герб

ГОСТы

флаг

РД 153-39.4-039-99 Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок МН

Ми ни стерств о топлива и энергети ки
Россий ской Фед ерации

А К «Т ран сн ефть»

Согласовано:

Г осг орт ехн адзором
России

п и сьмо № 03 -35 /277

от 12 .05.1999 г.

Ут в ержд ен о:

Приказо м Мини стерства
топ лива и энергетики
Россий ской Федераци и

от 12 .08.1999 г. № 274

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Нормы проектирования
электрохимической защиты
магистральных трубопроводов
и площадок
МН

РД 153-39.4-039-99

Москва 1999

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН АО « ВНИИСТ» , ТОО « КоррОлл» и ОАО « Ги прот рубоп ров од»

ВНЕСЕН А К « Тран сн еф ть»

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Мини стерства топлива и энергетики Российской федерации от 12 .08 .1999 г. № 274 .

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Редакционная комиссия: Н.П . Глазов, К.Л . Ш амшет дин ов, Н.Н . Глазов (АО «ВНИИСТ»), О.Н. Насонов (ОАО « Гипрот рубопровод» ), В.Д . Миронов, В.В . Радчен ко (АК «Транснефть»), Ю.А . Додон ов, С.Н . Мокроусов, Н .Е. Пашков, Р.А . Ст ан дри к, А.И. С оварен ко , (Г осг ортехн адзор России), В.К . П олшк ов, Р.Н . Поспелов (Минтопэн ерго Российской Федерации).

Замечания и предложения направлять по адресу: 105187, Москва, Окружной пр., 19 , АО ВНИИСТ, Центр противокоррозионной защиты и диагностики, проф. Глазову Н.П.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Область применения . 2

2 Нормативные ссылки . 2

3 Основные требования к проектированию установок электрохимической защиты .. 2

4 Расчет электрических характеристик защищаемых объектов . 5

5 Расчет параметров установок катодной защиты трубопроводов . 10

6 Расчет параметров анодных заземлений . 16

7 Протекторная защита . 26

8 Расчет параметров дренажной защиты .. 32

9 Расчет и проектирование совместной защиты многониточных трубопроводов . 36

10 Особенности проектирования электрохимической защиты трубопроводов и площадок магистральных нефтепроводов . 38

11 Особенности проектирования электрохимической защиты переходов магистральных нефтепроводов через водные преграды, железные и автомобильные дороги . 40

Приложение А. Термины и понятия, используемые в Нормах . 42

Приложение Б. Обозначения основных величин, используемых при расчете и проектировании электрохимической защиты .. 43

Приложение В. Принятые сокращения терминов . 46

Приложение Г. Перечень типовых проектов по электрохимической защите подземных трубопроводов от коррозии . 46

Приложение Д. Методика расчета коэффициентов экранирования заземлителей . 47

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Нормы проектирования
электрохимической защиты
магистральных трубопроводов и площадок
М Н

Дата в веден ия 1999-10-01

1 Область применения

1.1 Н астоящий руководящи й документ устанавливает требования к проектированию и расчету параметров электрохимической защиты магистральных нефтепроводов, подземных металлических сооружений насосных станций и других сооружений, в ходящих в состав магистраль ного нефтепровода.

2 Нормативные ссылки

2 .1 В настоящих н ормах использованы ссылки на следующи е документы:

ГОСТ 9.602-89. ЕСЗ К С. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.

ГОСТ 25812-83. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

СНиП 11-01-95 . Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений.

СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы.

СНиП III-42-80*. Трубопроводы магистральные. Правила производства и приемки работ.

СП 11-101-95. Порядок разработки, согласования, утверждения и состава обоснований инвестици й строительства предприятий, зданий и сооружений.

ПУЭ- 76 . Правила устройства электроустановок.

При разработке «Норм» были использованы следующие Н ТД:

· Инструкция по проектированию и расчету электрохимическо й защи ты магистральных трубопроводов и промысловых объектов ВСН 2 -106 -78 / Минн ефт егазст рой.

· Рекомендац и и по электрохимической защи те многониточных маги стральных трубопроводов от подземной коррозии. Р 550 -84 . - ВНИИ СТ.

3 Основные требования к проектированию установок электрохимической защиты

3.1 Проекти рование электрохимической защиты (ЭХЗ) от коррозии магистральных т рубопроводов осуществляется в соответствии с требованиями:

· ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

· ГОСТ 9.602. ЕС ЗКС. Сооружения подземные. Общие требова н ия к защите от коррозии.

· Действующих строительных норм и п равил.

· Настоящих Н орм.

3 .2 При разработке и реализации п роекта ЭХЗ необходимо учитывать следующие основные положения:

· Разработка проекта ЭХЗ для вновь строящихся трубопроводов и подземных коммуникаций выполняется од н овременно с проектированием всего объекта. Этапы проектирования определяются СНиП 11-01-95 и СП 11-101-95. Для существую щих трубопроводов допускается выполнени е проектных работ по реконструкции и техническому перевооружению действующей системы ЭХЗ в одну стадию - рабочий проект.

· Проектная организация должна иметь лицензию Госгортех н адзора России на право проектирования магистральных трубопроводных систем.

· Проект н ая организация обязана осуществлять авторский надзор в период ст роительства.

· Защита от коррозии должна быть выполнена комплексно: изоляционными покрытиями и катодной поляризацией независимо от коррозионной агрессивности грунтов.

· При параллельной прокладке действующих и проектируемых трубопро в одов одного назначения или трубопроводов, принадлежащих одному ведомству, а также для коммуникаций площадок применяется, как правило, совместная электрохимическая защита. Совместная ЭХЗ осуществляется также в случ аях, когда имеется вредное влияния катодной поляризации одних сооружений на другие. Схему совместной защи ты выби рает п роектная организация, н а основе технических, электрических и коррозионных характеристик объектов.

· Расчет параметров работы установок ЭХЗ выполняется с учетом прогнозирования их изменений во времени по с методикам, изложен ными в настоящих Нормах. Ра счет параметров ЭХЗ де йствующих труб оп роводов сле дует п роизводить с учетом результатов комплексн ого обследован ия этих трубопроводов.

· При разр а ботке Т ЭО (проект а) электрохимической защиты от коррозии н еобходи мо предусматрива ть резерв (до 10 % ) оборудов ан ия, кабельной продукции и основных матери алов.

· Проектная организация должна выбрать тип, конструкцию и материалы изоляционн ых покрытий, средства ЭХЗ, изолирующ ие соединения, контрольно-измерительные пункты (КИП), шун тирующ ие перемычки и другое п ротив окоррозионн ое оборудовани е с учетом нали чи я на ни х сертификатов качества или технических условий , согласованных с Г осгортехн адзором России.

3 .3 Проектн ая организаци я в соответствии с техническим заданием определяет комплекс изыскательских работ и электрометрических исследований для получения исходных д анных для п роектирования.

3 .4 В состав комплекса изыскательских работ и электрометрически х исследований для вновь строящихся трубопроводов включаются следующи е основные виды работ:

· Выбор мест размещения установок ЭХЗ.

· Инструменталь н ая или визуальная съемка на местности площадок для размещения элементов установок электрохимической защиты (станции катодной и дренажной защи ты, протекторы, анодные заземления, трассы кабельных и воздушных ЛЭП).

· Измерения удельного электрического сопротивления грунтов вдоль трассы трубопровода с шагом 100 м.

· Геофиз и ческие исследования (в том числе, при необходимости, вертикальные электрические зондирования) на площадках размещения анодных заземлений.

· Определение наличия и параметров блуждающих токов в земле по трассе проектируемого трубопровода или на площадке проектируемого объекта.

· Обследо в ани е источника блуждающих токов (замеры потенциалов «рельс-земля», сбор материалов по размещению дроссель -т ран сформат оров , тягов ых подстанций, тяговых н агрузок и т.д.).

· Выбор источников элек т роснабжения установок ЭХЗ и получени е технически х услови й на подключени е к н им.

· Согласо в ан ие конструкции и мест размещения глубинн ых ан одных заземлен ии (территориальными органами Госсан эпиднадзора, Гидрогеологическое управление и др.).

· Согласова н ия со службами эксплуатации железной дороги подключения средств дренажн ой защиты.

· Сбор статистических данных о коррозионных повреждений на сосед ни х стальных п одземных трубопров одах.

3 .5 При разработке проектной документации на рекон струкцию или техническое перевооружение действующих систем ЭХЗ в объем электромет рических исследований, кроме работ, перечисленных в п. 3.4, следует включать следующие работы:

· Измерение параметров работы существующих средств ЭХЗ (станций катодной и дренажной защиты, протекторных установок).

· Измерение разност и потен циалов «сооружен ие - земля» при включен ных и выключенных установках ЭХЗ во всех КИП- ах.

· Определение протяженности защитных зон катодных станций при различных режимах их рабо т ы.

· Определе н ие защи щенн ости трубопровода, включая сплошные измерения по трассе методом выносного электрода.

· Уста н овка опытных средств ЭХЗ.

· Определе н ие возможного вредного влиян ия катодной п оляризации на смежн ые сооружения.

· Поиск дефектов в изоляционном покрытии.

· Оценка качества изоляц и онного покрытия на различных участках трубопровода и разработка рекомен даций по его ремонт у.

3 .6 На предпроектны х стадиях (Декларация о н амерениях, Обоснования инвестиций) должны быть решены следующие задачи:

· Выбор конструкции и материалов изоляцион н ого покрытия трубопровода.

· Выбор типа и определение количества средств ЭХЗ.

· Рекомендация наиболее рационального варианта системы ЭХЗ в целом, включая отдельные элементы (анодные заземл и тели, контрольно-измерительные пункты, блоки совместной защиты и др.).

· Определение источника элек т роснабжен ия средств ЭХЗ.

3 .7 В состав Т ЭО (проект) должна быть включен а следующая документация:

· Сокращен н ый план трассы проекти руемого трубопровода или план проектируемых подземных коммун икаций с размещением уст ройств ЭХЗ и источн иков блуждающи х токов.

· При н ципи альные установочные схемы устройств, прин ятых для электрохимической защиты от коррозии.

· Пояснительная записка и ведомость п отре бн ости в оборудов ании и ма тери ал ах (Выбор системы ЭХЗ и ее комплектация должны проводиться на основе расчетов с оптимизацией затрат).

3 .8 Рабочая документация должна содержать:

· Сокраще нн ый план трассы проектируемого трубопровода с нанесенными линейными сооружен иями (трубопров одами, кабелями, линиями электроперед ачи и др.), с проектируемыми и существующими устройствами ЭХЗ.

· Планы размещения проектируемых устройств ЭХЗ с при в язкой мест расположения УК З, УДЗ, протекторов, анодных заземлений, соединительных дренажных линий и линий электроснабжен ия.

· Пункты подключе н ия кабеля к подземным трубопроводам и источникам блуждающ их токов должны быть привязаны к постоянным ориенти рам и к пикетам.

· План инженерных сетей подземных коммуникаций с размещением проектируемых устройств ЭХЗ.

· Ведомость размещения контрольно-измерительных пунктов.

· Принципиальные монтажные схемы средств ЭХЗ.

· Установочные чертежи.

· Спецификацию оборудования и ведомость материалов.

При разработке рабочей документац и и рекомендуется использовать типовые проекты, перечень которых приведен в приложении Г.

4 Расчет электрических характеристик защищаемых объектов

4.1 Электрические характеристики защищаемых объектов яв ляются основн ыми парамет рами, определяющими величину и распределение защитного тока. К ним относятся следующие первичные электрические параметры:

· переходное сопротивление, R п , Ом ·м2 и

· продольное сопротивление, R т , О м/м.

