Главная страница
Навигация по странице:

  • ВОРКУТИНСКИЙ ФИЛИАЛ

  • Исходные данные

    		•

    задачи по химии. химия. Ухтинский государственный технический университет воркутинский филиал


    Скачать 205.87 Kb.
    НазваниеУхтинский государственный технический университет воркутинский филиал
    Анкорзадачи по химии
    Дата22.01.2023
    Размер205.87 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлахимия.docx
    ТипЗадача
    #899436




    Ухтинский государственный технический университет

    ВОРКУТИНСКИЙ ФИЛИАЛ


    Кафедра РЭНГМиПГ

    Задачи

    Расчёт коррозионных процессов

    и электрохимической защиты

    от коррозии объектов транспорта нефти и газа


    Выполнил студент группы НГД-19- Бочаров Александр Александрович


    Воркута 2023

    Содержание

    ВОРКУТИНСКИЙ ФИЛИАЛ 1

    Задача 1 3

    Задача 2 6

    Задача 3 8

    Задача 4 10

    Задача 5 11

    Задача 6 12

    Задача 7 13

    Задача 1


    В методе Стерна–Гири алгоритм определения скорости коррозии состоит из ряда этапов:

     экспериментальное определение стационарного (коррозионного) потенциала металла jкор;

     экспериментальное нахождение связи между потенциалом металла φ и плотностью протекающего через его поверхность тока jвнеш;

     построение полученных зависимостей (поляризационных кривых) в полулогарифмическом масштабе в виде диаграммы Эванса;

     определение тафелевских углов наклона поляризационных кривых (βаи βк);

     определение поляризационного сопротивления R с использованием начальных участков поляризационных кривых;

     расчёт плотности тока коррозии jкорпо уравнению Стерна–Гири;

     расчёт скорости коррозии металла.

    Исходные данные:

    Значения коэффициента пропорциональности и площади поверхности образца приведены в таблице 1.

    Таблица 1 – Значения коэффициента пропорциональности и площади поверх-

    ности образца

    Вариант
    S
    П

    см2
    мм · м2 /год · А

    1
    2,1
    2,13

    Значения силы анодного и катодного тока при различных величинах потенциала приведены в таблицах 2 и 3.

    Таблица 2 – Значения силы анодного тока при различных величинах потенциала


    Вар.
    ∆φ = 5 мВ,

    Iа
    ∆φ = 10 мВ,

    Iа
    ∆φ = 20 мВ,

    Iа
    ∆φ = 50 мВ,

    Iа
    ∆φ = 100 мВ,

    Iа
    ∆φ = 150 мВ,

    Iа

    А
    А
    А
    А
    А
    А

    1
    0,00075
    0,00294
    0,00396
    0,242
    29
    655,2



    Таблица 3 – Значения силы катодного тока при различных величинах потенциала


    Вар.
    ∆φ = - 5 мВ,

    Iк
    ∆φ = - 10 мВ,

    Iк
    ∆φ = - 20 мВ,

    Iк
    ∆φ = - 50 мВ,

    Iк
    ∆φ = - 100 мВ,

    Iк
    ∆φ = - 150 мВ,

    Iк

    А
    А
    А
    А
    А
    А

    1
    0,00075
    0,00109
    0,00717
    0,346
    27,2
    641,1
    Решение:

    Найдём плотность тока на анодных и катодных участках по формулам

    Переводим полученные значения плотности тока в десятичный логарифм

    lg(j ). Полученные значения приведены в таблице 4.

    Таблица 4 – Значения плотности тока и логарифма плотности тока от потенциала

    ∆φ, мВ
    5; ‒5
    10; ‒10
    20; ‒20
    50; ‒50
    100; ‒100
    150; ‒150

    jа, А
    0,0003
    0,0014
    0,0018
    0,1152
    13,8095
    312

    jк, А
    0,0003
    0,0005
    0,0034
    0,1647
    12,9523
    305,2857

    lg( jа)
    -3,5228
    -2,8538
    -2,7447
    -0,9385
    1,1401
    2,4941

    lg( jк)
    -3,523
    -3,3010
    -2,4685
    -0,7833
    1,1123
    2,4847

    Определим поляризационное сопротивление R (по модулю), при условии

    φ = ± 20 мВ по формуле



    Построим поляризационную диаграмму (см. рис. 1) и найдём углы βа и βк наклона тафелевских кривых из уравнений:

    для катодной поляризационной кривой y = ‒23,59 x ‒ 75,067, следовательно взяв по модулю, βк 23,59;

    для анодной поляризационной кривой y = 24,206 x + 75,573, следовательно βа 24,206.

    Рассчитаем плотность тока коррозии jкорпо уравнению Стерна–Гири:

    = - 0,00067 А/мм2

    Определим скорость коррозии металла по формуле:

    мм/год.


