учебное пособие. Учебное-пособие. Учебное пособие аннотация общество Газпром трансгаз Югорск
 Скачать 6.85 Mb.
|
|
Установка катодной защиты (УКЗ) – это комплекс сооружений, предназначенных для катодной поляризации газопровода внешним током. 123 В состав УКЗ входят: - питающее напряжение переменного тока; - источник постоянного тока (выпрямитель); - анодное заземление; - катодный вывод газопровода; - соединительные провода; - защитное заземление. Рис.4 Установка катодной защиты СКЗ состоит из: - силового понижающего трансформатора, выпрямительных элементов (диоды, тиристоры), электроизмерительных приборов (амперметр, вольтметр); - устройства для регулировки потенциала в точке дренажа (ручное или автоматическое); - защиты от атмосферных перенапряжений, сглаживающего дросселя, клеммника с выводами постоянного тока ( + -) СКЗ предназначается для защиты трубопроводов от коррозии т.е. на трубу подаётся такой отрицательный потенциал, при котором ток коррозии прекращается. При работе катодной станции ток от положительного полюса выпрямителя проходит через анодное заземление в почву, из почвы в местах повреждённой изоляции попадает в газопровод, по которому возвращается к точке дренажа (катодный вывод). При таком направлении тока УКЗ коррозионные токи компенсируются, трубопровод защищается, а анодное заземление – разрушается. В качестве анода (+) используют различные заземлители (металлические трубы, графитовые заземления, ЖЗК. и др.). Катодом ( - ) является защищаемый трубопровод Типы СКЗ, наиболее применяемые в последнее время: ТДЕ-9; ОПС-2; ПАСК; Парсек; Энергомер. 124 Рис.5 Станция катодной защиты Рис.6 Установка катодной защиты ннизковольтная УКЗН 125 Рис.7 Комплексная трансформаторная подстанция Блок-схема ПАСК-М Напряжение сети 220 В через аппаратуру коммутации проходит на первичную обмотку главного трансформатора, в цепь которого включен датчик 126 обратной связи (ТТ), ко вторичной обмотке главного трансформатора подключены два тиристора по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, через дроссель постоянное напряжение поступает в цепь защиты. Для регулировки выходного напряжения выпрямителя используется блок управления тиристорами, который имеет собственный источник питания. При подаче напряжения сети на преобразователь запускается в работу генератор пилообразного напряжения (ГПН), который формирует плавно нарастающее напряжение длительность которого определяется одной половиной периода напряжения сети. « Пила» поступает на схему сравнения, туда же поступает постоянное напряжение от узла выработки управляющего напряжения (УВУН), это напряжение регулируется в режиме ручного управления. При совпадении величины «пилы» с напряжением УВУН вырабатывается импульс для включения тиристора. Затем импульс усиливается и формируется в отдельных узлах таким образом, чтобы надежно включать тиристор. С помощью регулировокна УВУН можно менять уровень опорного напряжения который сравнивается с «пилой», то есть если увеличить это напряжение, то сравнение с «пилой» происходит позже и управляющий импульс появится позже. Тиристор откроется на маленькое время и выходное напряжение с выпрямителя будет меньше. (Получается увеличение фазы управляющего импульса до 180'). Если уменьшить напряжение УВУН, то схема сравнения срабатывает раньше и импульс приходит на тиристор раньше (уменьшается фазовый угол). В автоматическом режиме схема сравнения подключается к блоку измерения, на этот блок постоянно поступает потенциал с электрода сравнения, имеется специальный источник управляющего напряжения, с помощью которого выставляется нужный потенциал. Усилитель сигнала ошибки сравнивает потенциал заданный с потенциалом электрода сравнения и если они отличаются, то идет сигнал на схему сравнения от которого смещается по фазе управляющий импульс. Для защиты тиристоров от перегрузки по току применяется узел отсечки, он связан с ТТ. Если ток в цепи питания превысит допустимое значение, то поступает повышенное напряжение через узел отсечки на схему сравнения и управляющий импульс уходит по фазе на 180'. В это время напряжение на тиристоре равно 0 и он не открывается (после грозы может остаться уровень отсечки). 