Устройство катодной защиты (варианты)

Авторы патента:

Полезная модель относится к устройствам электрохимической (катодной) защиты наружных поверхностей подземных металлических сооружений от электрохимической коррозии и может быть использована в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Техническим результатом является снижение веса и габаритов станции, повышение КПД, увеличение надежности и срока службы, снижение уровня шума работы устройства, что позволяет устанавливать его вблизи жилых домов. Сущность полезной модели по варианту 1 (фиг.1). Устройство катодной защиты содержит источник постоянного тока 1, анодное заземление 2, электрод сравнения 3, измерительный блок 4 и блок управления 5. Источник постоянного тока 1 содержит силовой трансформатор 6 с магнитопроводом и однофазными первичной 9 и вторичной 10 обмотками, тиристорный регулятор 7 и выходной фильтр 8 с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку. При этом магнитопроводы силового трансформатора 6 и реактора выполнены кольцевой формы, обмотки 9 и 10 силового трансформатора 6 и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки обмоток 9 и 10 трансформатора 6 и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующий магнитопровод, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком. Сущность полезной модели по варианту 2 (фиг.2). Устройство катодной защиты содержит анодное заземление 2, электрод сравнения 3 и металлический корпус 16 с вентиляционными жалюзи 17, в котором расположены источник постоянного тока 1, измерительный блок 4 и блок управления 5. Источник постоянного тока 1 содержит силовой трансформатор 6 с магнитопроводом и однофазными первичной 9 и вторичной 10 обмотками, тиристорный регулятор 7 и выходной фильтр 8 с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку. При этом вентиляционные жалюзи 17 прикрыты москитной сеткой 18, магнитопроводы силового трансформатора 6 и реактора выполнены кольцевой формы, обмотки 9 и 10 трансформатора и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки обмоток 9, 10 и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующие магнитопроводы, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком. 2 с. п., 3 илл.

Заявляемая полезная модель относится к устройствам электрохимической (катодной) защиты наружных поверхностей подземных металлических сооружений от электрохимической коррозии и может быть использована в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Устройства катодной защиты известны.

Известны, например, автоматические станции катодной защиты серии СКСТ и серии ПАСК-М (Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. и др. «Защита металлических сооружений от подземной коррозии». Справочник. - 2-е изд., М., Недра, 1981 [1]), содержащие силовой трансформатор, тиристорный регулятор, выходной фильтр, анодное заземление, электрод сравнения, измерительный блок и блок управления.

Недостатком указанных станций является большой вес и габариты, низкое значение КПД (68%), высокая шумность.

При эксплуатации устройства катодной защиты на открытом воздухе нагревающиеся элементы устройства загрязняются попадающими на них останками насекомых, что приводит к появлению дополнительных цепей утечки электрического тока. Это в свою очередь приводит к тому, что устройство работает при повышенных нагрузках, что снижает его эксплуатационный ресурс.

Известен также аппарат катодной защиты на базе выпрямителя В-ОПЕ-М2 (Руководство по эксплуатации выпрямителя для катодной защиты «ЭНЕРГОМЕРА» В-ОПЕ-М2, производство ОАО «Концерн «Энергомера», г.Ставрополь, 2001 (http://www.energomera.ru/products/ehz) [2]), содержащий, анодное заземление, электрод сравнения, выпрямитель для катодной защиты, содержащий силовой трансформатор, тиристорный регулятор, выходной фильтр, измерительный блок и блок управления.

Недостатком указанного аппарата является большой вес и габариты, низкое значение КПД (70%), высокая шумность.

При эксплуатации аппарата катодной защиты на открытом воздухе нагревающиеся элементы устройства загрязняются попадающими на них останками насекомых, что приводит к появлению дополнительных цепей утечки электрического тока. Это в свою очередь приводит к тому, что устройство работает при повышенных нагрузках, что снижает его эксплуатационный ресурс.

Указанный аппарат катодной защиты производства ОАО «Концерн «Энергомера» [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близкой системой того же назначения к заявляемой полезной модели. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью по варианту 1 и 2, является снижение веса и габаритов станции, повышение КПД, увеличение надежности и срока службы, снижение уровня шума работы устройства, что позволяет устанавливать его вблизи жилых домов.

