не более 36 В. Электропитание измерителя осуществляется от девяти встроенных элементов 373, А373, (R20, LR20) или от внешнего источника постоянного тока напряжением от 11,5 до 15 В. Ток потребления от источника питания не более 160 мА. Время установления показания в положении ИЗМ I не более 6 с в положении ИЗМ II не более 30 с. Время установления рабочего режима не более 10 с. Подготовка к работе и порядок работы: Установить сухие элементы в отсек питания с соблюдением полярности, при отсутствии их подключить измеритель к внешнему источнику с помощью шнура питания. Установить измеритель на ровной поверхности и снять крышку, при необходимости закрепить ее на боковой поверхности корпуса. Проверить напряжение источника питания. Для этого закоротить зажимы Т1, П1, П2, Т2, установить переключатели в положение КЛБ и «0,3», а ручку КЛБ - в крайнее правое положение. Нажать кнопку ИЗМ. Если при этом лампа КП не загорается, напряжение питания в норме. Проверить работоспособность измерителя. Для этого, в положении КЛБ переключателя установить ноль ручкой УСТ. 0, нажать кнопку ИЗМ и откалибровать прибор, для этого ручкой КЛБ установить стрелку на отметку «30». Измерение удельного сопротивления грунта проводить по симметричной схеме Веннера (рисунок 1.3) в следующей последовательности. Подключить к измерителю потенциальные электроды по двухзажимной схеме (рисунок 1.4) и измерить их сопротивления. Для этого установить диапазон измерения ориентировочно соответствующий измеряемому сопротивлению электрода, затем установить ноль и откалибровать измеритель. Перевести переключатель РОД РАБОТ в положение ИЗМ II и отсчитать значение сопротивления. Если оно превышает допустимое значение, указанное в таблице 1.2 для выбранного диапазона измерения, его необходимо уменьшить (увеличить число штырей, улучшить проводимость прилегающих к ним участков земли и т.п.).  Рисунок 1.3 Рисунок 1.4 Подключить измеритель в схему измерения в соответствии с рисунком 1.3. Установить необходимый диапазон измерений, затем провести установку нуля и калибровку. Если при проведении калибровки стрелка находится левее отметки «30», то необходимо уменьшить сопротивление токового электрода. Кажущееся удельное сопротивление грунта ρкаж на глубине, равной расстоянию между электродами «a», определить по формуле (1.2), где R - показание измерителя, Ом. Расстояние «а» следует принимать не менее чем в 5 раз больше глубины погружения электродов. Методика расчёта погрешности измерителя в рабочих условиях: Приведенная погрешность измерения ∆ в общем случае вычисляется по формуле:  , (1.3)где ∆0 - предел допускаемой основной приведенной погрешности; ∆Cn - предел допускаемой дополнительной приведенной погрешности от n-го воздействующего фактора. Относительная погрешность γ может быть определена по следующей формуле:  , (1.4)где N - диапазон измерений, Ом; Rx - измеренная величина сопротивления, Ом. Перед проведением измерений необходимо, по возможности, уменьшить количество факторов, вызывающих дополнительную погрешность, например, устанавливать измеритель практически горизонтально, вдали от мощных силовых трансформаторов, использовать источник питания напряжением (12±0,25) В, индуктивную составляющую учитывать только для контуров, сопротивление которых меньше 0,5 Ом, определять наличие помех и т.п. Помехи переменного тока выявляются по качаниям стрелки при вращении ручки ПДСТ f в режиме ИЗМ II. Помехи импульсного (скачкообразного) характера и высокочастотные радиопомехи выявляются по постоянным непериодическим колебаниям стрелки. Пример расчета погрешности измерителя в рабочих условиях: Условия проведения измерений следующие: измеряется сопротивление заземляющих устройств подстанции напряжением 110 кВ; температура воздуха минус 10°C; влажность не более 100 %; измеритель питается от внутреннего источника; положение измерителя практически горизонтальное; измеритель установлен вдали от мощных силовых трансформаторов. Измеренная величина сопротивления Rx = 0,15 Ом на диапазоне 0-0,3 Ом. В измеряемой цепи были обнаружены помехи переменного тока. Приведенную погрешность определим по формуле (1.3), учитывая следующие составляющие дополнительных погрешностей: от индуктивности заземлителя ∆C1 = 8 %; от температуры  ;от напряжения питания ∆C3 = 4 %; от помех переменного тока ∆C4 = 2 %, тогда ∆ = ∆0 + ∆C1 + ∆C2 + ∆C3 + ∆C4 = 4 + 8 + 12 + 4 + 2 = 30% Относительная по грешность γ определятся по формуле (1.4):  Вероятность того, что все составляющие погрешности будут иметь максимальную величину с одинаковым знаком чрезвычайно мала, поэтому погрешность измерений будет значительно меньше. Контрольные вопросы: 1. Какие методы коррозионных изысканий вы знаете? 2. Какие принципы определения коррозионной агрессивности грунта заложены в каждый метод? 3. С какой целью определяют удельное электросопротивление грунта? 4. Как влияет влажность и концентрация солей на удельное электросопротивление почвы? 5. Как снизить сопротивление растеканию тока с анодного заземления? 6. В каких фунтах (с большим или меньшим электросопротивлением) лучше устанавливать анодные заземления? 7. Как влияет влажность грунта на скорость коррозии? Показать на коррозийной диаграмме. 8. Какие факторы могут влиять на точность измерений? | ||||||||||||||||||||||||||