4 .2 Исходн ые данн ые длят определения электрических характеристик защищаемых объектов:

· диаметр трубопровода, D т , м;

· толщина стенки трубы, δ т , мм;

· марка стали т рубы;

· сопротивление изоляции, R из , Ом ·м2;

· удельное электрическое сопротивление грунта, ρ г , Ом ·м ;

· глубина укладки трубопровода, H т , м.

4 .2 .1 Диаметр трубопровода, толщину стенки трубы, марку стали трубы и глубин у ее укладки определяют по проектной документации.

4 .2 .2 Сопротивление изоляции для вновь строящихся и реконструируемых т рубопроводов определяют в зависимости от типа изоляции по таблице 4.1.

Указанные в данной таблице значения сопротивления изоляции могут прин и маться в расчет электрических параметров защищаемых объектов только при условии введения в проект процедуры контроля состояния изоляции законченных строит ельством участков трубопроводов катодной поляризацией с соответствии с методикой ГОСТ Р 51164.

4 .2 .3 Сопротивлени е изоляции эксплуатируемых трубопроводов определяют по параметрам электрохимической защиты.

4 .2 .4 Удельное электрическое сопротивление грун та на глуби не укладки трубоп ровода определяется по данным изысканий. Измерения проводят через каждые 100 м и дополнительно во всех местах пон ижения рельефа (овраги, реки, ручьи, заболоченн ые участки и тому подобное).

4 .3 Основными вторичн ыми электрическими параметрами трубопровода являются постоян ная распространения тока и входное или характеристическое сопроти вление, которые вычисляют через переходн ое и продольное сопротивления.

Таблица 4.1

Сопротивление изоляции на законченных строительством участках трубопровода при температуре выше 273 К (0 °С )

Тип покрытия

Сопротивление изоляции, Ом·м2, не менее

Покрытия усиленного типа

Трех-, двухслой ное полимерное покрытие на основе термореактивных смол и поли олефи на; покрытие на основе термоусаж ивающ ихся материалов

3·105

В се остальные покрытия усиленного типа кроме мастичных и полимерно-битумных

1·105

Мастичн ые и полимерно-битумные покрытия

5·104

Все покрытия нормального типа

5·104

4 .3 .1 Продольное сопротивление

4 .3 .1 .1 Продольное сопротивление трубопровода рассчитывают по формуле:

 [Ом/м],                                            (4.1)

где ρ т   - удельное сопротивление материала трубы, Ом · мм2 /м (определяется в зависимости от марки стали по таблице 4.4);

D т - диаметр трубопровода, м;

δ т   - толщина стенки трубопровода, мм.

4 .3 .1 .2 Продольное сопротивление стальных трубопроводов ( R т ), имеющих стандартные размеры в практике строительства магистральных трубопроводов и удельное электрическое соп ротив ление трубной стали, равное 0 ,245 Ом·мм2 /м , определяют по таблицам 4.2 и 4.3.

4 .3 .1 .3 При изменении толщин ы стенки трубы в зон е действия установки э лектрохимической защиты расчет продольного сопротивлен ия производят по средн ей ее величин е, определяемой по формуле:

 [мм],                                            ( 4 .2 )

где l 1 - длин а участка трубопровода с толщиной стен ки δ т 1 , м;

l 2 - то же с толщиной стенк и δ т 2 , м.

Таблица 4 .2

Продольное сопротивление трубопровода

Диаметр трубы

Продольное сопротивление трубопровода ( Rт·10-6, Ом/м) при различной толщине стенки трубы (δт, мм))

( Dт), м

4

5

5 ,5

6

6 ,5

7

7 ,5

8

8 ,5

9

9 ,5

0 ,146

137

111

101

92 ,6

86 ,1

82 ,0

75 ,1

70 ,7

0,152

132

106

98 ,8

89 ,1

82 ,5

76 ,9

72 ,0

67 ,7

0 ,159

126

101

92 ,4

85 ,0

78 ,7

73 ,3

68,7

64 ,6

0,168

119

95 ,7

87 ,3

80 ,3

74 ,3

69 ,2

64 ,8

61 ,0

0 ,180

111

89 ,2

81 ,3

74 ,7

69,2

64 ,4

60,3

56 ,7

0 ,194

103

82 ,6

75 ,3

69 ,2

64 ,0

59 ,6

55 ,8

52 ,4

0 ,219

90 ,7

73 ,2

66 ,5

61 ,1

56 ,5

52 ,6

49 ,2

46 ,2

0 ,245

80 ,9

65 ,0

59 ,2

54 ,4

50 ,3

46 ,8

43 ,8

41 ,1

0 ,273

72 ,5

58 ,2

53 ,0

48 ,7

45 ,0

41 ,9

39 ,2

36 ,8

0 ,299

66 ,1

53 ,1

48 ,3

44 ,4

41 ,0

38 ,2

35,7

35 ,5

0 ,325

60 ,8

48 ,8

44 ,4

40 ,8

37 ,7

35 ,1

32 ,8

30 ,8

0 ,377

52 ,3

41 ,9

38 ,2

35 ,1

32 ,4

30 ,1

28 ,2

26 ,4

24 ,9

0 ,426

46,2

37 ,1

33 ,7

31,0

28 ,6

26 ,6

24 ,9

23 ,3

22 ,0

20 ,8

0 ,530

29 ,7

27 ,1

24 ,8

22 ,9

21 ,3

19 ,9

18 ,7

17 ,6

16 ,6

0 ,720

16 ,8

15 ,6

14 ,6

13 ,7

12 ,9

12,2

11 ,6

0 ,820

12 ,8

12 ,0

11 ,3

10 ,7

10 ,1

1 ,020

8 ,58

8 ,13

В ра счет принимается величина, указанная в таблице и умноженная на 10 . Напри мер, для труб диаметром 0 ,82 м и толщиной стенки 8 мм продольн ое соп роти влени е равн о: Rт = 12 ,0 × 10-6 = 12·10-6 Ом/м .

4 .3 .1 .4 Если темпе ратура дан ного участка трубопровода отличается от 20 °С , то ран ее вычисленн ое зн ачение продольн ого сопротивления корректируют на максимальную эксплуатационную температуру стен ки трубы по формуле:

R т = R т . 20° [1 + βc .20° ( t ° - 20)] [Ом/м],                                     (4 .3 )

где R т . 20°   - продольное сопротивление трубопровода при 20 °С , Ом/м;

βc .20°   - температурный коэффициент электрического сопротивления стали при 20 °С ( βc .20° = 0 ,0093 1 /°С);

t °   - максимальная эксплуатационная температура стенки трубы, ° С.

4 .3 .2 Переходное сопротивление.

4 .3 .2 .1 Переходное сопротивление R п представляет собой сумму сопротивле н ия изоляции R из , сопротивления окружающего трубу грунта Rp :

R п = R из + Rp [Ом · м2].                                               (4 .4 )

Таблица 4 .3

Продольное сопротивление трубопровода

Диаметр трубы

Продольное сопротивление трубопровода ( Rт ·106, Ом/м) при различной толщине стенки -трубы ( δт , мм)

Dт, м

10

10,5

11

11,5

12

12,5

14

15

16

17

20

0,72

11 ,0

10 ,5

10 ,0

0 ,82

9 ,63

9 ,18

8 ,77

8 ,39

1 ,02

7 ,72

7 ,36

7 ,03

6 ,73

6,45

6 ,20

5 ,54

5 ,18

4 ,86

1 ,22

5 ,87

5 ,61

5 ,38

5 ,17

4 ,62

4 ,32

4 ,05

3 ,82

3 ,25

1 ,42

3 ,96

3,70

3 ,47

3 ,27

2 ,79

1,62

3 ,47

3 ,24

3 ,00

2 ,86

2 ,44

В расчет принимается величина, указанная в табли це и умноженная на 10-6. Например, для труб диаметром 1 ,02 м и толщиной стенки 12 мм продольное сопротивление равно: Rт = 6 ,45 × 10-6 = 6,45·10-6 Ом/м.

4 .3 .2 .2 Сопротивление окружающего трубу грунта (сопротивление растеканию трубопровода) определяют по следующему приближенному выражению:

 [ Ом·м2] ,                                  (4 .5)

где D т - диаметр трубопровода, м ;

H т - глуби н а залеган ия трубопровода, м;

R т - продольное сопротивление трубопровода, Ом/м;

ρ г    - среднее удельное электрическое сопротивление грунта [Ом · м], вычисляемое по формуле:

 [Ом·м],                                          ( 4 .6 )

где Li      - длина i - го участка с удельн ым электрическим сопротив лен ием ( ρ г i , ( Ом·м), м;

n - количество участков с удельным элек т рическим сопротивлением ρ г i .

4 .3 .2 .3 Выражение ( 4.5) является трансцендентным. Решение задачи определения сопротивления растеканию трубопровода производится с помощью персонального компьютера.

Таблица 4 .4

Удельное электрическое сопротивление различных марок трубной стали

Марка трубной стали

Удельное электрическое сопротивление трубной стали при температуре 20 °С, Ом·мм2

17 ГС, 17 Г2 СФ, 08 Г2 СФ

0 ,245 ± 0 ,002

18Г2 , СТ3

0 ,218

18Г2 САФ , 18 ХГ2 САФ

0 ,263 ± 0 ,003

15Г СТЮ

0 ,281

4 .3 .2 .4 Для вновь строящихся и реконструируемых трубопроводов, сопротивление изоляц ии которых соответствует значениям таблицы 4.1, при удельном электрическом сопротивлении грунта менее 50 Ом·м, сопротивление растеканию трубопровода может быть принято равным нулю.

4 .3 .2 .5 Прогнозирование изменения переходного сопротивления трубопровода на срок до 20 лет осуществляют по формуле:

R 'п ( t ) = R р + R из 0 · е· t [Ом · м2],                                     (4 .7 )

где R 'п ( t )   - значение переходного сопротивления в момент времени эксплуатации t , Ом · м2;

R из 0   - началь н ое значение сопротивлен ия изоляции трубопров ода, Ом· м2 ;

γ   - коэффицие н т, характеризующий скорость изменения сопротивления изоляции во времени, 1 /год.

4 .3 .2 .6 Для определения переходного сопротивления на единицу длины сооруж ен ия следует пользоваться формулой

R п ( t ) = R 'п ( t )/(π D т ) [Ом · м].                                           (4 .8 )

4 .3 .3 Постоянную распространения тока вдоль трубопровода определяют по формуле:

 [1/м].                                                   ( 4 .9 )

Постоянная распростра н ения тока вдоль трубопровода является основным параметром, характеризующим длину защитной зоны. С уменьшением величины α длина защитной зоны увеличивается.

4 .3 .3 .1 Постоянн ую распространения тока вдоль трубопровода как функцию времени α ( t ) следует определять из выражения:

 [1/м]                                               ( 4 .10 )

или приближенно по формуле:

α ( t ) = αн· e γ· t / 2 [1/м] ,                                             (4.11)

где αн   - значение постоянной распространен и я в начальный период эксплуатации трубопровода, 1 /м:

 [1/м].                                                  ( 4 .12 )

4 .3 .4 Характеристическое сопротивление трубопровода определяют по формуле:

· для трубопровода, длина которого превышает длину защитной зоны ед ини чной установки электрохимической защиты:

  [Ом];                                            ( 4.13 )

· для трубопровода, длина которого ме н ьше длины защитной зоны единичной установки электрохимической защиты:

  [Ом],                                ( 4 .14 )

где L - дл и на трубопровода, м .

