Исследовательский многоканальный компьютезированный комплекс с макетом трубопровода

В связи с необходимостью проведения большого объема круглосуточных, круглогодичных непрерывных экспериментальных исследований, накопления и обработки статистических данных, возникла необходимость их автоматизации и компьютеризации. Для этих целей был разработан многоканальный компьютеризированный комплекс с макетом трубопровода, позволяющий проводить исследования девяти электродов СЭС, установленных в лабораторный, либо реальный грунт на полигоне. На полигоне оборудованы (рис. 5) четыре скважины (1,2,3,4), станция катодной защиты СКЗ (5), «+» СКЗ (6), модель дефекта изоляции трубопровода (7). В лаборатории расположены персональный компьютер ПК (8), контроллер К (9), измерительный блок ИБ (10), источник тока (11) и образцовый хлоридсеребряный электрод сравнения ХСЭ (12). Таким образом, элементы 1,2,3,4,6,7 комплекса расположены в реальном грунте. В лаборатории так же размещены ванны с песком, глиной и торфом с возможностью контролировать и задавать основные параметры, характеризующие их коррозионную активность, влажность и кислотность. Скважина 1 пробурена на глубину 1,5 м, на дне скважины, в качестве контрольного, установлен электрод типа ЭНЕС. Скважины 2-4 пробурены на глубину 2 м и на 1 м заполнены, соответственно, глиной, песком и торфом. В скважинах 2-4 на глубине 1,5 м установлены с помощью штанги по три исследуемых электрода и одному термодатчику. Работой комплекса управляет специализированная программа, которая запускается по команде с контроллера 9. При этом, например, для снятия серии зависимостей значений собственного потенциала от величины тока и времени наводороживания, замыкаются ключи 1А-9А и в процессе наводороживания электродов 1-9 измеряются изменения их потенциалов относительно образцового ХСЭ (12) при последовательном срабатывании ключей 1-9. Количество циклов, величина тока наводороживания в каждом цикле, длительность цикла и другие параметры эксперимента задаются программно. Эксперимент может быть усложнен, например, снятием зависимостей потенциала в процессе разводороживания при размыкании ключей 1А-9А после процесса наводороживания.

2.1.2 Технические характеристики комплекса.

2.1.2.1 Снятие зависимостей потенциала электрода СЭС от времени после включения и отключения заданного тока наводороживания.

2.1.2.2 Количество испытуемых электродов – 9.

2.1.2.3 Модели грунтов – глина, песок, торф.

2.1.2.4 Исследуемые факторы:

а) Внешние:

– состав грунта, влажность, грунтовые воды;

– температура;

– время;

– рН, кислород, химический состав (железо, хлор).

б) Конструктивные:

– форма и геометрические размеры (поверхность и толщина);

– способ и технология крепления электрического контакта к электроду;

– съемный зонд для ручной установки электродов в грунт до 1.5м.

2.1.2.5 Заданный ток наводороживания 0 – 10мА, точность 3 %.

2.1.2.6 Измеряемые величины:

– время, потенциалы;

– рН и сопротивление грунта;

– концентрации в грунте кислорода железа, хлора.

2.1.2.7 Интервал измерений 1 – 3600с.

2.1.2.8 Режим работы – автономный.

.

Рисунок 2.1 – Исследовательский комплекс

2.1.3 Специализированное программное обеспечение комплекса

Интерфейс программы (рисунок 2.2) позволяет задавать количество этапов эксперимента, количество циклов измерений на каждом этапе, величину и время тока наводороживания в каждом цикле и периодичность этапов и циклов измерений.

Рисунок 2.2 – Интерфейс программы комплекса

При этом предусмотрена возможность визуализации зависимостей потенциалов девяти испытуемых электродов СЭС в трех типовых скважинах (глина, песок, торф) и контрольного ЭНЕС от времени в течение всего эксперимента.
3 Теоретические основы безэлектролитного электрода сравнения

Идея создания безэлектролитного электрода сравнения основана на том, что после введения в грунт электролит, необходимый для нормальной работы электрода формируется путем насыщения прилегающей влаги и самого электрода водородом при пропускании через него электрического тока. Отсутствие собственного (стандартного) электролита и мембранной перегородки между электролитом и внешней средой (грунт, вода) приводит к тому, что величина стационарного потенциала безэлектролитного электрода становится зависимой от ряда специфических условий. Это, прежде всего влажность и кислотность грунта, материал рабочей поверхности электрода, его пористость и степень наводороживания пор электрода. Эта нестабильность собственного потенциала электрода устраняется конструктивными и методическими решениями. При этом суммарная нестабильность потенциала составляет ±0.050 в и соизмерима с нестабильностью типового электрода типа ЭНЕС-1. Кроме того, эта нестабильность применительно к условиям долговременной эксплуатации в условиях конкретного КИП трубопровода становиться постоянной и при необходимости снижается в несколько раз путем калибровки с помощью образцового электролитного электрода. Техническими и программными средствами шкала измерений с помощью безэлектролитного электрода легко приводится к принятой на магистральных трубопроводах шкале по медно-сульфатному электроду.