127 Рис.8 Станция катодной защиты «ПАСК» Рис.9 Электрическая схема станции катодной защиты «ПАСК» 128 Рис.10 Станция катодной защиты «ТДЕ-9» 129 Рис.11 Электрическая схема станции катодной защиты «ТДЕ-9» Рис.12 Станция катодной защиты «ОПЕ» 130 Анодные заземлители Анодное заземление служит для создания электрического низкоомного контакта положительного полюса источника тока СКЗ с грунтом в системе катодной защиты. Характеризуется сопротивлением, стабильностью его в течение всего срока службы, сроком службы, стоимостью сооружения и надежностью эксплуатации. Сопротивление анодного заземления зависит от удельного сопротивления грунта, геометрических размеров отдельных электродов и выбранных расстояний между ними. Наиболее важный фактор, определяющий срок непрерывной работы заземления, стойкость его материала к электролитическому разрушению. Поэтому при сооружении анодных заземлений необходимо использовать заземляющие электроды из малорастворимых материалов, таких как пропитанный графит, графитопласт_и кремнистый чугун. При выборе типа электродов для сооружения анодного заземления необходимо учитывать, что железокремниевые электроды быстро разрушаются в грунтах с высоким содержанием хлоридов, в то время как электроды из пропитанного графита и графитопласта более устойчивы. Использование проводящих засыпок_целесообразно в сухих грунтах с высоким удельным сопротивлением. При установке стальных электродов в коксовую засыпку скорость разрушения электрода 3—4 кг/(а-год). Глубина закладки электродов анодного заземления определяется глубиной промерзания грунта и для условий северо-запада и средней полосы страны должна быть не менее 1,5 м от верхнего конца электрода до поверхности земли. Расстояние между электродами при вертикальной установке должно быть не менее, 4,5м. Для уменьшения взаимного экранирования вертикальные электроды могут закладываться на разных уровнях от поверхности грунта. Глубина закладки горизонтальных электродов должна быть не менее 1,5 м от поверхности земли. Глубинные анодные заземлители. Большие преимущества перед обычными заземлениями имеют глубинные заземлители. При установке глубинных электродов снижается градиент потенциала на поверхности грунта, что позволяет устанавливать электроды заземления вблизи подземных сооружений. Глубинные заземления имеют стабильные во времени сопротивления. Зона защиты подземных сооружений от глубинных заземлений значительно больше, чём от поверхностных поэтому их обычно устанавливают при катодной защите сложных сетей подземных коммуникаций и магистральных трубопроводов, залегающих в грунтах с высоким удельным сопротивлением. В этих условиях глубинные заземления обеспечивают наиболее рациональное использование мощности катодной станции, исключают вредное 131 влияние катодной защиты на соседние сооружения и снижают экранирующий эффект сооружений. Глубинные заземления имеют следующие преимущества: - устраняется экранирование со стороны других подземных сооружений - улучшаются условия растекания тока - зона защиты значительно больше, чем от поверхностных АЗ. Однако при установке глубинных АЗ необходимо применять буровые станки, такие АЗ недоступны для осмотра и ремонта. Срок службы стального АЗ, установленного в грунт определяют по формуле: Т= 0,1096 G/I где: Т – время эксплуатации (годы) G- общая масса заземлений (кг) I – сила тока в цепи СКЗ (а) средняя за время эксплуатации. Конструктивно ГАЗ состоит из нескольких свариваемых труб, вертикально опускаемых в скважину и контактного устройства, для подключения анодного кабеля. Для предотвращения разрушения сварного стыка, его перед опуском в скважину укрепляют не менее чем тремя вертикальными накладками и изолируют битумом. В качестве электродов для ГАЗ применяются: стальные трубы, электроды типа ЗКА. ЗЖК, графитированные заземлители. Сопротивление ГАЗ зависит от материала заземлителя, удельного сопротивления грунта и не должно превышать 1ОМ. 132 Рис.13 Глубинный анодный заземлитель ГАЗ-100 Рис.14 Крепление электрода в кондукторе анодного заземлителя ГАЗ-100 133 Протяжённые заземлители(гибкий анод). Назначение, конструкция, принцип работы. Протяжённый анод ЭРП предназначен для защиты газопроводов катодной поляризацией на всём протяжении укладки заземлителя. В качестве протяженных анодных заземлений могут использоваться заземлители из электропроводящего эластомера типа ЭРП. Заземлители типа ЭРП представляют собой гибкий электрод из электропроводящего эластомера на основе синтетического каучука диаметром от 20 до 50 мм, по оси которого расположен непрерывный токоввод в виде многопроволочной медной или стальной жилы. Благодаря применению специальных составов эластомера, анодные заземлители обеспечивают стекание значительных защитных токов, составляющих 0.4...0.8 А на погонный метр длины электрода. Анодные заземлители ЭРП могут использоваться в любой системе ЭХЗ различных подземных сооружений для создания как локальных, так и протяженных заземлений, в любых почвенно-климатических условиях, в том числе и в районах распространения высокоомных грунтов. Непрерывность рабочей поверхности заземлителей исключает вредное