При определении характеристического сопротивления трубопровода конечной длины ( 4 .14 ) следует руководствоваться следующим правилом: за длину трубопровода необходимо принимать расстояние между предполагаемой точкой дренажа и концом трубопровода.

4 .3 .4 .1 Если точка дренажа разделяет трубопровод на плечи с различными элект рическими параметрами, то характеристическое сопротивлен ие правого ( Z п ) и левого ( Z л ) плеча трубопровода будут соответственно равны:

  [Ом];                                           (4.15)

  [Ом],                                           ( 4 .16 )

где R тп и R тл   - продольное сопротивление, соответственно, правого и левого плеч трубопровода, Ом·м;

R пп и R пл - переходное с о противление, соответственно, правого и левого плеч трубопровода, Ом· м.

4 .3 .4 .2 Входное сопротивление трубопровода Z вт в случае по п. 4.3.4.1 определяют выражением:

 [Ом].                                          ( 4 .17 )

4 .3 .4 .3 Если характеристическое сопротивление правого и левого плеч трубопровода одинаково, то входное сопротивление будет равн о:

  [Ом].                                         ( 4 .18 )

4 .3 .4 .4 Величина входного сопротивления в значительной степени определяет силу тока катодной установки. С увеличением величины этих сопротивлений сила тока катодной установки уменьшается.

4 .3 .4 .5 Входное сопротивление трубопровода как функцию времени эксплуатации Z вт ( t ) следует определять из выражения:

  [Ом]                                     (4.19)

или приближенно по формуле:

Z вт ( t ) = Z втн · е· t / 2 [ Ом ],                                          (4 .20)

г де Z втн   - в ход ное сопротив лен ие трубопровода в начальный период эксплуатации, Ом;

  [Ом].                                        (4.21)

4 .3 .5 Коэффициент, характеризующий скорость измене ния сопрот ивлен ия изоляции во времени, для реконструируемых и вновь строящихся трубопроводов определяют и з таблицы 4.5.

Таблица 4 .5

Коэффициент, характеризующий скорость изменения сопротивления изоляции во времени

Тип изоляционного покрытия

Коэффициент, γ, 1/год

Трех-, двухслойное полимерное покрытие на основе термореактивных смол и поли олефин а; покрытие на основе термоусажи вающи хся материалов

0,05 - 0 ,06

Все остальные покрытия кроме мастичны х и полимерно-битумных

0 ,07 - 0 ,09

Мастичные и полимерно-битумные покрытия

0 ,1 - 0 ,125

4 .3 .6 Коэффициент, характеризующий скорость изменения сопротивления изоляции во времени, для действующих трубопроводов определяют по параметрам катодн ой защиты. При этом строят график ln I ( t ) = f ( t ) в полулогарифмиче с ком масштабе (рисунок 4.1).

После нанесения да н ных измерений силы тока установки катодной защиты за весь период эксплуатации ЭХЗ на график проводится усредняющая эти данны е прямая линия. Расчет коэффициента γ проводится по формуле:

.                                                       ( 4 .22 )

Если график ln i ( t ) = f ( t ) строится для суммарного з н ачения силы тока нескольких устан ов ок катодной защиты, то получ ен ный коэффициент γ распространяется на весь участок , защищаемый этими катодными установками.

Рисунок 4.1

График зависимости защитной силы тока от време н и (к определению коэффициента старения изоляции трубопроводов)

5 Расчет параметров установок катодной защиты трубопроводов

5 .1 Исходн ыми д анн ыми для расчета и проект ировани я установок катодной защиты, кроме данных, указан ных в разделе 4, являются:

· удельное электрическое сопротивле н ие грунта в поле токов катодной защиты;

· у д ельное электрическое сопротивление грунта в месте установки анодного заземлени я;

· наличие и место расположения относительно трассы источников энергоснабжения с целью выбора месторасположения установок катодной защ и ты.

5 .2 Основными параметрами катодной защиты являются сила тока установки катодной защиты (УК З) и длина защитн ой зоны, создаваемая этой установкой .

5 .3 На основан ии рассчитанных элект рических п арамет ров трубопров ода определяют ти п и мощность катодных преобразователей, тип и количество анодн ых заземлений, их удаление от защищаемых объектов, а также выбирают месторасположение УКЗ.

5 .4 При расчете параметров УКЗ необходимо учитывать изменение переходного сопротивления труба-земля во времени. При этом расчет выполняют на начальный и конечный (10 или 15 лет) срок службы УКЗ.

5 .5 Расчет параметров УКЗ сводится к определению количества и мощн ости катодных станций на трубопроводе.

Мощность катод н ых станций зависит, в основном, от величины силы защитного тока и сопротивления анодного заземления, количество определяется дли ной защитной зоны этих станций.

5 .6 Длину защитной зоны катодной установки на конечный период эксплуатации находят по формуле:

 [ м ],                         (5 .1 )

где U тзм    - минимальное смещение (по абсолютной величине) разности потенциалов труба-земля, В;

U тзо    - смещение разности потенциалов в точке дренажа, В;

k в   - коэфф и ци ент, учитывающий взаимовлияние соседних катодных установок (для одиночной УКЗ k в = 1 ; для УКЗ, работающей рядом с соседними k в = 0,5 );

y    - расстояние между трубопроводом и анодным заземл ением, м ;

ρ з   - удельное электрическое сопротивление земли в поле токов катодной защиты, Ом · м.

Уравнение ( 5.1) решают методом последовательного приближения. Нача л ьное значение определяют без учета член а .

Длина защитной зоны (с точность ю до третьей значащей цифры) может быт ь рассчитана с помощью двух итераций.

5 .7 Для определения величины y целесообразно пользоваться кривой, приведенной на рисунке 5.1 . По оси абсцисс отложено произведение входного сопротивления трубопровода Z в на расст о ян ие между трубопроводом и анодным заземлением ( y ), условно обозначенное через P ( P = Z в · y ) .

Зная ρ з , находят по номограмме величину P . Затем расстояние между трубопроводом и анодным заземлением определяют по формуле:

y = P /Z в , м .                                                          ( 5 .2 )

При этом расстояние между трубопроводом и анод н ым заземлением определяют на конечный период работы данной катодной установки, то есть на 10 год ее эксплуатации. Поэтому в формулу ( 5.2) подставляют значение Z в , определенное на 10 год (и ли больший по требованию заказчика) эксплуатации.

5 .8 Силу тока катодной установки определяют на начальный и конечный пери од эксплуатации из выражения:

, А .                                                (5.3)

5 .8 Значения минимального и максимального потенциала выбирают по таблицам 5.1 и 5.2.

5 .8 .1 Для кожухов на переходах в грунтах средней и низкой коррозионной агрессивности ( ГОСТ 9.602) допускается минимальный поляризационный защитный потен циал более положительный, чем минус 0 ,85 В (с омической составляющ ей - минус 0 ,90 В) при условии обеспечения нормативного срока их службы, что должно быть подтверждено технико-экономическим обоснованием.

Рисунок 5

Номограмма для определения параметра Р

5 .8 .2 Для трубопроводов, имеющи х сопротивлени е изоляции менее 200 Ом· м2 и находящихся в грунтах средней и низкой коррозионной агрессивности допускается примен ять в качестве критериев защиты катодное смещение поляризационного потенциала (поляризацию) на 100 мВ или смещение разности потенциалов труба-земля (потенциала с омической составляющей) на 300 мВ при техн ико-экономическом обосновании и положительном заключении экспертизы Го сгортехнадзора России.

5 .8 .3 При осуществлении электрохимической защиты участка трубопровода, поврежденного коррозией (более 10 % толщины стенки), ми нимальные защитные потенциалы должны быть на 50 мВ отрицательнее величин, указанных в таблице 5.1.

5 .9 Напряжение на выходе катодной станции ( V , В) вычисляют по формуле:

V = [ Z в + R пр + R з ] ,                                                  (5 .4 )

где R пр - сопротивлен и е дренажных проводов, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением, Ом;

r з    - переходное сопротивлен и е анодн ого заземления, Ом.

Величина силы тока ( i ) в данной формуле должна быть вычислена н а конечный период эксплуатации катодной установки.

Табл и ца 5.1

Минима л ьные защитные потенциалы

Условия прокладки и эксплуатации трубопровода

Минимальный защитный потенциал (В) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения

Поляризационный

С омической составляющей

Грунты с удельным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом·м или содержанием водо- раств ори мы х солей не более 1 г на 1 кг грунта или при температуре транспортируемого продукта не более 293 К (20 °С)

Минус 0 ,85

Минус 0 ,90

Грунты с удельным электрическим сопротивлени ем менее 10 Ом·м, или содержанием водорастворимых солей более 1 г на 1 кг грунта, или опасном влиянии блуждающих токов промышленной частоты (50 Гц) и постоянных токов, или при возможной микробиологической коррозии, или при температуре транспортируемого продукта более 293 К (20 °С )

Минус 0 ,95

Минус 1 ,05

Примечания

1 Для трубопроводов с температурой тран спортируемого продукта н е более 278 К (5 °С ) мин имальн ый поляризационный заня тный потенц иал равен ми нус 0 ,80 В относительно насыщенн ого м едн о -су льф атн ого электрода сравнения.

2 Минимальный защитный потенц иал с омической составляющей при темпе ратуре транспортируемого продукта от 323 К (50 °С ) до 343 К (70 °С ) - минус 1,10 В; от 343 К (70 °С ) до 373 К (100 °С ) - мин ус 1,15 В.

Табл и ца 5 .2

Максимальные защитные потенциалы

Условия прокладки и эксплуатации трубопровода

Максимальный защитный потенциал (В) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения

Поляризационный

С омической составляющей

При прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 К (60 °С) в грунтах с удельным электрическом сопротивлением менее 10 Ом·м или при подв одной прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 К (60 °С)

Минус 1,10

Минус 1 ,50

При других условиях прокладки трубопроводов:

- с битумной изоляцией

Минус 1 ,15

Минус 2 ,50

- с полимерной и золяцией

Минус 1 ,15

Минус 3 ,50

Примечания :

1 Для трубопр ов одов из упрочнен ных стале й с предело м прочн ости 0 ,6 МПа (6 кгс/см2 ) и боле е не допускаются поляризационные потен циалы более отрицательн ые чем мин ус 1 ,10 В.

2 В грун тах с высоким удельным электрическим сопротивлением (более 100 Ом· м ) допускаются более отриц ательные потеть/ алы с омическ ой составляющ ей , устан овленные экспериментально или расчетным путем в соответствии с Н Д .

5 .10 Сопротив ление проводов находят из выражения:

, Ом,                                              (5.5)

где y c - длина спусков провода с опор к катодной станции, анодному заземлению и трубопроводу, м ;

S   - сечение провода дренажной линии, мм 2 ;

ρ м   - удельное электрическое сопротивление провода, Ом· мм2 /м .

5 .11 Величина R з зависит от ко н струкц ии заземлен ия, числа электродов в нем, удельного сопротивления грунта и других факторов. Расчет R з выполняют по методикам, приведенным в разделе 6 настоящих Норм.

5 .12 Мощность на выходе катодной стан ции определяют по формуле:

W = i ·V = i2· [ Z в + R пр + R з ] , В т .                                      ( 5 .6 )

5 .13 . В ыбор средств катодной защиты производи тся в соответстви и с результатами расчета силы тока, напряжения на выходе и мощн ости. При этом рекомендуется увеличить си лу тока на 30 % при прокладке трубопровода в грунтах в ысокой коррозионной агрессивности и на 50 % п ри н еобходимости резервирования катодных установок.