    Рисунок 1 Поляризационная диаграмма

    Алгоритм определения скорости коррозии по методу экстраполяции тафелевских участков поляризационных кривых состоит из следующих этапов:

    - экспериментальное определение стационарного (коррозионного) потенциала металла j кор;

    - экспериментальное нахождение связи между потенциалом металла φ и плотностью протекающего через его поверхность тока j внеш;

    - построение полученных зависимостей (поляризационных кривых) в полулогарифмическом масштабе в виде диаграммы Эванса;

    - экстраполяция линейных участков поляризационных кривых до значения стационарного потенциала;

    - определение плотности тока коррозии jкорпо точке пересечения экстраполированных участков поляризационных кривых с линией, соответствующей стационарному потенциалу металла в коррозионной среде;

    - расчёт скорости коррозии металла в агрессивной среде по формуле

    Решение:

    Определим плотность коррозионного тока из равенства уравнений полученных прямых, используя рисунок 1:



    - 23 ,59 x -75 ,067 = 24 ,206 x + 75 ,573;

    = -3,2;

    А/мм2

    Определим скорость коррозии:

    V=П * jкор = 2,13 * 0,00063 = 0,0013 мм/год

      


    Задача 2


    Рассчитать силу тока коррозионной пары, образованной разнесёнными электродами с различной формой пластин (см. табл. 5). Удельные поляризуемости, поляризационные сопротивления, потенциалы анода и катода, а также удельная электрическая проводимость коррозионной среды представлены в таблице 6

    Таблица 5 – Форма и геометрические размеры электродов


    Вариант
    Объёмное тело
    Пластина
    Произвольная форма

    V
    d
    S
    S
    Lmax
    Lmin

    см3
    см
    см2
    см2
    см
    см

    1
    567,4
    3,6
    490,4
    94,6
    8,5
    1,52

    Таблица 6 – Электрические характеристики электродов

    Вариант




    Рк
    Ра
    bk
    ba
    rвнут
    γ

    В
    В
    Ом*м2
    Ом*м2
    Ом*м2
    Ом*м2
    Ом
    См/м

    1
    -0,68
    0,11
    3,301
    5,492
    127
    105,4
    0,083
    0,83


    Решение:

    Рассчитаем сопротивления растекания электродов различной формы:

    – для электрода в форме объёмного (цилиндрического) тела по формуле:



    – для электрода в форме пластины по формуле:


    ;

    – для электрода произвольной формы по формуле:




    Найдём площадь поверхности электрода цилиндрической формы, так как данный параметр будет необходим нам далее для расчёта силы тока, по следующей формуле:



    Из формулы объёма цилиндрического тела выразим и вычислим высоту:



    Тогда площадь поверхности электрода цилиндрической формы равна

    Sпов-ти= *d*h = 3,14 * 3,6 * 10-2 * 0,557 = 0,062 м2

    Рассчитаем значение силы тока для следующих коррозионных пар по формуле:

    1) электроды в форме объёмного (цилиндрического) тела:

    где, Rв=2*R0;

    2) электроды в произвольной форме:


    где, Rв=2*R0;

    3) электроды в форме пластин:


    где, Rв=2*R0.

    Задача 3



    Исходные данные для примера выполнения расчётов приведены в таблице 7.

    Таблица 7 ‒ Исходные данные для примера выполнения расчётов

    Данные для проектирования
    Величина

    1. Диаметр трубы Dm, мм
    700

    2. Толщина стенки трубы δm, мм;
    8

    3. Удельное электрическое сопротивление металла трубы рm, Ом м;
    2,45 10-7

    4. Глубина залегания трубопровода Hт, м;
    1

    5. Среднее удельное электрическое сопротивление грунта рг, Ом м;
    30

    6. Материал трубопровода

    сталь марки 17Г1С

    7. Тип изоляционного покрытия

    Б

    (Битум)

    8. Срок эксплуатации трубопровода, год
    30

    9. Величина естественного потенциала трубы Ue, В;

    0,55

    10. Общая длина соединительных проводов lпр, м;

    300

    11. Площадь поперечного сечения соединительных проводов Sпр, мм2

    50


    По формуле вычисляется продольное сопротивление трубопровода:



    Сопротивление растеканию трубопровода определяется из трансцендентного уравнения, решаемого методом последовательных приближений. При первом приближении произведение под знаком логарифма принимают равным нулю. Получившееся число принимают начальным значением сопротивления растеканию и подставляют это значение в формулу. В течение пяти итераций добиваются истинного значения сопротивления растеканию.




    Так как на трубопровод нанесена битумная изоляция, выбирается начальное значение сопротивления изоляции Rиз0 равное 1·105. Переходное сопротивление трубопровода Rп, Ом м2 , вычисляют по формуле:



    Сопротивление растеканию трубопровода на единицу длины, Ом м, также определяется из трансцендентного уравнения, решаемого методом последовательных приближений:







    Начальное значение сопротивления изоляции на единицу длины, Ом м, вычисляется по формуле:


    Прогнозирование изменения во времени переходного сопротивления трубопровода на единицу длины (t ), Ом м, осуществляется по формуле:



    После нахождения продольного и переходного сопротивления трубопровода вычисляется постоянная распространения тока в трубопроводе α, 1/м, по формуле:



    Постоянная распространения тока вдоль трубопровода как функцию времени α(t), 1/м, вычисляется по формуле


    Характеристическое сопротивление трубопровода Z, Ом, вычисляется по формуле:

    =0,024 Ом

    Входное сопротивление трубопровода Zвт, Ом, вычисляется по формуле

    =0,012 Ом

    Входное сопротивление трубопровода как функция времени Zвт(t), Ом, вычисляется по формуле:

    =0,003 Ом.