взаимоэкранирование, присущее многоэлектродным контурам, что позволяет снижать материалоемкость анодного заземления. Анодный заземлитель ЭРП выпускается двух модификаций ЭРП-5 и ЭРП- 6. Заземлитель ЭРП-6 имеет меньший диаметр и может применяться при защите объектов, требующих небольших затрат защитного тока. Выбор той или иной модификации осуществляется для конкретных объектов, исходя из соображения обеспечения нормативных параметров защиты при минимальных капитальных издержках. Поставка заземлителя ЭРП осуществляется на кабельных барабанах или бухтах. Строительная длина до 500 м или любая иная по требованию потребителя. Достоинства гибкого анодного заземлителя: - низкая удельная масса. - высокая эластичность. - равномерное распределение защитного потенциала вдоль газопровода - отпадает необходимость в землеотводе под АЗ (анод укладывается в одну траншею с газопроводом) - экологически чистый материал - низкая стоимость при значительных снижениях затрат на монтаж. Предельно допустимые значения R растеканию тока анодного заземления Таблица 22 R анодного заземления 0,5 Ом 1 Ом 1,5 Ом 2 Ом 3 Ом 4 Ом P грунта 10 10-20 20-100 100-200 200-300 400 и более 134 Сопротивление растеканию тока- основной параметр работы анодного заземления-чем меньше сопротивление, тем лучше. Основные требования к материалу анодных заземлений - их малая скорость растворения в грунте. Данные растворения некоторых металлов (Vраств. Кг/А.год) : - Сталь -10 Кг/А. год - Чугун –4-5 Кг/А. год - Золото, платина –0 Кг/А. год - Железо-кремневые сплавы- 0,1-0,3 Кг/А. год Назначение, устройство контрольно-измерительного пункта (КИП) КИП служат для подсоединения катодного вывода к СКЗ. для подключения перемычек между газопроводами, для измерения потенциала « труба-земля», подключения электродов сравнения и одновременно служат километровыми указателями. В настоящее время КИП изготовляются из пластмасс яркой окраски. Состоят из: колонки, козырька, муфты, закрывающей клеммник. Клеммник состоит из трёх разрезных болтов, рассчитанных на ток до 100А. и трёх клемм для подключения медносульфатного электрода, датчика сравнения, сооружения. На трассе газопровода КИП рекомендуется устанавливать на расстоянии не более чем через 500м. При больших расстояниях(1000м.) создаются неудобства во время электрических измерений потенциала «труба-земля». На многониточных трубопроводах, уложенных в одном коридоре контрольно-измерительные колонки КИП должны устанавливаться на одном траверзе коридора. Измерительные колонки пунктов должны иметь табличку или щиток с обозначением нитки трубопровода и точной привязки места установки. Если КИП сооружен не на сопряжении километров, то место установки колонки должно быть обозначено с точностью до одного метра. Измерительные колонки должны быть окрашены краской яркого цвета или контрастных цветов в виде горизонтальных полос шириной не менее 10 см. При укладке в одном коридоре нескольких трубопроводов различного назначения, целесообразно колонки окрашивать в разные цвета, например: газопровод - чередующиеся белые и красные полосы, нефтепровод - белые и черные полосы, продуктопровод - белые и зеленые полосы, водопровод - белые и голубые полосы. 135 Измерения проводимые в КИП Измерение разности потенциалов «труба-земля» 4 2 3 1 1- труба, 2-КИК, 3-анодное заземление, 4-измерит.прибор. Рис.15 Измерение разности потенциалов «труба-земля» Электрические измерения, проводимые на трассе магистральных газопроводов, позволяют получить данные об эффективности работы установленных средств электрозащиты и состоянии изоляционного покрытия, определить характер взаимного влияния электрохимической защиты, установленной на соседних подземных сооружениях, и по полученным данным судить о возможности коррозионных повреждений трубопровода. При проектировании новых подземных газопроводов проводят измерения, позволяющие определить параметры грунтов на намечаемой трассе, наличие и характер влияния источников блуждающих токов. Измерения разности потенциалов « труба—земля» играют первостепенную роль в определении коррозионного состояния газопровода, выявлении коррозионно-опасных участков. Под разностью потенциалов « труба-земля» понимают разность потенциалов между поверхностью (металлом) газопровода и ближайшими к его поверхности слоями грунта. Измерение разности потенциалов «труба—земля» проводят вольтметрами постоянного тока с входным сопротивлением не менее 20 кОм/В. Обычно применяют измерительные приборы с нулем посередине. Плюсовую клемму измерительного прибора соединяют с газопроводом (через катодный вывод или непосредственно с газопроводом, если измерения проводятся в шурфе), а минусовую — с электродом