Провести вибір типу станції катодного захисту газопроводу при таких вихідних даних:
діаметр трубопроводу D=1020 мм;
товщина стінки =10 мм;
довжина L = 420 км;
питомий електричний опір ґрунту = 30 Ом • м;
опір дренажних проводів =0,3 Ом;
накладена різниця потенціалів «труба – земля» в точці дренажу
= - 0,95 В;
довжина спусків проводів = 40 м;
опір розтіканню анодного заземлення = 0,65 Ом.
Таблиця 5 - Опір заземлення із електродів ЗКА-140 (ЗЖК-12-КА)
Кількість електродів | Питомий опір ґрунту, Ом м | |||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||||||
Однорядне заземлення | ||||||||||||||||
5. | 0,77 | 1,54 | 2,31 | 3,08 | 3,85 | 4,52 | 5,39 | 6,16 | 6,93 | 7,70 | ||||||
6. | 0,55 | 1,30 | 1,95 | 2,60 | 3,25 | 3,90 | 4,55 | 5,20 | 5,83 | 6,50 | ||||||
7. | 0,52 | 1,12 | 1,58 | 2,24 | 2,80 | 3,36 | 3,92 | 4,48 | 5,04 | 5,60 | ||||||
8. | 0,50 | 1,00 | 1,50 | 2,00 | 2,50 | 3,00 | 3,50 | 4,00 | 4,50 | 5,08 | ||||||
9. | 0,45 | 0,90 | 1,35 | 1,80 | 2,25 | 2,70 | 3,15 | 3,60 | 4,05 | 4,30 | ||||||
10. | 0,41 | 0,82 | 1,23 | 1,64 | 2,05 | 2,46 | 2,87 | 3,28 | 3,69 | 4,00 | ||||||
11. | 0,37 | 0,74 | 1,11 | 1,48 | 1,85 | 2,22 | 2,59 | 2,95 | 3,33 | 3,70 | ||||||
12. | 0,35 | 0,69 | 1,04 | 1,38 | 1,73 | 2,07 | 2,41 | 2,75 | 3,11 | 3,45 | ||||||
13. | 0,32 | 0,64 | 0,96 | 1,28 | 1,60 | 1,92 | 2,24 | 2,58 | 2,88 | 3,20 | ||||||
14. | 0,30 | 0,60 | 0,90 | 1,20 | 1,50 | 1,80 | 2,10 | 2,40 | 2,70 | 3,00 | ||||||
15. | 0,28 | 0,55 | 0,84 | 1,12 | 1,40 | 1,66 | 1,96 | 2,29 | 2,52 | 2,80 | ||||||
16. | 0,27 | 0,53 | 0,80 | 1,06 | 1,33 | 1,59 | 1,85 | 2,12 | 2,38 | 2,65 | ||||||
17. | 0,25 | 0,50 | 0,75 | 1,00 | 1,25 | 1,50 | 1,75 | 2,00 | 2,25 | 2,50 | ||||||
18. | 0,24 | 0,48 | 0,72 | 0,96 | 1,20 | 1,44 | 1,68 | 1,92 | 2,16 | 2,40 | ||||||
19. | 0,23 | 0,45 | 0,68 | 0,90 | 1,13 | 1,35 | 1,58 | 1,80 | 2,03 | 2,25 | ||||||
20. | 0,22 | 0,43 | 0,65 | 0,88 | 1,08 | 1,29 | 1,51 | 1,72 | 1,94 | 2,16 | ||||||
21. | 0,21 | 0,41 | 0,62 | 0,86 | 1,09 | 1,23 | 1,44 | 1,64 | 1,85 | 2,05 | ||||||
22. | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,20 | 1,40 | 1,56 | 1,80 | 2,00 | ||||||
23. | 0,19 | 0,38 | 0,57 | 0,76 | 0,95 | 1,14 | 1,33 | 1,50 | 1,71 | 1,90 | ||||||
24. | 0,19 | 0,37 | 0,56 | 0,74 | 0,93 | 1,11 | 1,30 | 1,48 | 1,59 | 1,85 | ||||||
25. | 0,18 | 0,35 | 0,53 | 0,70 | 0,88 | 1,05 | 1,23 | 1,40 | 1,57 | 1,76 | ||||||