Дополнительным техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью по варианту 2, является дополнительное увеличение срока службы за счет обеспечения защиты от насекомых внутренней части корпуса устройства с размещенными в нем конструктивными элементами.

Сущность заявляемой полезной модели по варианту 1 состоит в том, что устройство катодной защиты содержит источник постоянного тока, анодное заземление, электрод сравнения, измерительный блок и блок управления. Источник постоянного тока содержит силовой трансформатор с магнитопроводом и однофазными первичной и вторичной обмотками, тиристорный регулятор и выходной фильтр с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку. Отрицательный выход источника постоянного тока является отрицательным полюсом устройства катодной защиты, предназначенным для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения. Положительный выход источника постоянного тока соединен с анодным заземлением. Управляющий вход источника постоянного тока соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом измерительного блока. Первый вход измерительного блока является измерительным входом поляризационного потенциала заявляемого устройства катодной защиты, а второй вход измерительного блока соединен с электродом сравнения. При этом магнитопроводы силового трансформатора и реактора выполнены кольцевой формы, первичная и вторичная обмотки силового трансформатора и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки первичной и вторичной обмоток и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующий магнитопровод, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком.

Сущность заявляемой полезной модели по варианту 2 состоит в том, что устройство катодной защиты содержит анодное заземление, электрод сравнения

и металлический корпус с вентиляционными жалюзи, в котором расположены источник постоянного тока, измерительный блок и блок управления. Источник постоянного тока содержит силовой трансформатор с магнитопроводом и однофазными первичной и вторичной обмотками, тиристорный регулятор и выходной фильтр с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку. Отрицательный выход источника постоянного тока является отрицательным полюсом устройства катодной защиты, предназначенным для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения. Положительный выход источника постоянного тока соединен с анодным заземлением. Управляющий вход источника постоянного тока соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом измерительного блока. Первый вход измерительного блока является измерительным входом поляризационного потенциала заявляемого устройства катодной защиты, а второй вход измерительного блока соединен с электродом сравнения. При этом вентиляционные жалюзи прикрыты москитной сеткой, магнитопроводы силового трансформатора и реактора выполнены кольцевой формы, первичная и вторичная обмотки и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки первичной и вторичной обмоток и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующие магнитопроводы, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком.

Заявляемая полезная модель поясняется следующими графическими материалами.

На фигуре 1 показана схема устройства катодной защиты по варианту 1.

На фигуре 2 показана схема устройства катодной защиты по варианту 2.

На фигуре 3 показана сравнительная таблица характеристик устройства катодной защиты по вариантам 1, 2 и аналогов.

Заявляемое устройство катодной защиты по варианту 1 (фиг.1) содержит источник постоянного тока 1, анодное заземление 2, электрод сравнения 3, измерительный блок 4 и блок управления 5. Источник постоянного тока 1 содержит силовой трансформатор 6, тиристорный регулятор 7 и выходной фильтр 8, который в свою очередь содержит реактор и блок конденсаторов (не показаны). Силовой трансформатор 6 содержит однофазную первичную 9 и однофазную вторичную 10 обмотки, намотанные на кольцевой магнитопровод (не показано). На такой же магнитопровод намотана и обмотка реактора выходного фильтра 8.

Первичная 9 и вторичная 10 обмотки силового трансформатора 6 и обмотка реактора фильтра выполнены из высокотемпературных медных проводов. Пространство между витками первичной 9 и вторичной 10 обмоток силового трансформатора и витками обмотки реактора фильтра 8 заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком. Отрицательный выход 11 источника постоянного тока 1 является отрицательным полюсом устройства катодной защиты и предназначен для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения (не показано). Положительный выход 12 источника постоянного тока 1 соединен с анодным заземлением 2. Управляющий вход источника постоянного тока 1 соединен с выходом блока управления 5, вход которого соединен с выходом измерительного блока 4. Первый вход 13 измерительного блока 4 является измерительным входом 14 поляризационного потенциала заявляемого устройства катодной защиты. Этот вход может быть соединен с защищаемым подземным сооружением или с датчиком поляризационного потенциала (не показаны). Второй вход 15 измерительного блока соединен с электродом сравнения 3.

