|
| Многоканальные синхронные измерения коррозионных параметров при диагностировании и планировании электрохимической защиты подземных трубопроводных систем |
| |
| Многоканальные синхронные измерения параметров
коррозии являются важным направлением коррозионного мониторинга
подземных и подводных металлических сооружений различного назначения,
в том числе, трубопроводных систем. Разработка аналитических методов
и соответствующих расчетных моделей, [1,2], создание информационно-измерительных
комплексов [3], создали базу для оценки коррозионного состояния
подземных металлических сооружений (ПМС) в условиях реального
влияния на них окружающей среды. Эта база, принципиально, дает
возможность перейти к практическому диагностированию коррозионного
состояния ПМС, и планированию их электрохимической защиты (ЭХЗ)
и оценке ее эффективности. Развитие работ в этом направлении требует
дальнейшего совершенствования методов и инструментальных средств
диагностирования и создания соответствующих методик измерений.
|
| Характеристикой коррозионного состояния
металлических сооружений является распределение плотности тока
по наружной поверхности сооружения или пропорциональное ей смещение
потенциала на поверхности от стационарного значения. Целью диагностики
является определение этой величины и сравнение с допусками, для
чего проводятся необходимые измерения, причем наибольший интерес
представляет распределение плотности тока, обусловленной влиянием
блуждающих токов. Для решения задачи определения общего коррозионного
состояния ПМС как системы с распределенными параметрами недостаточно
иметь данные о значении плотности тока в одной точке. Искомое
распределение, обычно, получается в результате интерполяции данных
измерений в нескольких точках, расположенных на поверхности объекта
на определенных расстояниях одна от другой. Такой подход используется
при оценке коррозионного состояния сооружений, находящихся в эксплуатации.
Основным принципиальным требо-ванием к регистрирующей аппаратуре
является синхронизация моментов включения регистраторов и моментов
записи данных в память. Это позволяет применять математические
методы при анализе результатов измерений для выявления внутренних
закономерностей исследуемых относительно быстро протекающих процессов.
Процессы коррозии трубопроводных систем являются трудно формализуемыми.
Для установления более глубоких закономерностей, например, о причинах
вариаций параметров и, соответственно, оптимального планирования
ЭХЗ, информации, полученной от небольшого количества ее источников,
недостаточно, поэтому для получения адекватных результатов диагностирования
необходимо одновременно использовать большое число приборов с
синхронной записью данных измерений. Достоверная информация, полученная
в результате компьютерной обработки первичных данных, позволит
получить правильную оценку коррозионного состояния, необходимую
для оптимального распределения ресурсов и технических средств
ЭХЗ при планировании мероприятий коррозионной защиты ПМС. |
| Методы и средства. |
Для оценки ожидаемого влияния блуждающих
токов на проектируемое сооружение используются данные измерений
напряженности электрического поля, создаваемого блуждающими токами
в среде, в которой будут расположе-ны проектируемые сооружения.
Ожидаемое распределение плотности тока на поверхности проектируемого
сооружения находится в результате обработки данных измерений.
Эта обработка производится в несколько этапов:
1. Определение потенциала электрического поля US, создаваемого блуждающими токами
и другими источниками, на поверхности сооружения (например, вдоль
трассы трубопровода) методами аппроксимации и интерпо-ляции.
2. Определение распределения плотности тока J на поверхности со-оружения
путем решения линейного (в простейшем случае) интегро-дифференциального
уравнения вида A·J = US , где A - линейный оператор, отвечающий
рассматриваемой задаче, (см. например, [1]).
3. Определение статистических параметров найденного распределе-ния
в отдельных точках (средние значения, средние квадратические отклоне-ния,
собственные и взаимные корреляционные функции, параметры регрессионного
анализа и т.п.).
4. Определение ожидаемой скорости коррозии на выбранных участках
поверхности сооружений и оценка размеров опасных зон.
В случаях, когда невозможно выполнить полномасштабные измерения
на поверхности сооружения, такой подход является, практически,
единственным, позволяющим получить относительно полные данные
о коррозионном состоянии. Если имеется возможность выполнить измерения
в отдельных точках на поверхности сооружения, эти данные могут
быть использованы для повышения достоверности прогнозирования.
Локальные коррозионные измерения могут выполняться с использованием
прибора для коррозионных измерений КОРИПС-3А, серийно выпускаемого
в двух модификациях
Назначение:
прибор для синхронных измерений параметров коррозии подземных
или подводных металлических сооружений.