Дворядне заземлення | ||||||||||||||||
2x10 | 0,25 | 0,49 | 0,74 | 0,98 | 1,23 | 1,47 | 1,72 | 1,96 | 2,21 | 2,45 | ||||||
2x11 | 0,22 | 0,44 | 0,66 | 0,88 | 1,10 | 1,32 | 1,54 | 1,76 | 1,98 | 2,20 | ||||||
2x12 | 0,21 | 0,41 | 0,62 | 0.82 | 1,03 | 1,23 | 1,44 | 1,64 | 1,85 | 2,05 | ||||||
2x13 | 0,20 | 0,39 | 0,59 | 0,78 | 1,98 | 1,17 | 1,37 | 1,55 | 1,76 | 1,95 | ||||||
2х14 | 0 IQ | 0 37 | 0 55 | 0,74 | 0,93 | 1.11 | 1,30 | 1,48 | 1,67 | 1,85 | ||||||
2x15 | 0,18 | 0,35 | 0,59 | 0,70 | 0,88 | 1,05 | 1,23 | 1,40 | 1,58 | 1,75 | ||||||
2x16 | 0,17 | 0,33 | 0,50 | 0,66 | 0,83 | 0,99 | 1,16 | 1,32 | 1,49 | 1,65 | ||||||
Продовження табл.5 | ||||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||||||
2x17 | 0,16 | 0,31 | 0,47 | 0,62 | 0,78 | 0,93 | 1,09 | 1,24 | 1,40 | 1,58 | ||||||
2x18 | 0,15 | 0,30 | 0,45 | 0,60 | 0,75 | 0,90 | 1,05 | 1,20 | 1,35 | 1,50 | ||||||
2x19 | 0,14 | 0,28 | 0,43 | 0,56 | 0,70 | 0,84 | 0,98 | 1,12 | 1,26 | 1,40 | ||||||
2x20 | 0,14 | 0,27 | 0,41 | 0,54 | 0,68 | 0,81 | 0,95 | 1,08 | 1,22 | 1,35 | ||||||
2x21 | 0,13 | 0,26 | 0,40 | 0,53 | 0.66 | 0,79 | 0,92 | 1,06 | 1,19 | 1,32 | ||||||
2х22 | 0,13 | 0,26 | 0,39 | 0,52 | 0,65 | 0.78 | 0,91 | 1,04 | 1.17 | 1,30 | ||||||
2х23 | 0,13 | 0,25 | 0,38 | 0,50 | 0,63 | 0.75 | 0,88 | 1,00 | 1,13 | 1,25 | ||||||
2х24 | 0,12 | 0.24 | 0,36 | 0,48 | 0,58 | 0,72 | 0,84 | 0,95 | 1,08 | 1,20 | ||||||
2x25 | 0,12 | 0,23 | 0,35 | 0,46 | 0,50 | 0,60 | 0,81 | 0,92 | 1,04 | 1,13 | ||||||
Таблиця 6- Опір заземлення з вертикальних графітопластових електродів довжиною 3 м
|
|
Кількість електродів | Питомий опір ґрунту, Ом м | |||||||||||||||||
Однорядне заземлення | ||||||||||||||||||
5. | 0,54 | 1,08 | 1,82 | 2,15 | 2,70 | 3,24 | 3,73 | 4,32 | 4,73 | 5,00 | ||||||||
6. | 0,47 | 0,94 | 1,41 | 1,88 | 2,35 | 2,80 | 3,29 | 3,75 | 4,73 | 5,00 | ||||||||
7. | 0,42 | 0,84 | 1,20 | 1,68 | 2,10 | 2,52 | 2,94 | 3,35 | 3,79 | 4,20 | ||||||||
8. | 0,37 | 0,74 | 1,11 | 1,51 | 1,85 | 2,20 | 2,59 | 2,95 | 3,25 | 3,70 | ||||||||
9. | 0,35 | 0,70 | 1,05 | 1,40 | 1,75 | 2,10 | 2,45 | 2,80 | 3,15 | 3,50 | ||||||||
10. | 0,33 | 0,66 | 1,99 | 1,32 | 1,65 | 1,93 | 2,31 | 2,64 | 2,97 | 3,30 | ||||||||
11. | 0,29 | 0,58 | 0,97 | 1,10 | 1,45 | 1,74 | 2,03 | 2,32 | 2,61 | 2,90 | ||||||||