Пример конкретного выполнения.

Анодное заземление 2 выполнено в виде известного анодного заземления АК-1 [1].

Первичная 9 и вторичная 10 обмотки силового трансформатора 1 и обмотка реактора фильтра 8 выполнены из высокотемпературных медных проводов типа ППиУ.

Пространство между витками первичной 9 и вторичной 10 обмоток силового трансформатора 1 и витками обмотки реактора фильтра 8 заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком КП-34.

Блок управления 5, измерительный блок 4, электрод сравнения 3 и тиристорный регулятор 7 выполнены в виде известных устройств: соответственно, блока управления, измерительного блока, электрода сравнения и тиристорного регулятора преобразователя ПАСК-М [1].

Блок конденсаторов выходного фильтра 8 выполнен по известной схеме подключения конденсаторов блока сглаживающего фильтра выпрямителя для катодной защиты В-ОПЕ-М2 [2].

Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенным выше примером.

Заявляемое устройство катодной защиты по варианту 1 работает следующим образом.

Отрицательный полюс 11 устройства катодной защиты соединяют с защищаемым подземным металлическим сооружением. Измерительный вход 14 поляризационного потенциала устройства катодной защиты соединяют с защищаемым подземным сооружением (или с датчиком поляризационного потенциала). Защищаемое металлическое сооружение, анодное заземление 2 и электрод сравнения 3 размещают в электролитической среде (грунте).

Однофазное напряжение сети, подведенное к первичной обмотке 9 силового трансформатора 6, преобразуется во вторичное однофазное напряжение вторичной обмотки 10. Вторичное напряжение выпрямляется с помощью тиристорного регулятора 7 и сглаживается выходным фильтром 8. Наличие ЭДС на выходах 11, 12 источника постоянного тока 1 обуславливает возникновение электрического тока в цепи электрически и электролитически связанных защищаемого сооружения, анодного заземления 2 и источника постоянного тока 1. При этом стабилизация напряжения или тока на выходе источника 1 обеспечивается тиристорным регулятором 7 за счет изменения продолжительности открытого состояния его активных элементов (например, тиристоров).

Катодная защита металлического сооружения производится за счет поддержания защитного потенциала, измеряемого между защищаемым сооружением и электродом сравнения 3. Это измерение выполняется измерительным блоком 4. При этом измерительный блок 4 производит, определение разности потенциалов на своих первом 13 и втором 15 входах, определение защитного потенциала на основе этой разности [1, гл. 6], и выработку сигнала, соответствующего величине измеренного защитного потенциала, на своем выходе.

Регулировка напряжения на выходе источника постоянного тока 1 обеспечивается блоком управления 5. При этом блок управления 5 формирует на своем выходе сигнал управления источником постоянного тока 1 в зависимости от сигнала, соответствующего величине измеренного защитного потенциала, на своем входе, и заданного с помощью регулятора (не показан) значения защитного потенциала.

В заявляемой полезной модели по варианту 1 заявляемый технический результат: снижение веса и габаритов устройства, а также увеличение его КПД

достигается за счет кольцевой формы выполнения магнитопроводов силового трансформатора и реактора фильтра устройства [3] (фиг.3).

Заявляемый технический результат: увеличение надежности и срока службы заявляемой полезной модели достигается за счет того, что обмотки силового трансформатора и реактора фильтра выполнены из высокотемпературных медных проводов.

Заявляемый технический результат: снижение шума работы устройства достигается за счет того, что пространство между витками силового трансформатора и реактора фильтра заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком.