В соответствии с рассчитанными силой тока, напряжением и мощностью выбирают т и п катодной станции.

5.14 . Особенности расчета параметров установок катодной защиты при контроле поляризационного потенциала.

5.14.1. Длина защитной зоны катодной установки, работающей рядом с соседними, определяют из выражения:

,                                     (5.7)

где αп      - коэффициент распространения тока вдоль трубопровода, равный

;                                                         (5.8)

R о    - омическое сопротивление дефекта в изоляции, Ом · м2 ;

R по   - поляризационное сопротивление дефекта в изоляции, Ом · м2;

U о    - максимальный поляризационный потенциал в точке дренажа, В;

U м    - минимальный поляризационный п отенциал, В;

U , k 1 , k 2     - коэффициенты, равные

;                                                     ( 5.9 )

,                                                       ( 5.10 )

                                                     (5.11)

гд е j д - предельная плотн ость тока по кислороду, А/ м2 ;

а   - коэффициент нели н ейн ости катодной поляризации, м2 /А.

5.14 .2 . Сила тока катодной устан овки опре деля ют из в ыражения:

,                                                ( 5 .12 )

где Z п   - характеристическое сопротивление трубопровода , Ом, определяемое по формуле:

.                                                 (5.13)

5 .14 .3 . Для определения поляризационных характеристик на трассе трубопровода выполняют измерения разности потенциалов вспомогательный электрод-земля, поляризационного потенциала и силы поляризующего вспомогательный электрод тока.

Необходимое оборудование для измерений:

· мультиме т р типа 43313 .1 или другой прибор с аналогичными характеристиками;

· электрод сравнения с датчиком потенциала типа ЭНЕС;

· источник постоянного тока - аккумулятор ( 12 - 24 В , 40 - 50 А·ч );

· миллиамперметр с пределами измерения 0 ,1 - 10 мА ;

· време нн ое анодное заземление (винтовые заземлители или заземлители другого типа);

· регулируемый резистор.

Электр и ческая схема измерений приведен а на рисунке 5.2.

Анодное заземление располагается на удалении 10 - 15 м от погруженного в г рунт элект рода сравнения с датчиком потенциала.

Измерения проводятся на трех режимах установившегося потенциала: 0 ,85 - 0,9 В, 0 ,95 - 1 ,0 В и 1 ,05 - 1,1 В по медн о-сульфатн ом у электроду сравнения.

Рисунок 5 .2

Электрическая схема измерений поляризационных характеристик:

1 - м ультим ет р типа 43313 .1 ; 2 - регулируемый резистор; 3 - миллиамперметр; 4 - источн ик постоянного тока; 5 - электрод сравнения; 6 - датчик потенци ала; 7 - временное анодное заземление

Точки для измерений выбирают в характерных для данного участка трубопровода грунтах. Количество точек - не менее 5 на одну катодную установку.

Для определения поляризационных характеристик необходимо по данным измерений вычислить следующие величины:

поляризационное сопротивление для каждого измерения:

,                                                             (5.14)

где U п i - поляризац и онный потенциал i -того измерения, В;

ji   - плотность тока поляризации вспомогательного электрода (датчика потенциала) при i - том измерении, А/ м2 .

Плотность тока поляризации вспомогательного электрода (датчика потенциала) вычисляют по формуле:

,                                                               (5 .15 )

где I вэ i - с и ла тока поляризац ии вспомогательн ого э лектрода (датчи ка потен циала) при i - т ом и змерении , А;

S вэ - площад ь пов ерхн ости датчика потенциала, м2 .

Обработку измерений произ в одят по формулам:

Коэффиц и ент нелинейн ости катод ной поляризации:

.                                                 ( 5 .16 )

Поляризационное сопротивление:

.                                                      ( 5 .17 )

По получен н ым значениям a и R по вычисляют среднее арифметическое с исключением минимального и максимального значений.

Предельная плотность тока по кислороду принимается равной плотности тока при достижении минимального защитного потенциала.

6 Расчет параметров анодных заземлений

6 .1 Анодное заземление я вляется одним из основных узлов установки катодной защиты, от надежной работы которого во многом зависит эффективность электрохи мической защиты в целом.

6 .2 Основными требованиями к анодному заземлени ю являются:

· Срок службы анодного заземле н ия должен быть н е мен ее 10 лет, а для северных условий - не менее 15 лет. Срок службы по требовани ю заказчика может быть увели чен на 50 %.

· Сопротивление анодного заземления должно о б еспечивать протекан ие необходимого защитного тока в течение всего планируемого срока службы заземления.

· А нодное заземление должно удовлетворять требованиями ПУЭ в части техники безопасности (напряжение прикосновения и шаговое напряжение).

6.3 По конструктивному исполнению и глубине заложения анодные заземления можно разделить на следующие группы:

п одпочвенное заземление, устанавливаемое в грунтах с глубиной погружения до 10 м и ниже поверхности земли с горизонтальным, вертикальным и комбинированным расположением электродов;

гл у бинное заземление, устанавл и ваемое в специально пробуренные скважины, например, свайные анодные заземления и используемые в качестве анодного заземления обсадные колонны скважин, глубинные заземления с выходом рабочей части на поверхность земли, а также свайные с выходом торца на поверхность (допускается использовать в качестве глубин ных анодных заземлений ликвидированные скважины при согласовании с СЭС и Гидрогеологическим управлением);

протяженное заземле н ие, прокладываемое, как пра в ило, вдоль защищаемог о сооружен ия (допускается использовать в качестве протяженн ых горизонтальных анодных заземлений выв еденны е из эксплуатации подземные стальные сооружения).

6 .4 Выбор анодного заземления осуществляется на основе расчета, исходя из капитальных затрат на сооружение заземления и эксплуатационных расходов, с учетом следующих основных факторов:

· силы защитного тока;

· параметров грунта в месте размещения заземления (удельное сопротивление грунта, влажнос т ь, глубина промерзания);

· схемы расположения защищаемых объектов и других подземных металлическ и х сооружений вблизи размещения анодного заземления.

При выборе типа анодного заземления необходимо учитывать возможность подъезда к площадке размещения анодного заземления для измерений и ремонта, при этом не рекомендуется размещение анодного заземления и прокладка анодной линии электропередачи на землях сельскохозяйственных угодий.

6 .5 Материал электрода для анодного заземления выбирается с учетом условий , приведенных в табли це 6.1.

6 .6 Потери массы электрода при расчете ан одного заземлени я можно принимать по усре дн енным значениям (для условий, приведенных в таблице 6.2).

Таблица 6.1

Рекомендации по выбору анод н ых материалов

Анодный материал

Удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м

Конструкция анодного заземления

Высококремнистый чугун

Менее 20

Подпочвенное

Графит, графитизированны е и г рафито содерж ащи е материалы

15 - 40

Глубинное со сроком службы не более 10 лет

В ысококремнистый чугун в коксовой засыпке

15 - 40

Глубинное, подпочвенное

Графит, графит изированные и графи тосодержащи е материалы в коксовой засыпке

10 - 60

Все типы

Сталь ии зкоуглеродистая

Более 60

Свайное, подпочвенн ое

Сталь низкоуглеродистая в коксовой засыпке

Более 40

Подпочвенное

6 .7 Рекомендуемое расстояние между электродами равно тройной длине электрода.

6 .8 Переходное сопротивление одного заземлителя R з 1 (Ом) зависит от конструкции заземлен и я, удельного электрического сопротивления грунта и геометрических параметров электродов. Приближенно значение переходного сопротивления одного электрода-заземлителя можно считать равной величине его сопротивления растеканию.

Таблица 6 .2

Параметры анодных зазе м лителей

Название, тип

Анодный материал

Габаритные размеры, м

Масса, кг

Скорость растворения, кг/А·год

Максимальная плотность тока, А/м2

Длина, м

Диаметр, мм

АК423 М

Высококремнистый чугун

0 ,8

Æ 110

50

0 ,20 - 0,25

30

« Мен делеевец- S»

Высококремнистый чугун

1 ,2

Æ 50

18

0 ,20 - 0 ,25

35

« Мен делеевец 1М»

Высококремнистый чугун

1 ,5

Æ 70

40

0 ,2 - 0,3

30

«М ен делеевец ММ»

Высококремнистый

чугун

1 ,5

Æ 50

25

0 ,2 - 0,3

30

АЗМ-3 (А ЗМ-3Л)

Высококремнистый чугун

1 ,5

Æ 50

33

0 ,2

30

ЭГТ

Графитоп ласт

1,00

Æ 114

7 ,46

0 ,2 - 0 ,6

0,45 - 1 ,5 (в зависимости от грунтовых условий)

ЭГТ

Графи топласт

1 ,45

Æ 114

10 ,82

0 ,2 - 0 ,6

ЭГТ

Графитопла ст

2,00

Æ 114

14 ,92

0 ,2 - 0 ,6

ЭГТ

Г рафитоп ласт

2 ,50

Æ 114

18 ,65

0 ,2 - 0 ,6

ЭГТ

Графитоп ласт

2 ,90

Æ 114

21 ,63

0,2 - 0 ,6

ЭР-1 «штыревые»

Графи т

1 ,67

Æ 47

5 ,0

0,5

0 ,2 (0 ,5 ) А/ м* **)

ЭР-2 «протяжен ные»

Графит

* )

Æ 22

Æ 32

Æ 36

0 ,45

0 ,85

0 ,90

0 ,5

0 ,02 (0 ,1 ) А/ м

0 ,05 (0 ,25 )* ** )

ЭР- 5 «протяженные»

Графит

** )

Æ 47

4,5

0 ,5

0 ,3 (0 ,5 ) А/ м* **)

Заземления из ко н струкционной стали

Сталь низкоуглеродистая

Размеры выбираются проектной организацией

9,8

Не ограничивается

*) - 50 (в бухте), для ЭР-2 1200 (на барабане); для ЭР-2 .1 и ЭР-2 .1 /2 600 .

**) - 25 - 200 (на барабане), 25 (в бухте).

*** ) - в скобках указана анодная плотность тока при коксовой засыпке.

Для протяженных заземлений необходимо учитывать продольное сопротивление.

6 .9 При расчете выходного напряжения катодной станции (преобразователя) необходимо учитывать отличие электродного потенциала заземли теля от естественного потенциала трубопро вода.

Если выходное напряжение катодной станции менее 10 В, то его необходимо изменить на величин у разности электродного потенциала анодного материала заземления и естественного потенциала трубопровода (с учетом знака этой разности).

При отсутствии в технической документации на анодный заземл и тель данных об электродном потенциале анодного материала рекомендуется использовать значения, приведенные в таблице 6.3.

Таблица 6 .3

Электродные потенциалы анодных материалов

Материал анода

Электродный потенциал по медно-сульфатному электроду сравнения, В

Сталь низкоуглеродистая

Минус 0,55

Графит, граф и топ ласт

Плюс 0 ,30

Высококремнистый чугун

Минус 0 ,50

Естественный потенциала трубопровода определяется по данным изыска н ий или принимается равным минус 0 ,55 В по МСЭ.