12. | 0,26 | 0,51 | 0,77 | 1,02 | 1,28 | 1,54 | 1,79 | 2,06 | 2,30 | 2,55 | ||||||||
13. | 0,24 | 0,49 | 0,73 | 0,98 | 1,22 | 1,45 | 1,71 | 1,95 | 2,20 | 2,44 | ||||||||
14. | 0,23 | 0,47 | 0,70 | 0,94 | 1,17 | 1,40 | 1,64 | 1,88 | 2,11 | 2,34 | ||||||||
15. | 0,23 | 0,45 | 0,68 | 0,90 | 1,14 | 1,36 | 1,59 | 1,82 | 2,04 | 2,27 | ||||||||
16. | 0,22 | 0,44 | 0,65 | 0,88 | 1,10 | 1,32 | 1,54 | 1,75 | 1,98 | 2,20 | ||||||||
17. | 0,22 | 0,43 | 0,64 | 0,86 | 1,08 | 1,30 | 1,54 | 1,73 | 1,94 | 2,16 | ||||||||
18. | 0,21 | 0,42 | 0,64 | 0,85 | 1,06 | 1,27 | 1,48 | 1,70 | 1,91 | 2,12 | ||||||||
19. | 0,21 | 0,42 | 0,53 | 0,84 | 1,05 | 1,25 | 1,47 | 1,68 | 1,39 | 2,10 | ||||||||
20. | 0,21 | 0,42 | 0,53 | 0,84 | 1,05 | 1,25 | 1,45 | 1,58 | 1,33 | 2,09 | ||||||||
Однорядне заземлення | ||||||||||||||||||
2х5 | 0,27 | 0,54 | 0,81 | 1,08 | 1,35 | 1,62 | 1,89 | 2,16 | 2,43 | 2,70 | ||||||||
2х6 | 0,24 | 0,47 | 0,70 | 0,94 | 1,18 | 1,48 | 1,64 | 1,88 | 2,12 | 2,35 | ||||||||
2х7 | 0,21 | 0,42 | 0,63 | 0,84 | 1,05 | 1,26 | 1,47 | 1,68 | 1,89 | 2,10 | ||||||||
2х8 | 0,19 | 0,37 | 0,56 | 0,74 | 0,92 | 1,11 | 1,30 | 1,48 | 1,65 | 1,85 | ||||||||
2х9 | 0,18 | 0,35 | 0,52 | 0,70 | 0,88 | 1,05 | 1,22 | 1,40 | 1,58 | 1,75 | ||||||||
Продовження табл. 6 | ||||||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||||||||
2х10 | 0,16 | 0,33 | 0,50 | 0,65 | 0,82 | 0,99 | 1,16 | 1,32 | 1,48 | 1,65 | ||||||||
2х11 | 0,14 | 0,29 | 0,44 | 0,58 | 0,72 | 0,87 | 1,02 | 1,16 | 1,30 | 1,45 | ||||||||
2х12 | 0,13 | 0,26 | 0,38 | 0,51 | 0,64 | 0,77 | 0,90 | 1,02 | 1,15 | 1,28 | ||||||||
2х13 | 0,12 | 0,24 | 0,37 | 0,49 | 0,61 | 0,73 | 0,85 | 0,98 | 1,10 | 1,22 | ||||||||
2х14 | 0,12 | 0,23 | 0,36 | 0,47 | 0,58 | 0,70 | 0,82 | 0,95 | 1,05 | 1,17 | ||||||||
2х15 | 0,11 | 0,23 | 0,34 | 0,46 | 0,57 | 0,68 | 0,80 | 0,91 | 1,03 | 1,14 | ||||||||
2х16 | 0,11 | 0,22 | 0,33 | 0,44 | 0,55 | 0,66 | 0,77 | 0,88 | 0,99 | 1,10 | ||||||||
2х17 | 0,11 | 0,22 | 0,32 | 0,43 | 0,54 | 0,65 | 0,76 | 0,86 | 0,97 | 1,08 | ||||||||
2х18 | 0,11 | 0,21 | 0,32 | 0,42 | 0,53 | 0,64 | 0,74 | 0,85 | 0,95 | 1,06 | ||||||||
2х19 | 0,10 | 0,21 | 0,32 | 0,42 | 0,52 | 0,63 | 0,73 | 0,84 | 0,94 | 1,05 | ||||||||
2х20 | 0,10 | 0,31 | 0,42 | 0,52 | 0,62 | 0,73 | 0,83 | 0,93 | 1,04 | |||||||||
Поздовжній опір трубопроводу визначають за формулою:
|
|
= 7,725 • 10-6 Ом/м,
де
= 0,245 (Ом - м) для сталі.