Заявляемое устройство катодной защиты по варианту 2 (фиг.2) содержит анодное заземление 2, электрод сравнения 3 и металлический корпус 16 с вентиляционными жалюзи 17, закрытыми москитными сетками 18. Корпус 16 содержит источник постоянного тока 1, измерительный блок 4 и блок управления 5. Источник постоянного тока 1 содержит силовой трансформатор 6, тиристорный регулятор 7 и выходной фильтр 8, который в свою очередь содержит реактор и блок конденсаторов (не показаны). Силовой трансформатор 6 содержит однофазную первичную 9 и однофазную вторичную 10 обмотки, намотанные на кольцевой магнитопровод (не показан). На такой же магнитопровод намотана и обмотка реактора выходного фильтра 8. Первичная 9 и вторичная 10 обмотки силового трансформатора и обмотка реактора фильтра 8 выполнены из высокотемпературных медных проводов. Пространство между витками первичной 9 и вторичной 10 обмоток силового трансформатора 1 и витками обмотки реактора фильтра 8 заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком. Отрицательный выход 11 источника постоянного тока является отрицательным полюсом устройства катодной защиты и предназначен для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения (не показано). Положительный выход 12 источника постоянного тока 1 соединен с анодным заземлением 2. Управляющий вход источника постоянного тока 1 соединен с выходом блока управления 5, вход которого соединен с выходом измерительного блока 4. Первый вход 13 измерительного блока 4 является измерительным входом 14 поляризационного потенциала заявляемого устройства катодной защиты. Вход 14 может быть соединен с защищаемым подземным сооружением или с датчиком поляризационного потенциала. Второй вход 15 измерительного блока 4 соединен с электродом сравнения 3.

Пример конкретного выполнения.

Металлический корпус 16 устройства выполнен в виде металлического шкафа с передней и задней металлическими дверцами. Дверцы содержат вентиляционные жалюзи 17, изготовленные методом вырубки и гибки металла. Снаружи жалюзи 17 закрыты москитными сетками 18.

Анодное заземление 2 выполнено в виде известного анодного заземления АК-1 [1].

Первичная 9 и вторичная 10 обмотки силового трансформатора 6 и обмотка реактора фильтра 8 выполнены из высокотемпературных медных проводов типа ППиУ.

Пространство между витками первичной 9 и вторичной 10 обмоток силового трансформатора 6 и витками обмотки реактора фильтра 8 заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком КП-34.

Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели по варианту 2 не ограничивается приведенным выше примером.

Заявляемое устройство катодной защиты по варианту 2 работает следующим образом.

Отрицательный полюс 11 устройства катодной защиты соединяют с защищаемым подземным металлическим сооружением. Измерительный вход 14 поляризационного потенциала заявляемого устройства катодной защиты соединяют с защищаемым подземным сооружением (или с датчиком поляризационного потенциала). Защищаемое металлическое сооружение, анодное заземление 2 и электрод сравнения 3 размещают в электролитической среде (грунте).

Однофазное напряжение сети, подведенное к первичной обмотке 9 силового трансформатора, преобразуется во вторичное однофазное напряжение вторичной обмотки 10. Вторичное напряжение выпрямляется с помощью тиристорного регулятора 7 и сглаживаться выходным фильтром 8. Наличие ЭДС на выходах 11,

12 источника постоянного тока 1 обуславливает возникновение электрического тока в цепи электрически и электролитически связанных защищаемого сооружения, анодного заземления 2 и источника постоянного тока 1. При этом стабилизация напряжения или тока на выходе источника 1 обеспечивается тиристорным регулятором 7 за счет изменения продолжительности открытого состояния его активных элементов (например, тиристоров).

Катодная защита металлического сооружения производится за счет поддержания защитного потенциала, измеряемого между защищаемым сооружением и электродом сравнения 3. Это измерение выполняется измерительным блоком 4. При этом измерительный блок 4 производит определение разности потенциалов на своих первом 13 и втором 15 входах, определение защитного потенциала на основе этой разности [1, гл. 6], и выработку сигнала, соответствующего величине измеренного защитного потенциала, на своем выходе.