Подпочвенные анодные заземления

6 .10 Сопротивление растеканию одного заземли теля рассчитывается по следующим формулам в зависимости от положения заземлителя и наличия среды с низким удельным электрическим сопротивлением вокруг электрода:

для вертикального расположения электрода заземлителя ( R р 1 ):

 [Ом],                           ( 6 .1 )

где ρ г   - удельное электрическое сопротивление грунта, Ом · м;

l э    - длина электрода заземлителя, м;

d э   - диаметр электрода заземлителя , м;

h    - глубина (до середины заземлителя) заложения электр о да заземлителя, м;

· для горизонтального расположения электрода заземлителя ( Rp 1 ) при l э > h и l э >> d э

 [Ом];                            (6.2)

· для горизонтального расположения электрода заземлителя при l э < h , то есть для короткого элек т рода:

 [Ом];                                            (6.3)

· для горизонтального расположения электрода анодного заземлителя при l э > 12 h , то есть для протяженного электрода:

 [Ом];                                         (6.4)

· для горизонтального расположения элек т рода при l э > h и l а >> d э в коксовой засыпке:

 [Ом];                (6.5)

· для горизонтального расположения электрода при l э > 12 h в коксовой засыпке:

 [Ом];                               (6.6)

· Для электродов прямоугольного сечения (например, полосовой зазе м ли тель) в формулы ( 6.1 - 6.6) вместо d э подставляют значение 2 b /π (где b - шири н а полосы, м).

· При прямоугольном сечении коксовой засыпк и в формулы вместо d а подставляют (где аа , b а - соответственно, глубина и ш и рина коксовой засыпки, м).

6 .11 Количество электродов в подпочвенном заземлени и определяют по формуле:

 [Ом] ,                                     (6.7)

где i з    - сила тока, стекающего с заземления на конечный период его эксплуатации , А;

R э 1   - переходное сопротивление одиночного электрода, Ом;

С э    - стоимость электроэнергии, руб./кВт · ч;

С а    - стоимость сооружения одного заземл и теля, руб.;

η    - коэффициент полезного действия катодной станции (преобразователя) принимают в расчет по паспортным данным устройства;

 - коэффициент приведения эксплуатационных затрат будущих лет к базисному году (таблица 6.4).

где Т   - планируемый срок эксплуатации установки катод н ой защиты, годы;

Е - нормативный коэффициент эффективности;

t    - текущее время, годы.

6.12 Сопротивление растеканию заземления, составленного из N э электродов, опре д еляют по формуле: ;

 [Ом] ,                                                           (6.8)

где R э 1 - со п ротивление растеканию одного электрода, Ом;

ηэ - коэффиц и ент экранирования, зави сящий от размеров электрода, от числа электродов и расстояния между ними и конструктивн ого и сполнения анодного заземления.

Таблица 6 .4 - Значения коэффициента приведен ия затрат будущих лет к базисному году (за 10 лет)

Величина Е

0 ,08

0 ,09

0 ,10

0,11

0 ,12

0 ,15

0 ,17

0 ,20

Величина f ( t), год

8 ,90

8 ,14

7 ,71

7 ,25

6 ,75

6 ,21

5 ,62

4 ,99

6.13 Значение коэффициента ηэ выбирают по графикам (рисунки 6.1 - 6.4).

Если в проекте применяются заземлители, отл и чающиеся по конструкции и размерам более чем на 20 % от размеров, указанных на этих рисунках, то вычисление коэффициента экранирования производится по методике, приведенной в приложении Г.

6 .14 Для комбин ированного заземления из вертикальных электродов, соединенных горизонтальным электродом, сопротивление растекан ию определяют но формуле:

 [Ом],                                        (6.9)

где R в 1   - сопротивление растеканию единичного вертикального электрода, Ом;

R г 1   - сопротивление растеканию горизонтального электрода (магистрали), Ом;

ηв   - коэффициент экранирования вертикальных электродов;

ηвг - коэффициент экранирования вертикальных электродов горизонтальным электродом- · магистралью;

ηгв - коэффициен т экранирования горизонтального электрода вертикальным.

Коэффициенты экранирования ηвг и ηгв для приближенных расчетов принимаются равными 0 ,85 .

Длина заземлений 1 ,4 м , диаметр 0,185 , глубина установки 1 ,7 м

Рис. 6 .1

Зависимость коэффициента экранирования вертикальных заземл и телей в коксовой засыпке от количества зазем лителей при разли чных отношениях расстояния между ними к их длине [а/ l з ]

Длина заземлителей 1 ,4 м, диаметр с коксовой засыпкой 0 ,185 м , глубина установки 1 ,7 м

Рисунок 6 .2

Зависимость коэффициент экраниро в ания горизонтальных зазем лителей в коксовой засыпке от количества заземлителей при различных отношениях расстояния между зазем лителями к их длин е [ а/ l з ]

Дли на зазем ли теля 3 ,0 м , ди амет р 0 ,1 м, глубина установки 1 ,5 м

Рис. 6 .3

За в иси мость коэффициен та экранировани я вертикальных заземлителей от и х количеств а при различных отношениях расстояния между заземлителями к их длине [а/ l з ]

Длина заземлителей 3 м, диаметр 0 ,1 м, глубина установки 1,5 м

Рисунок 6 .4

Зависимость коэффициента экранирования горизонта л ьных зазем ли телей от их количества при различных отношениях расстояни я между заземли телями к их длине [а/ l з ]

Глубинное анодное зазем л ение

6 .15 Глубинные анодные заземления рекомендуется устанавливать в следующих случаях:

· пр и удельн ом электрическом сопротив лении верхнего слоя грунта в 2 раза б олее высоком, чем сопротивление подстилающего слоя;

· при недостаточной площади для размещения подпоч в енного анодного заземлен ия;

· при затруднениях с прокладкой кабельной ил и воздушной анодной дренажной линии;

· при отсутствии возможности удаления анодного заземления на расчетное расстояние от защищаемого объекта.

6 .16 Исходными данными для проектирования глубинного анодного заземления являются данные, указанные в п. 6.4, и дополнительно данные о геоэлектрическом разрезе: мощность и удельное электрическое сопротивление верхних пластов земли на глубину не менее глубины установки заземления.

6 .17 Сопротивление растеканию глубинного анодного заземления из электродов, погруженных в высоко проводящий наполнитель (например, коксовую мелочь) определяют по формуле:

,                                           ( 6.10 )

где Р ср    - габаритный коэффициент, определяемый по рисунку 6.6 или по таблице 6.5;

l з i     - длина части рабочей части заземления, находящаяся в i - ом слое грунта, м;

ρi     - удель н ое электрическое сопротивление i - го слоя земли, Ом· м;

d a    - диаметр наполнителя, м;

d э    - диаметр электрода, м;

ρ а    - удельное сопротивление наполнителя , Ом· м.

6 .18 Сопротивление растеканию глубинного анодного заземления из электродов без наполнителя определяют по формуле:

, Ом.                                                     ( 6 .11 )

6.18 При использовани и данных таблицы 6.5 для определения габаритного коэффициента необходимо вычислить значение отношения H / l з , где H - расстояние от поверхности земли до начала (верхней точки) глубинного заземления.

6 .19 Определение габаритного коэффициента по графику (рисунок 6 .6 ) вносит погрешность в вычисленные параметры глубинного анодного заземления до 20 % .

6 .20 Оп тимальную длину рабочей части глубинн ого заземления l з следует определять по формуле:

, м,                                           ( 6.12 )

где С г   - стоимость строительства 1 м глубинного заземления, руб./м;

Сэ - стоимость электроэнергии, руб ./ кВт·ч;

i з    - сила защитного тока, А.

6 .19 Сопротивление растеканию глубинного заземли теля ( R гл ) с выходом торца на поверхность земли в коксовой засыпке (или в другом наполнителе) определяют по формуле:

, ом,                             ( 6 .13 )

где ρп   - средняя величина удельного сопротивления пород по глубине скважины, Ом · м;

l з    - длина рабочей части глубинного заземления, м;

ρ а   - удельное электрическое сопротивление наполнителя (засыпки низкого удельного электрического сопротивления, например, коксовой), Ом · м;

ρ э   - удельное электрическое сопротивление анодного материала заземле н ия, Ом· м;

d э   - диаметр эл е кт родов глубинного анодного заземления, м;

d а   - диаметр наполнителя (засыпки низкого удельного электрического сопротивления), Ом · м;

S э   - площадь сечения электродов глубинного анодного заземления, м 2 .

Таблица 6 .5

Габаритный коэффициент для расчета глуб и нных анодных заземлений

d э/ lз

Значение коэффициента Pср при отношении H/ lз

0

0,10

0,25

0,50

0,70

1,0

2,0

3,0

0,001

8 ,99

8 ,78

8 ,64

8,56

8 ,51

8 ,45

8 ,40

8,35

0 ,0015

8 ,58

8 ,37

8,25

8 ,15

8 ,10

7 ,99

7 ,96

7 ,93

0,002

8 ,29

8 ,09

7 ,97

7 ,86

7,82

7 ,77

7 ,70

7 ,64

0,003

7,89

7 ,68

7 ,56

7 ,44

7 ,36

7 ,29

7 ,26

7 ,23

0,004

7 ,43

7 ,29

7 ,15

7 ,03

7 ,00

6,96

6 ,89

6 ,84

0 ,006

7,20

6 ,99

6 ,87

6 ,76

6 ,72

6 ,66

6,60

6 ,54

0 ,009

6 ,7

6 ,58

6 ,46

6 ,37

6 ,30

6 ,27

6 ,20

6 ,13

0 ,015

6 ,28

6 ,07

5,95

5 ,88

5 ,80

5 ,77

5 ,68

5 ,64

0 ,020

5,99

5 ,79

5,67

5,56

5,51

5 ,46

5 ,39

5 ,33

0 ,040

5 ,23

5 ,09

4 ,97

4 ,87

4 ,82

4 ,77

4 ,71

4 ,66

0 ,070

4 ,74

4,68

4,41

4 ,31

4 ,26

4 ,21

4 ,15

4 ,10

6 .20 . Сопроти вление растеканию без в ыхода на пов ерхность земли торца глубинн ого заземлите ля любой длин ы в кок сово м наполн ителе рассчитывают по формул е:

, Ом,                   (6.14)

где h   - расстояние от поверхности земли до середины заземл и теля, м ;

l а - д лина глубинного заземления, включая наполнитель, м.

Первое слагаемое выражения ( 6.13) и ( 6.14) учитывается при расчете сопротивления глубинного и заглубленного заземл и телей с г рафит изи рованны ми электродами, при подключении анодных проводов с одной верхней части заземлителя и при l э > 20 м.

Рисунок 6 .5

График для определения габаритного коэффициента Рср

6 .21. Срок службы анодного заземления (Т, лет) пров еряют по следующим формулам.

· Для однородного грунт а :

, лет ,                                              ( 6 .15 )

где G з   - масса материала электродо в заземления (без наполнителя), кг;

q з     - электрохимический эквивалент материала заземления, кг/А·г;

ки     - коэффициент использования массы заземлителя (принимается равным 0 ,77 );

i з .ср   - средняя сила тока (А), стекающего с заземления, за планируемый период эксплуатаци и заземления равна:

                                                       ( 6 .16 )

где i н и i к   - сила тока, с оответственн о, в н ачальный и конечный периоды планируемого срока работы анодного заземления, А;

· Для нео д нородных грунтов :

,                                                     (6.17)

где G з k    - масса рабочей части заземления в k - ом слое грунта, кг;

k г     - коэфф и циен т неоднородности грунта, определяемый по формуле:

,                                                          ( 6.18 )

где l з i - длина рабочей части заземления, находящейся в i - ом слое грунта, м ;

l з k    - длина рабочей части заземления , находящейся в k - ом слое грунта, м;

ρ k - удельное электрическое сопротивление k -го слоя грунта , имеющего ми нимальное удельное электрическое сопротив ление из всех n слоев, Ом · м;

ρi - удель н ое электрическое соп ротивление i - го слоя грунта, Ом· м;

n   - число слое в грун та пересекаемых рабочей части заземления.