    Задача 4


    Длина защитной зоны Lз, м, вычисляется по формуле:



    Смещение разности потенциалов (труба–земля) в точке дренажа выбирается из условий максимально возможного смещения потенциала согласно ГОСТ Р 51164-98 и вычисляется по формуле:



    Минимальное смещение разности потенциалов (труба–земля), выбирается из условий минимально возможного значения потенциала на трассе трубопровода согласно ГОСТ Р 51164-98 и вычисляют по формуле:



    Силу тока I, А, станции катодной защиты на начальный период эксплуатации вычисляют по формуле:





    Сопротивление дренажной линии, соединяющей станцию катодной защиты с анодным заземлением и трубопроводом Rпр, Ом, находится по формуле:



    Напряжение на выходе станции катодной защиты U, В, вычисляется на конечный период по формуле:

    (t)+ + +1,5)=107,2В

    Мощность станции катодной защиты P, Вт, вычисляется по формуле:

    7150,24 Вт

    По результатам расчёта, при выборе преобразователя необходимо учитывать, что его мощность должна быть не менее 600 Вт.

    Задача 5


    Выбран подповерхностный тип анодного заземления без коксовой засыпки. Анодное заземление необходимо установить горизонтально. Остальные данные для расчёта приведены в таблице 8.

    1. Длина электрода заземлителя lэ, м
    23,4

    2. Диаметр электрода заземлителя dэ, м
    0,552

    3. Глубина (до середины заземлителя) заложения электрода заземлителя h, м
    2,2

    4. Сопротивление грунта рг, Ом∙м
    405

    5. Коэффициент использования массы заземлителя ki
    0,61

    6. Скорость растворения материала электродов подповерхностного анодного заземления, кг/А·год

    0,38


    Сопротивление растеканию тока одного подповерхностного заземлителя Rв1, Ом при горизонтальном расположении электрода заземлителя, когда lэ< h, вычисляется по формуле:



    Количество электродов Nз, шт., в подповерхностном заземлении вычисляется по формуле:



    Средняя сила тока Iз.ср, А, стекающего с заземления, за планируемый период эксплуатации заземления, вычисляется по формуле:



    Срок службы анодного заземления Тр, годы, проверяется по формуле:



    Задача 6


    Данные для расчёта протекторной защиты кожуха приведены в таблице 9.

    Таблица 9 ‒ Исходные данные для расчёта параметров протекторной защиты

    кожуха

    1. Тип используемого протектора
    1 (ПМ10У)

    2. Длина защищаемого кожуха lз, м
    196

    3. Диаметр защищаемого кожуха Dт, мм

    1020

    4. Расстояние от протекторной группы до газопровода lп, м
    28

    5. Глубина установки протектора до центра hп, м

    1,44

    6. Срок эксплуатации протектора Tп, год

    50

    7. Начальное значение переходного сопротивления кожуха Rпн, Ом·м2

    145356


    Сопротивление медного провода, соединяющего протектор с трубопроводом, Rпр, Ом, вычисляется по формуле:

    Ом

    При расчёте сопротивления растеканию магниевых протекторов R рп , Ом, типа ПМ10У, необходимо пользоваться формулой 6.4, данные для которой выбираются по таблице 9



    Сопротивление цепи «протектор–труба» Rпт,Ом, вычисляется по формуле:



    Сила тока в цепи «протектор – труба» Iп, А, вычисляется по формуле:



    Длина участка трубопровода, защищаемого одним протектором на конец планируемого периода защиты, м, вычисляется по формуле:



    Количество протекторов, необходимое для защиты участка трубопровода, Nп, шт., определяется по формуле:



    Средняя силу тока в цепи «протектор–труба» Iп.ср, А, вычисляется по формуле:



    Срок службы протекторов Тп, годы, вычисляется по формуле:



    Задача 7


    Данные для расчёта протекторной защиты кожуха приведены в таблице 10.

    Таблица 10 ‒ Исходные данные для расчёта параметров протекторной защиты

    кожуха

    1. Ток нагрузки тяговой подстанции Iтп, А

    1000

    2. Расстояние между трубопроводом и электрифицированной железной дорогой lж/ д, м
    500

    3. Расстояние от трубопровода до тяговой подстанции lд, м
    500

    4. Количество параллельно уложенных трубопроводов n
    4

    5. Расстояние между трубопроводом и точкой подключения к путевому дросселю lп, м

    500

    Сила тока через электрический дренаж Iд, А, вычисляется по формуле.

    Значения коэффициентов K1, K2 и K3 выбираются по таблицам 7.1 и 7.2:



    Сечение дренажного кабеля, мм2 , вычисляется по формуле:

    написать администратору сайта