сравнения, посредством которого осуществляют контакт с грунтом При такой схеме соединения, если стрелка отклоняется влево от нуля, газопровод имеет отрицательный потенциал по отношению к окружающему грунту, и, наоборот, если стрелка отклоняется вправо, — разность потенциалов «труба—земля» положительна. При проведении измерений в зонах почвенной коррозии в качестве электрода сравнения используют медносульфатный электрод, в зонах действия блуждающих токов, там, где амплитуда колебаний потенциала «труба-земля» на знакопеременных участках выше 1 В, используют как медносульфатный, так и стальной (приравнивается к водородному) электроды сравнения. При проведении измерений разности потенциалов «труба-земля» на газопроводах, уложенных в высокоомных грунтах, должны применяться 136 вольтметры с входным сопротивлением не менее 2 мОм. Грунт считают высокоомным, если показания прибора М-231 на пределах 1 и 5 В отличаются друг от друга более чем на 10% Если необходимо измерить разность потенциалов «труба—земля» в местах, где невозможно подсоединиться к газопроводу, применяют метод выносного электрода (или метод длинного провода). В этом случае вольтметр подсоединяют к газопроводу там, где это возможно (в ближайшей точке от контролируемого участка), а электрод сравнения устанавливают над газопроводом в тех точках, где необходимо провести измерения Расстояние от точки подключения прибора к газопроводу до точки установки электрода сравнения не должно превышать 0,5 км. При этом следует учитывать сопротивление измерительного провода и вносить соответствующие поправки в измеряемые величины разности потенциалов «труба—земля». Рекомендуемые приборы для измерения напряжения и тока: мультиметры 43312 и 43313, высокоомный вольтметр ВВ-1, мультиметры Ц4313, Ц4354 и им подобные, ампервольтметр М231, самопишущие микроамперметр- милливольтметры Н399 и ЭН3001. В качестве электрода сравнения используются неполяризующие медносульфатные электроды. Рис.16 Медносульфатный электрод сравнения МЭС В зонах почвенной коррозии используется только неполяризующийся электрод сравнения, а в зонах блуждающих токов, как неполяризующиеся, так и стальные электроды (если разность потенциалов «труба-земля» более 1В.) Источник ошибок при работе с МЭС,- разность потенциала, возникающая не границе «электрод - почва». Сухие, песчаные, скальные почвы дают отклонения разности потенциалов до 20мв. Чтобы устранить ошибку электрод устанавливают непосредственно над осью сооружения и увлажняют почву. Разность потенциалов между парой электродов при одинаковых условиях не должна превышать 1-2мв.Чтобы обеспечить устойчивую и надёжную работу МЭС следует следить за чистотой поверхности медного стержня, чистотой и насыщенностью раствора медного купороса, надёжностью контактов. Перед заливкой электроды тщательно промывают в воде. Медный купорос заливают одновременно во все электроды из одной порции раствора. В каждый электрод добавляют несколько чистых кристаллов медного купороса. При измерениях необходимо следить, чтобы уровень раствора был всегда выше медного стержня. Для проверки разности показаний между электродами на трассе, их соприкасают между собой пористыми пробками, ставя рядом во 137 влажную землю. Для уравнивания потенциалов электродов после работы их ставят во влажную землю, политую медным купоросом и соединяют стержни между собой медным проводом. Стационарный медносульфатный долгодействующий электрод с датчиком потенциала используется как электрод сравнения при измерении разности потенциалов «труба-земля» и поляризационного потенциала трубопровода, а также в качестве датчика в цепи блока управления автоматических преобразователей. Долгодействующий электрод типа ЭНЕС состоит из пластмассового корпуса, в верхнюю часть которого ввинчена пробка со стержнем из красной меди. Дно электрода закрыто ионо-обменной мембраной и пористой керамической диафрагмой. Полость электрода заполняется насыщенным раствором медного купороса. Датчик потенциала (вспомогательный электрод) представляет собой квадратную пластину размером 25х25мм.из легированной стали марки 1Х18Н9Т, закреплённую на корпусе электрода. Биметаллический меднотитановый электрод типа ЭДБ-1 может быть использован как долгодействующий электрод для измерения разности потенциалов «труба-земля», а также в качестве датчика блока управления автоматических преобразователей. Электрод представляет собой керамическую плитку размером 150х150х10мм., с нанесённым на неё методом плазменного напыления покрытием из меди и титана в отношении 3:2. Электрод закладывается в грунт в вертикальном положении на уровне оси трубы на расстоянии 50-200мм. от её поверхности |