По формуле ( 6.17) проверяют срок служб ы глубинных и протяженных анодных заземлений.

6 .22 . Если срок службы по данным расчета окажется менее указанного в п. 6.2, то необходимо увеличи ть либо количество электродов, либо их массу, либо рабочую длину заземления на величину kT , которая равна:

,                                                       (6.19 )

где Т - п лани руемый срок службы, лет;

Т р - расчетный срок службы , лет.

7 Протекторная защита

7 .1 Протекторную защиту от подземной коррозии следует осуществлять в следующих случаях:

· на трубопроводах при сопротивлени и изоляции н е менее 3·102 Ом· м2;

· на трубопроводах в комплексе с установками катодной защ и ты (УК З) для обеспечения защитного потенциала на участке между УКЗ;

· для защиты кожухов н а переходах через железные и автомобильные дороги;

· для защиты днищ отдельных резервуаров.

7 .2 Сосредоточенные протекторы следует применять в грун тах с удельным электрически м сопротивлением не более 50 Ом· м.

Допускается ис п ользовать искусственное снижение удельного электрического сопротивлени я грунта в местах установки протекторов при исключении вредн ого воздействия на окружающую среду и технико-экономическом обосновании.

7 .3 Протяженные протекторы следует и спользовать в грунтах с удельн ым электрическим сопротивлением не выше 500 Ом· м.

7 .4 Защита сосредоточенными протекторами должна осуществляться, как правило, групповыми устан овками комплектных протекторов.

7 .5 Одиночные протекторы целесообразно примен ять при организации в ре менной электрохимической защиты трубопроводов.

7 .6 Для установки протекторов необходимо выбирать места с наименьшим удельным электрическим сопротивлением грунта.

7 .7 Протекторы следует размещать не бли же 3 м от оси трубопровода. Для групповой установки протекторов расстояние между группой и трубопроводом определяют расчетом.

7 .8 П ри применении искусственного снижения удельного сопротивления грунта расстояние между трубопроводом и протектором должно быть не менее 9 м, при неровной поверхности земли протекторы должны быть размещены на стороне с меньшими альтитудами.

7 .9 Глубина установки протекторов должна быть не менее глубины сезонного промерзания грунта.

7.10 Оди ночные протекторы и ли и х группы должны быть соединены с трубопроводом только через маркированный контрольно-измерительный пункт.

7 .11 Комплектные протекторы представляет собой магниевые аноды ПМ5 , ПМ10 , ПМ20 (размеры и масса аноды приведены в табли це 7.1), помещенные вместе с порошкообразным активатором в хлопчатобумажные мешки. Комплектные протекторы выпускают трех типов. Размеры и масса комплектн ых протекторов представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.1

Геометр и чески е размеры магниевых анодов

Тип анода

Размеры, мм

Масса, кг

Рабочая поверхность, м2

Условный диаметр

Длина

ПМ5

95

500

5

0 ,16

ПМ10

123

600

10

0 ,23

ПМ20

181

610

20

0,35

Табл и ца 7 .2

Геометрические размеры комплектных протекторов

Тип комплектных протекторов

Размеры, мм

Масса, кг

Диаметр

Длина

ПМ5 У

165

580

16

ПМ10 У

200

700

30

ПМ20 У

270

710

60

7 .12 Исходными данными для проектирования протекторной защиты являются:

· сопротивление изоляционного покрытия;

· удельное электрическое сопротивление грунта вдоль сооружения;

· электрохимические характеристики протекторов;

· диаметр трубопровода.

7 .13 Расчет протекторных установок заключается в определении:

· силы тока в ц епи протектор-труба;

· длины участка трубопровода , защищаемого протектором (протек торами);

· срока службы протектора.

Таблица 7 .3

Электрохимические характер и стики протекторов

Наименование характеристик

Единица измерения

Величина

Стационарный потенциал по медно-сульфатному электроду сравнения

В

Минус 1,6

Теоретическая токоотд ача

А·ч /кг

2330

Коэффициент полезн ого действи я:

Б/р

· для сплава М П1

0 ,65

· для сплава М П2

0,60

Удельное электрическое сопротивление актив атора

Ом· м

1 ,6

7.14 Си ла тока в цепи протек тор-трубопров од ( i п , А) равна:

,                                               (7.1)

где k   - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения разности потенциалов труба-земля вдоль трубопровода, принимают k = 1,15 ;

S п   - рабочая поверхность п ротектора (анода), м2 , (таблица 7.1);

R пт   - соп ротивление цепи протектор-трубопровод, Ом;

с     - коэффицие н т, учитывающий поляризацию протектора (с = 0 ,064 В/м2 );

U п - стационарный потенциал протектора, В;

U тзм - минимальная защитная наложенная разность потенциалов труба-земля, В, определяется по формуле:

U тзм = U м - U е ,                                                            ( 7 .2 )

где U м   - минимальная защитная разность потенциалов труба-земля , В;

U е   - естест в енная разность потенциалов труба-земля, В.

Значе н ия U п , U м и U е подставляют в формулы ( 7.1 и 7.2) по одноименному (медн о-су льф атному) электроду срав нения.

Если значения U п и U е не известны , то разность потенциалов ( U п - U е ) принимать равной 1 В.

7 .15 Сопротивление цепи протектор-трубопровод равно:

R пт = R пр + R рп ,                                                          (7.3)

где R пр    - сопротивление провода, соединяющего протектор с трубопроводом , Ом.

R рп = ρм· l п / S п ,                                                           ( 7 .4 )

где ρ м - удельное электрическое сопротивление провода, Ом · мм2 /м, (для меди ρм = 0 ,0175 , для алюминия - 0 ,028 ),

l п - д лина соединительного провода, м;

S п - сечение провода, мм 2 ;

R рп - сопротивление растека н ию одного протектора, Ом.

При том условии, что l а >> d а /2 и 4 h > l а , сопротивление растеканию протектора равно:

,                                   (7.5)

г де ρг - у дельн ое электрическое сопротивлен ие грунта на участке, на котором установлен протектор, Ом· м;

ρ а - удельное электрическое сопротивление активатора, Ом · м;

d а - диаметр комплектного протектора , м;

la - д лина комплектного протектора, м;

d э - диаметр протектора, м;

h   - глубина установки протектора (расстояние от поверхности земл и до середины протектора), м.

Для комплектных протекторов типа ПМ 5 У, ПМ10 У, ПМ20 У можно пользоваться упрощенной формулой:

R рп = А·ρг + Б,                                                              (7. 6 )

г де А и Б - коэффициенты, зависящие от размеров протекторов.

В таблице 7.3 приведены усредненные значения коэффициентов А и Б при устано в ке протекторов на глубину до 2,5 м.

Таблица 7 .3

Коэффициенты дл я расчета сопротивления растеканию комплектных протекторов

Тип протектора

Коэффициент А , м-1

Коэффициент Б, Ом

ПМ5 У

0 ,57

0 ,24

ПМ10 У

0,47

0 ,18

ПМ20 У

0,41

0 ,15

7 .16 Длина участка трубопровода, защищаемого одним протектором на конец планируемого периода защиты

,                                                       (7.7)

где Т п     - пла н ируемый период работы протектора, годы;

R пн      - начальное значение переходного сопротивления трубопровода, Ом · м2.

7.17 Количество протекторов, необходимое для защиты участка трубопровода, определяют по формулам:

· для протекторов распределен н ых по всему защищаемому участку трубопровода:

N п = l з / l зп ;                                                                ( 7.8 )

· при групповой установке протекторов:

N пг = l з /(ηэ l зп ),                                                        ( 7 .9 )

г де l з - длина участка трубопровода, которую необходимо защитить протекторами;

ηэ   - коэффициент экранирования, определяемый по графикам рисунка 7.1 .

7 .18 Срок службы протекторов вычисляют по формуле:

,                                                   (7.10)

где m п - масса протектора , кг;

q   - теоретическая токоотдача материала протектора, А · ч/кг;

ηи - коэффициен т использования материала протектора (ηи = 0 ,90 );

ηп - коэффициент полезного действия протектора. (Величину ηп протектора принимают равным 0 ,6 или в соответствии с расчетной анодной плотностью тока протектора определяют его значение по технической документации на применяемый протектор).

i п . ср - сред н яя сила тока в цепи протектор-труба за планируемый пери од времени ( T п ), А.

7.19 Среднюю силу тока группы протекторов определяют по формуле:

.                         (7.11)

Если при расчете срок службы T п получается меньше запла н ированного срока, то нужно длину участка трубопровода l зп , защищаемого одним протектором, пересчитать в соответствии с расчетным T п . Протекторы на трассе трубопровода необходимо устанавливать согласно вновь полученной длине l зп .

7 .20 При расчете групповых протекторных установок определяют следующие параметры:

· количество протекторов в группе;

· расстояние между протекторами в группе;

· расстояние между групповой протекторной установкой и трубопроводом.

7 .21 Количество протекторов в группе для обеспечения защиты трубопровода должно быть:

,                                                      ( 7 .12 )

где

.                                  (7.13)

7 .22 Для определения количества протекторов N п для обеспечения защиты 1 км трубопровода рекомендуется пользоваться номограммой, приведенной на рисунке 7.2.

В номограмме по оси ординат отложено: слева - переходное сопротивление трубопровода R пн [Ом · м2] и справа - соп ротивление растеканию одного протектора R рп , [Ом ] .

При пользовании н омограммой необходимо знать:

· н ачальное переходное сопротивление трубопровода R пн в Ом · м2;

· сопротивление растеканию одного протектора R рп в Ом;

· д и аметр трубопров ода D т в м;

· длину защ и щаемого участка трубопровода l з в м;

· планируемый срок службы протекторов T п в годах.

7 .23 Расстоян ие между групповыми протекторами и трубопроводом определяют из выражения:

,                                           (7.14)

где i пг   - сила тока групповой протекторной установки в начальный период, А. В данном случае силу тока рассчитывают по формуле:

i пг = i п N пг · η э ;                                                          ( 7 .15 )

R 'пт    - переходное сопротивление т рубопровода в начальный период, Ом· м2;

l з   - длина участка трубо п ровода, защищаемая групповой протекторной установкой, м;

U тзо    - максималь н о допустимое смещение потенциала труба-земля, В.

М и нимальное удален ие п ротекторов от трубопровода дол жно соответствовать требованию п. 7.7.

7 .24 Расчет параметров протекторной защиты кожухов выполняют по методике аналогичной выше приведенной.

7 .24 .1 Сила тока в цепи протектор-кожух ( i пк , А) равна:

,                                          ( 7 .16 )

где k - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения разности потенциалов кожух-земля, принимают k = 1 ,1;

R пк - сопротивление цепи протектор-кожух , Ом;

Для протекторов ПМ 5 У, ПМ10 У и ПМ20 У, установл енных на глубине 1,6 м

Рисунок 7 .1

Коэффициент экранирования протекторов в группе при раз л ичных отношениях расстояния между протекторами к их длине [ a / la ]

u кзм   - минимальная защитная наложенная разность потенциало в кожух-земля, В, определяется по формуле:

u кзм = u м - U ек ,                                                      (7.17)

г де u м     - ми н имальн ая защитная разность потен циалов кожух-земля, В;

U ек     - естестве нн ая разность потенциалов кожух-земля, В .