Технические характеристики:
- число каналов - 4,
- интервал времени между измерениями 1…15 с;
- диапазоны измерения по каждому каналу, ±0.5,±10, ±100,В;
- погрешность измерения по диапазонам 0.1, 0.5, 0.2,%;
- ЖКИ индикатор на 2х16 знакомест;
- емкость флэш-памяти не менее 32000 измерений,
- время непрерывной работы с автономным питанием не менее 48 ч;
- компьютерная программа для графического представления данных, вычисления корреляции, регрессии.
|
| Примеры применения измерительных приборов и особенности методики измерений |
В таблице ниже приведены описание объекта, средств, режимов и результатов для двух характерных вариантов коррозионных обследований. Целью первого варианта является общее коррозионное обследование заданного участка теп-ловой трассы, включая влияние импульсной компоненты блуждающих токов. Во втором варианте к этой задаче добавлена оценка влияния работы системы катодной защиты смежных подземных сооружений (газовой сети).
|
| N |
Описание объекта и цель измерений |
Средства измерений |
Схема и режим измерений |
Результаты обработки данных |
Интерпретация полученной информации |
| 1 |
Участок трассы тепловой сети протяженностью 1,6 км; на участке 16 тепловых камер. Упрощенная схема участка |
5 приборов КОРИПС, 15 измерительных электродов |
Измерялись потенциалы "труба - земля" вблизи 5 тепловых камер, в которых к трубам подключались кабели от положительных клемм приборов. Вблизи каждой из этих камер размещались три измерительных электрода на расстояниях 5 м, 25 м и 50 м от камеры. |
Результаты измерений потенциалов электродами, расположенными на расстоянии 25 м от камер
1. Потенциалы на большинстве секций участка смещены в положительную сторону.
2. Значительное влияние импульсной составляющей блуждающих токов.
3. Характер влияния импульсной составляющей зависит от расположения точки на трассе: вблизи ТК-4 импульсы блуждающих токов вызывают анодное смещение потенциала, тогда как вблизи ТК-16 - ярко выраженное катодное смещение. |
Необходимо применение ЭХЗ на всем рассмотренном участке тепловой трассы. Для компенсации импульсных воздействий установки катодной защиты должны быть автоматическими, управляемыми сигналами электродов сравнения. |
| 2 |
Участок трассы тепловой сети протяженно-стью 0,95 км; на участке 12 теп-ловых камер. Упрощенная схема участка |
5 прибо-ров КОРИПС, 15 измерительных электродов | Измерялись потенциалы "труба - земля" вблизи 4 тепловых камер. Расположение измерительных электродов как в п.1. Дополнительно были выполнены измерения напряженности электрического поля. Для оценки влияния установки катодной защиты, производилось выключение ее питания программируемым прерывателем. |
Результаты измерений потенциалов электродами, расположенными на расстоянии 25 м от камер
1. Потенциалы на большинстве секций участка смещены в положительную сторону, за исключением ТК-39, участок вблизи которой защищен от коррозии благодаря действию установки катодной защиты на газопроводе.
2. Влияние импульсной составляющей наиболее значительно вблизи ТК-29.
3. В районе ТК-29 - ТК-33 работа ус-тановки катодной защиты вызывает смещение потенциала в направлении положительных значений, т.е. ухудшает коррозионное состояние трубопроводов.
|
1. Необходимо применение ЭХЗ на большей части участка (за исключением секции вокруг ТК-39).
Оптимальное решение (организационное): обеспечить включение тепловых трасс в систему совместной защите от коррозии (вместе с газопроводной сетью)
|
| Результаты и выводы |
Общей особенностью выполненных измерений является использование регистраторов КОРИПС в режиме синхронных измерений. С этой целью перед началом измерений выполнялась синхронизация приборных часов с часами компьютера. В результате выполнения этой операции показания приборных часов отличались не более чем на 1 с. При установке одинакового момента включения регистрации эта величина определяет точность синхронизации моментов измерений. Благодаря применению указанных регистраторов полученные данные о влиянии на участки тепловых трасс как блуждающих токов, так и работы установок катодной защиты смежных подземных сооружений обладают высокой достоверностью и, следовательно, доказательной силой.
Полученные данные могут быть использованы как исходные на стадии проектирования при оптимизации как расположения установок катодной защиты вдоль трасс трубопроводов, так и выходных параметров этих установок.
|
| Список цитированной литературы. |
1. В.Т. Иванов, Н.П. Глазов, В.А. Макаров. "Математическое моделирование электрохимической защиты", в сб. "Коррозия и защита от коррозии" (Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР), 1987. 13, с. 117 - 194.
2. "Summary of Diagnostic Tools for Submarine Cable Protection System Performance: Feasibility Assessment of Technologies". EPRI, Palo Alto, CA and New York Power Authority, White Plains, NY; 2001, 1001931.
3. Korshunov G.I., Poliakov A.V. The system and instrument provision
of corrosion monitoring. Proceedings of the international conference
"Instrumentation in ecology and human safety", November 4-6, 2002.
ISA, St. Petersburg Russian Section. St. Petersburg. 2002. Pages
49-55.
4. Прибор для измерения параметров коррозии "КОРИПС-3А". Паспорт и инструкция по эксплуатации ЛКЖС.421000.003ПС. ООО "ПАНТЕС". С.-Петербург. 2003.
|
|
|