Перехідний опір «труба – земля» визначають за формулою:
Де вибирають з табл. 4 даного розрахунку. Для заданого питомого опору ґрунту = 30 Ом • м:
=2000 Ом • м.
Стала поширення струму вздовж трубопроводу є основним параметром, що характеризує довжину зони захисту.
Вхідний опір трубопроводу в початковий період можна визначити:
Для визначення відстані між трубопроводом і анодним заземленням у користуємось номограмою (рис. 2) і за питомим опором ґрунту знаходимо величину Р. Для даного прикладу Р = 5,8.
Тоді = 171 м
Відстань між катодними установками (плече захисту) можна визначити, попередньо знайшовши на номограмі (рис. 2), величину Q за заданим значенням .
У даному прикладі Q = 0,83.
Тоді
м.
Сила струму в точці дренажу в початковий період роботи УКЗ:
А.
Для визначення напруги на виході катодної станції необхідно спочатку визначити переріз дренажних проводів:
мм2
Опір дренажних проводів:
0,37 Ом.
Загальна кількість електродів:
де
¾ перехідний опір горизонтального електрода, Ом; |
Ом.
¾ загальний перехідний опір електродів, Ом; |
Ом.
Тоді
¾ коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім ; |
Опір розтікання анодного заземлення беремо з табл. 5 і 6:
для =30 Ом • м і n = І5 графітопластових вертикальних електродів, розташованих у один ряд.
= 0.68.
Тоді напруга на виході катодної станції:
Uп=15,3 • (0,034 + 0,37+0,68)== 16,5 В.
Потужність на виході катодної станції в початковий період експлуатації трубопроводу:
=15.3 • 16.5 = 253 Вт.
Відомо, що величина сили струму в точці дренажу в кінцевий період роботи катодного захисту через 10 років може бути визначена:
А
Перехідний опір «труба-земля» для періоду експлуатації трубопроводу через 10 років визначається:
= 156 Ом
Вхідний опір у цьому випадку буде дорівнювати:
Ом.
Напруга на виході катодної станції в кінцевий період експлуатації трубопроводу:
UК = 38,3 (0.0173 + 0,37 + 0,68) -40,8 В.
Потужність на виході катодної станції в кінцевий період експлуатації трубопроводу:
|
|
WK = 38,3. 40,8= 1563 Вт.
До встановлення може бути прийнятим перетворювач автоматичний, сітьовий ПАСК-М-2 з номінальною потужністю на виході 2000 Вт.
У теперішній час основним методом боротьби з корозією є електрохімзахист (ЕХЗ). Статистика експлуатації засобів ЕХЗ показує, що прийнятий на практиці період огляду діючих пристроїв (два раза на місяць) допускає виведення з ладу їх у межах 15-30%; щотижневий огляд дає змогу підвищити надійність до 85—91%, а безперервний дистанційний контроль роботи установок катодного захисту дозволяє звести до мінімуму простої засобів захисту до 1—2%. Для підвищення надійності засобів ЕХЗ виконують заміну морально застарілого устаткування (катодних станцій КС і заземлювачів ЗКА) на сучасніші засоби активного захисту: перетворювачі для катодного захисту ПАСК, ПСК, ТДЕ, графітопластові електроди, глибинні заземлення тощо. Крім необхідного запасу за потужністю, перетворювачі ПАСК, ПСК знижують кількість відмов у роботі СКЗ, а також продовжують у два раза термін служби анодних заземлювачів через збільшення вихідної напруги станції катодного захисту на 100 %. Технічну характеристику СКЗ подано в табл. 7.
Крім указаних у таблиці неавтоматичних станцій КЗ, можуть використовуватись У КЗ автономні з моторгенератором, автоматизовані електростанції з термоелектрогенератором АЕС-ТЕГ. Джерелом живлення для них служить природний газ.
Для підвищення експлуатаційної надійності засобів ЕХЗ було створено систему безперервного дистанційного контролю (телеконтролю) за роботою установок катодного захисту типу ТКЗ-2М, ТКЗ-4, в яких передачу інформації виконують по високонадійному фізичному каналу «труба — земля».
Але ці системи через велику кількість конструктивних недоліків не знайшли широкого застосування і в Україні не застосовують. У теперішній час розробляють нову систему телеконтролю за роботою УКЗ, яка буде складовою частиною системи телеконтролю й телеуправління МГ що розробляють на запорізькому підприємстві «Хартрон» (система «Хортиця») й інститутом НДПІАСУтрансгаз (м. Харків).
|
|