Е сли значени я u п и U ек н е известн ы, то разн ость потен циалов ( u п - U ек ) следует принимать равной 1 В.

7 .23 .2 Длина участка кожуха, защищаемого одни м п ротектором на конец планируемого периода ( l зкп , м), равна:

,                                                ( 7 .18 )

где T п   - план ируе мый период работы протектора, годы;

D к - диаметр кожуха, м ;

R пнк - начальное з н ачение переходн ого сопротивления кожуха, Ом· м2 .

7 .24 .3 Коли чество протекторов, н еобходимое для защиты кожуха, определяют по формуле ( 7.8 ) , в которую подставляют длину защищаемого кожуха и длину защитной зоны одного протектора, полученную по п. 7.24.2 .

7 .24 .4 Количество протекторов, полученное по п. 7.24.3 необходимо распределить между двумя группами, устанавливаемых по концам кожуха.

7 .25 Параметры протекторн ой защиты, применяемой для обеспечения требуемых защитных потенциалов между катодными установками, рассчитывают по методике п. 7.13 - 7.23, однако вместо естественного потенциала трубопровода следует подстав лять зн ачение средней величины наложенной разности потенциалов труба-земля, вызванной установ ками катодной защиты.

Рисунок 7 .2 .

Номограмма для определения количества протекторо в в группе:

Tп - планируемый срок службы протекторов, годы; l з - длин а защищаемого участка трубопровода, м; D т - диаметр труб опровода; Rр - сопротив ление растеканию одиночного протектора, Ом; N п - количество п ротекторов в группе, шт.; Rпн - начальное значение переходн ого сопротивления, Ом м2

8 Расчет параметров дренажной защиты

8 .1 При проектиров ании д рен ажной защиты трубопров од а от коррози и выполняются работы, связанные с:

· определением исхо д ных данных;

· выбором схемы защиты и места установки защитных устройств;

· определением силы тока дре н ажных установок и выбор типа дренажа;

· расчетом сечения дренажного кабеля.

8 .2 Определ ени е исходных данных

8 .2 .1 При проектировании должны быть выявлены следующие исходные данные по источникам блуждающих токов:

· схема питания контактной сети электрифицированного транспорта;

· длина участка сближения электрифицированного рельсового транспорта с проектируемым подземным сооружением;

· расположение тяго в ых подстанций и отсасывающих пунктов вдоль электри фици рованной железной дороги или трамвайной линии;

· максимальная сила тока нагрузки каждой тяговой подстанции и отсасывающих кабелей;

· падение напряжения в отсасывающем фидере определяется по данным Упра в лени я электрифи ци рованных жел езных дорог.

8 .2 .1 По защищаемому трубопроводу необходимо иметь следующие данные:

· тип и конструкц и ю изоляционн ого покрытия трубопровода;

· количество параллельных ниток трубопровода;

· срок эксплуатации трубопровода;

· расстояние между трубопроводом и тяговыми подстанциями или путевыми дросселями.

8 .3 Выбор схемы защиты и места установки защитных устройств.

8 .3.1 Защиту трубопроводов от коррозии блуждающими токами осуществляется дренажами и автоматическими катодными установками.

Дренажи следует применять поляризованные или с автоматическим регулированием сопротивле н ия дренажной цепи, а также усиленные, с подсоединением их к рельсам, путевым дросселям или сборкам отсасывающих фидеров.

8 .3 .2 Электрические дренажи устанавливают в анодных и знакопеременных зонах преимущественно в местах сближени я железных дорог с т рубопроводами, так как при значительных расстояни ях увеличивается сечени е и длина дрен ажного кабеля, что экономически нецелесообразно. Место подключения электрического дренажа наиболее эффективно в зонах с наи более отрицательными потенци алами рельс-земля. Особое внимание следует уделять пересечен иям с электрифицированными тран спортны ми линиями.

8 .3 .3 Автоматические катодные станции (преобразователи) следует использовать при удалении на расстояние более 2 км от источников блуждаю щих токов. Эти станции должны автоматически поддерживать заданное значени е пол яризационного п отен циала.

Место установки автоматических катодных станций следует выбирать с учетом расположения катодных зон на рельсах электрифицированного тра н спорта и наличия участков грунтов с относител ьно малым удельным электрическим сопротивлен ием, которые пересекают трубопровод и линию электрифици рованного транспорта.

8 .3 .4 Усиленный дренаж необходим в следующих случаях:

· при наличии нескольких источников блуждающих токов;

· при знакопеременных поте н циалах на подземных коммуникациях;

· при значительных (более 3 - 5 км) расстояниях между защищаемым объектом и источником блуждающих токов.

8 .3 .5 Для защиты трубопровода от коррозии блуждаю щими токами могут быть применены поляризованные протекторы. Наиболее целесообразно применение этих протекторов в качестве временной з ащиты на строящихся трубопро водах.

8 .3 .6 Поляризованные и усиленные дренажи следует подключать только к отсасываю щим фидерам или к средним точкам путевых дросселей.

8 .4 Определение силы тока дренажных установок и выбор типа дренажа.

8 .4 .1 Дренажная защита подземных металлических сооружений должна осуществляться при минимальном значении средней си лы защитного дренажного тока.

8 .4 .2 Для определения силы тока в дренажной установке необходимо знать среднемесячную силу тока нагрузки тяговой подстан ции i тп и расчетные к оэффициенты корреляции К1 , К 2 , К 3 , К 4 и К 5 , характеризую щие систему «подземное сооружение - электрифицирован ная железная дорога».

8 .4 .3 Сила тока через электри ческий дренаж ( i д ) определяется исходя из усло в ия, что ток утечки из рельсов электрифицированно й железной дороги в грунт составляет не более 20 % от токов наг рузки тяговой подстанции:

i д = 0 ,2 · i тп · К 1 ·К 2 · К 3 · К 4 ·К 5 [А ],                                          (8 .1 )

гд е К1    - коэффициент, учи тывающий расстояние между трубопроводом и электрифицированной железной дорогой;

К 2   -     коэффициент, учитывающий расстояние от трубопровода до тяговой подстанции;

К 3   -    коэффициент, учитывающи й тип изоляционного покрытия трубопроводов;

К 4   -    коэффициент, учитывающий срок службы трубопровода;

К 5   -    коэффициент , учитывающий количество параллельно уложенных трубопроводов.

Значения коэффициентов К 1 , К 2 , К 3 , К 4 и К 5 приведены в таблицах 8.1 - 8.5.

Таблица 8.1

Значение коэффициента К 1

Расстояние между трубопроводом и электрифицированной железной дорогой, км

Величина коэффициента К1

До 0 ,5

0 ,9

0 ,5 - 1

0 ,7

1 - 2

0 ,4

2 - 3

0 ,2

Более 3

0 ,1

8 .5 Расчет сечения дренажного кабеля.

8 .5 .1 Независимо от способа подключения дренажного кабеля его сечение определяется из условия, что сумма паден ия напряжения в кабеле и наложенн ой разн ости потенциалов труба-земля не должна превышать разности потенциалов между трубопроводом и рельсом.

8 .5 .2 Сечение дренажного кабеля S д (в мм 2 ) рассчитывается по формуле:

 [А] ,                                                   (8.2)

где l к   - длина дренажного кабеля , м;

ρ м   - удельное электрическое со п ротивление материала кабеля, Ом· мм2/м;

U д - допустимое падение напряжения в дренажной цепи, В.

Табли ц а 8 .2

Значение коэффициента К 2

Расстояние от трубопровода до тяговой подстанции электрифицированной железной дорогой, км

Величина коэффициента К 2

До 0 ,5

0 ,9

0 ,5 - 1

0 ,6

1 - 2

0 ,35

2 - 3

0 ,2

Более 3

0,1

Таблица 8 .3

Значение коэффициента К 3

Тип изоляционного покрытия трубопровода

Величина коэффициента К3

Трех-, двухслойное полимерное покрытие на основе термореактивных смол и полиолефи на; покрытие на основе термоусаживающи хся материалов

0 ,3

Все остальные покрытия усиленного типа кроме мастичных и полимерно-битумн ых

0 ,5

Мастичные и полимерно-битумные покрытия

0 ,8

Все покрытия нормального типа

0 ,9

8 .5 .3 При подключен ии дренажного кабеля непосредств енн о к минусовой ши не тяговой подстан ци и д опустимое падение напряжения в дренажной цепи равн о допустимому падению напряжения в дренажном кабеле, которое определяется из таблицы 8.6, а при подключении дренажного кабеля к рельсам через среднюю точку путевых дросселей - из табли цы 8.7.

Таблица 8 .4

Значение коэффиц и ента К 4

Срок службы трубопровода, годы

Величина коэффициента К4

Менее 3

0 ,5

5 - 7

0 ,6

7 - 10

0,8

10 - 15

0 ,9

Более 15

1 ,0

Таблица 8 .5

Значение коэффициента К 5

Количество параллельных трубопроводов

Величина коэффициента К5

1

0,75

2

0 ,85

3

0,93

4

0 ,97

Более 4

1,00

Таблица 8 .6

Допустимые значения падения напряжения в дренажном кабеле при подключении его к минусовой шине тяговой подстанции

Расстояние между от сасывающим п унктом и трубопроводов, км

0 ,2

0 ,5

1 ,0

2,0

3,0

Допустимое пад ение напряжения в дренажном кабеле, В

10

11

12

13

14

Таблица 8 .7

Допустимое значения падения напряжен и я в дренажном кабеле при подклю чении его к средней точке путевого дросселя

Расстояние между трубопроводом и электрифицированной железной дорогой, км

0,5

1,0

2,0

3,0

Допустимое падение напряжения в дренажном кабеле, В

3

5

6

7

8 .5 .4 Паден ие напряжения в фидере U д при подключении дренажного кабеля к отсасывающим фидерам определяется по формуле:

U д = U к + U ф , А ,                                                    (8.3)

где U ф - падение напряжения в отсасывающем фидере определяется по данным Управления электрифицированных железных дорог, В.

8 .5 .6 Сопротивление дренажного кабеля при применении усиленного дренажа определяется по формуле:

, Ом,                             ( 8 .4 )

где ∆ U 'т -р - средняя величина разности потенциалов между точками присоединения дренажа к подземному сооружению и рельсами при отключенном дренаже, В;

i уд    - средняя сила тока усиленного дренажа за время опытного дренирования, А;

e д    - напряжение на выходе вольтодобавоч н ого устройства уси ленного дренажа, В;

R уд - сопрот и вление установки усиленного дренажа (без добавочного сопротивления), Ом;

Z вт - вход н ое сопротивление трубопровода, Ом.

Величина R уд определяется по вольта м перн ой характеристике проектируемого дренажа или по формуле:

, В,                                                    ( 8 .5 )

где U хх - напряже ни е холостого хода уси ленного дренажа, В;

U н   - напряжение на заж и мах проектируемого дренажного устройства при токе нагрузки i н = i д , В.

Вел и чина Z вт определяется по методике раздела 3 или рассчитывается по результатам измерений по формуле:

, Ом,                                          ( 8 .6 )

где ∆ U пт -р   - сре дняя разность потенциалов между точками присоединения дренажа к трубопроводу и к рельсам в режиме поляризованного дренажа (при отключенном вольтодобавочном устройстве), В;

i пд    - сред н яя сила тока, протекающего через уст рой ство усиленного дренажа, работающего в режиме поляризованного дренажа.