При работе устройства катодной защиты происходит нагрев элементов источника постоянного тока 1: силового трансформатора 6, тиристорного регулятора 7 и выходного фильтра 8, установленных в металлическом корпусе 16. Охлаждение элементов источника постоянного тока 1 происходит конвекционным потоком воздуха, движущимся через вентиляционные жалюзи 17 корпуса 16. Закрытие жалюзи 17 москитными сетками 18 предотвращает попадание насекомых во внутреннюю часть корпуса 16 устройства.

В заявляемой полезной модели по варианту 2 заявляемый технический результат: снижение веса и габаритов устройства, а также увеличение его КПД достигается за счет кольцевой формы выполнения магнитопроводов силового трансформатора и реактора фильтра устройства [3] (фиг.3).

Дополнительный технический результат: дополнительное увеличение срока службы за счет обеспечения защиты от насекомых внутренней части корпуса устройства с размещенными в нем конструктивными элементами, достигается закрытием вентиляционных жалюзи корпуса устройства москитными сетками.

Устройство катодной защиты (модель СКЗ-М2) разработано в ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ». Разработана конструкторская и эксплуатационная документация. Изготовлена опытная партия, которая прошла производственные испытания на полигонах ООО «Севергазпром». Испытания подтвердили достижение технического результата и существенных преимуществ по сравнению с используемыми в настоящее время устройствами катодной защиты как отечественного, так и зарубежного производства.

Производство заявляемого устройства катодной защиты возможно на предприятиях электротехнической промышленности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

1. Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. и др. «Защита металлических сооружений от подземной коррозии». Справочник. - 2-е изд., М., Недра, 1981, 293 с.

2. Руководство по эксплуатации выпрямителя для катодной защиты «ЭНЕРГОМЕРА» В-ОПЕ-М2, производство ОАО «Концерн «Энергомера», г.Ставрополь, 2001 (http://www.energomera.ru/products/ehz).

3. Белопольский И.И., Пикалова И.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности - М.Л: Госэнергоиздат, 1963. - 273 с.

1. Устройство катодной защиты, содержащее источник постоянного тока, анодное заземление, электрод сравнения, измерительный блок и блок управления, причем источник постоянного тока содержит силовой трансформатор с магнитопроводом и однофазными первичной и вторичной обмотками, тиристорный регулятор и выходной фильтр с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку, причем отрицательный выход источника постоянного тока является отрицательным полюсом устройства катодной защиты, предназначенным для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения, причем положительный выход источника постоянного тока соединен с анодным заземлением, причем управляющий вход источника постоянного тока соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом измерительного блока, причем первый вход измерительного блока является измерительным входом поляризационного потенциала устройства катодной защиты, причем второй вход измерительного блока соединен с электродом сравнения, отличающееся тем, что магнитопроводы силового трансформатора и реактора выполнены кольцевой формы, первичная и вторичная обмотки силового трансформатора и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки первичной и вторичной обмоток и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующий магнитопровод, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком.

2. Устройство катодной защиты, содержащее анодное заземление, электрод сравнения и металлический корпус с вентиляционными жалюзи, в котором расположены источник постоянного тока, измерительный блок и блок управления, причем источник постоянного тока содержит силовой трансформатор с магнитопроводом и однофазными первичной и вторичной обмотками, тиристорный регулятор и выходной фильтр с блоком конденсаторов и реактором, содержащим магнитопровод и обмотку, причем отрицательный выход источника постоянного тока является отрицательным полюсом устройства катодной защиты, предназначенным для подключения к нему защищаемого подземного металлического сооружения, причем положительный выход источника постоянного тока соединен с анодным заземлением, причем управляющий вход источника постоянного тока соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом измерительного блока, причем первый вход измерительного блока является измерительным входом поляризационного потенциала устройства катодной защиты, причем второй вход измерительного блока соединен с электродом сравнения, отличающееся тем, что вентиляционные жалюзи прикрыты москитной сеткой, магнитопроводы силового трансформатора и реактора выполнены кольцевой формы, первичная и вторичная обмотки и обмотка реактора выполнены из высокотемпературных медных проводов, витки первичной и вторичной обмоток и обмотки реактора выполнены охватывающими соответствующие магнитопроводы, а пространство между указанными витками заполнено высокотемпературным кремнеполимерным лаком.