9 Расчет и проектирование совместной защиты многониточных трубопроводов

9 .1 Катодн ая поляризация подземных металлических сооружений (подземных трубопроводов) не должна оказывать вредного влияния на соседние подземные металлические сооружения.

9 .2 Вредным влияни ем катодной поляризации защищаемого сооружен ия на соседние металлические сооружени я считается:

· уме нь шение по абсолютной величине минимального или увеличени е по абсолютной величи не максим ального защитного потенциала, установленн ого ГОСТ 9.602-89 на соседних металлических сооружениях, имеющих катодную поляризацию;

· появление опасности коррозии на соседних сооружениях, ранее не требовавших защиты от нее.

9 .3 Установки катодной защиты могут оказывать вредное влияние в случаях:

· параллельного пролегания защищаемого трубопровода другому подземному металлическому сооружению;

· расположения анодного заземления катодной установки одного трубопровода вблизи другого трубопровода;

· пересечения защищаемого трубопровода с незащищенным.

9 .4 Влияние катодной защиты выражается в смещении в отрицательную сторону разност и потенциалов труба-земля на участке трубопровода, расположенном вблизи анодного заземления; на остальных участках трубоп ровода в зоне защиты катодной установки наблюдается смещение разности потенциалов в положительную сторону; как правило, это смещение невелико. Также в положительн ую сторону смещается разность потенциалов на незащищенном трубопроводе при пересечении с защищенным сооружением.

9 .5 Полн ое устранение или уменьшение до безопасных пределов вредног о влияния катодной поляризации защищенного сооружения на смежные (параллельные) сооружения, не имеющие электрохимической защиты, может быть обеспечено следующими способами:

· устройством раздельной или совместной защиты;

· удалением анодного заземлен и я катодной устан овки, являющегося источником вредного влияния, от незащищенного сооружения на расстоян ие не мен ее 3 y ( y - расстоян и е между анодн ым за землением и за щищаемым т рубоп роводом);

· устройством перемычки в точке дренажа и ли на некотором расстоянии от нее между защищ ен ной и защ ищаемой коммуни каци ями (сечен ие перемычки определ яют расчетом);

· установкой группы протекторов на смежном п о дземном сооружении.

9 .6 При раздельной электрохимической защите смежных сооружений или при относе анодного заземления от незащищенного сооружения степень вредного влияни я устан авлив ается при наладке запроектирован ных средств электрохимической защиты. При наличии вредно го влияния разрабатываются м еры по его устранению. Исключение вредного влияния достигается путем устройства электрической перемычки.

9 .7 Параллельные магистральные трубопроводы должны быть совместно защищены от коррозии с целью исключения возможного вредного влияния и резервирования средств защиты.

9 .8 Расчет параметров установок совместн ой катодной защиты вы полняется так же как и для одиночн ых трубопроводов.

9 .9 Сила тока установок совместной катодной защиты определяется из выражения:

, А,                                                            ( 9.1 )

где ii   - величина тока, необходимая для защиты i -г о трубопровода, А;

n    - количество совместно защищаемых трубопроводов.

9.10 Размещение катодных станций на параллельных трубопроводах производится через интервалы, равные или меньшие длины защитной зоны на период через 10 лет эксплуатации проектируемой совместной катодной защиты.

9.11 В точке дренажа всех параллельных трубопроводов используется элект рическая перемычка для резерви рования катодной защиты на случай отказа в работе одной из защитных установок.

9 .12 Точка дренажа установки совместной катодной защиты выбирается, и сходя из состояния и золяци онного покрытия на трубопроводах.

Как правило, точка дренажа оборудуется на трубопро в оде с наибольшей постоянной распространени я тока (наименьшей длиной защитной зоны установки катодной защи ты. В частном случае, точка дренажа оборудуется на т рубопроводе с наи худшей изоляцией, то есть требующего большую силу защитного тока.

9 .13 Сопротивление перемычки для двух трубопроводов определяют по формуле:

, Ом ,                                        (9.2)

где α1 и α2    - постоянные распространения соответственно первого и второго т рубопровода (α1 < α2) ;

z 2   - характеристическое сопротивление второго трубопро в ода, Ом;

l     - плечо защитной зоны, м.

При электрическом соединении нескольких трубопроводов сопротивление перемычки определяют попарно (на одном трубо п роводе из них оборудов ана точка дренажа).

9 .14 Сечение перемычки определяется по формуле:

, мм 2 ,                                                       ( 9 .3 )

где ρпм    - удельное сопротивление перемычки, Ом· мм2 /м;

l пм     - длина перемычки, м.

9.15 Перемычки должны размыкаться с целью контроля величины тока в перемычке и для наладки электрохимической защиты.

9 .16 Если трубопроводы имеют технологическую перемычку на расстоянии от точки дренажа менее 1 /4 длины защитн ого плеча, то электрические перемычки в точках дренажа допускается не устанавливать.

9.17 Рекомендуемые схемы совместной катодной защиты параллельных трубопроводов:

· Одна катодная установка на несколько параллельных т рубопроводов при общей силе тока защиты на 10 -ый год эксплуатации не более 40 А. Анодное заземление может быть расположено по любую сторону от трубопроводов. Размещение точки дренажа катодной устан овки производится в соответствии с п. 9.12.

· Две катодных установки на нескол ь ко параллельных трубопроводов при общей силе тока защиты на 10 -ый год эксплуатации не более 60 А. Анодные заземления катодных установок могут быть расположены как по одну сторону от трубопроводов, так и по разные стороны. При размещ ени и анод ных заземлений по одну сторону от трубопроводов расстояние между ними должно быть не мен ее 3 их линейных размеров, но не менее 200 м . Размещение точек дренажа катодн ых устан овок производится в соответствии с п. 9.12.

· Пр и си ле тока защиты каждого трубопровода бол ее 25 А катодные установки должны быть оборудованы на каждом трубопроводе, а точки дрен ажа соедин яют п еремычк ами.

· При расстоя н ии между параллельными трубопроводами более 50 м независимо от силы защитного тока целесообразна установ ка катодных станций на каждом трубопров оде.

9.18 Включение нескольких катодных станций с разными точками дренажа на одно анодное заземлен ие не допускается.

9.19 В случаях, когда н апряжения катодн ой станции н едостаточно для обеспечения необходимого защитного тока допускается последовательное соедин ени е двух катодных станций (преобразователей).

9 .20 Электрические перемычки должны выполн яться только с применением контрольно-измерительных пунктов.

9 .21 В местах сближения или пересечения трубопроводов устанавливают контрольно-измерительные колонки, в которые вводят проводники от этих трубопроводов с соответствующей маркировкой. Сечение проводников должно быть не менее 10 мм2 по алюминию. Необходимость установки перемычки определяется по результатам наладки средств электрохимической защиты при выявлении вредного влияния системы ЭХЗ одного трубопровода на другой.

9 .22 Электрические перемычки между трубопроводами должны быть установлены только в точках дренажа (кроме участков сближения или пересечения трубопроводов).

9 .23 При проектирован ии совместной дренажной защиты не скольких параллельных трубопроводов си ла дренажного тока определяется в соответствии с разделом 8.

9 .24 Дренажи обязательно должны иметь точку дренажа на трубопроводе, отвечающего условиям п. 9.12.

9 .25 Сопроти вление и сечени е элект рической перемычки не обходи мо определять по требованиям п. 9.12 и п. 9.13.

10 Особенности проектирования электрохимической защиты трубопроводов и площадок магистральных нефтепроводов

10.1 Исходн ыми дан ными для проектирован ия электрохимической защит ы яв ляются следующие данн ые:

· пла н площадки с указан ием размещени я оборудов ания и труб опроводов;

· п ере чен ь всех подземных т рубопроводов с указани ем их длины и диаметра;

· удельное электрическое сопротивле н ие грунтов на площадке и за ее пределами на расстоянии не менее 50 м, а также результаты вертикального электрического зондиров ания грунтов на глубин у до 100 м;

· максимальная температура перекачиваемого продукта;

· оценка влия н ия блуждающих токов от источников постоянного и переменного тока.

10 .2 Задачей проектирования является определение количества средств элект рохимической защиты, их мощности и размещени я.

10 .3 Общая сила защитного тока определяется по формуле:

, А ,                                                    ( 10 .1 )

где j з .пл - защитная плотность тока коммуникаций площадки, А/ м2 ;

Si      - площадь поверхност и i - того трубопровода, м2;

N пл    - общее количество подземных трубопроводов н а площадке.

10 .4 Защи тная плотность тока коммуникаций площадки определяется из таблицы 8.1.

10 .5 Оценка влияния блуждающи х токов от источников постоянного и переменного тока п роизводится в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602.

10 .6 За максимальную температуру перекачиваемого продукта принимае тся максимальная среднесуточная температура этого продукта.

10 .7 За величину удельного элект ри ческого сопротивления грунта прин имается ее минимальное значение, полученное на площадке при инженерных из ыскан иях.

Таблица 10 .1

Мин и мальная плотность защитного тока т рубопроводов площадок МН

№ пп

Удельное электрическое сопротивление грунтов, Ом·м

Наличие опасного влияния блуждающих токов

Максимальная температура перекачиваемого продукта, °С

Минимальная плотность защитного тока, мА/м2

1

Менее 10

Имеется

Более 20

35

2

Н е имеется

Менее 20

25

3

10 - 40

Име ет ся

Более 20

25

4

Не имеется

Менее 20

17

5

Более 40

Имеется

Более 20

17

6

Не имеется

Менее 20

12

10 .8 Количество установок катодной защиты коммуникаций площадки МН ( N укз ) определяется по формуле:

,                                                                                           ( 10.2 )

где I пл - общая сила защитного тока подземных коммуникаций площадки, А;

I н    - номинальная сила тока катодной станции (преобразователя) , определяемая по технической докумен тации, А;

k пл - коэффициент защиты от перегрузки катодных станций (для проектируемых площадок принимается равным 0 ,7, для существующих площадок - 0 ,85 ).

10 .9 Тип анодных заземлен ий выбирае тся в соотв етствии с разд елом 6.

10 .10 Анодн ые заземления распределяются вокруг площадки на примерно равных расстоян иях между ними.

10 .11 Ан одные заземления размещаются в грунтах наименьшего удельного электри ческого сопроти вления на расстояни и от границ площадки и других подземных металлических сооружений не мен ее чем на 40 м.

10 .12 Размещение катодных станций и анодных заземлений следует преду сматривать за пределами взрывоопасной и пожароопасной зон.

10 .13 На территории пл ощадки необходимо устанавливать контрольно-измерительные пункты для контроля поляризационного потенциала по ГОСТ 9.602 в количестве, определяемом по ГОСТ 25812 (с 01 .07.1999 г. - по ГОСТ Р 51164-98).

10 .14 При наличии блуждающих токов выбор и расчет парамет ров средств электрохимич еской защиты следует производить по указаниям разделов 4 и 8.

Если на нефтепроводе предусматривается установка электрических дренажей на расстоя н ии от площадки до 10 км, то защита от блуждающих токов должна быть осуществлена катодными станциями с автоматическим поддержанием защитного потенциала.

11 Особенности проектирования электрохимической защиты переходов магистральных нефтепроводов через водные преграды, железные и автомобильные дороги

11 .1 На переходах через водные преграды при и х длин е более 500 м на одн ом из берегов на расстояни и не более 1 км от водной преграды должна быть предусмотрен а устан овка катодной защиты.

11 .2 На всех водных переходах длиною более 500 м необходимо устанавливать кон трольно-измерительные пункты для конт роля потен циала и силы тока в трубопроводе (по падению напряжения на участке длиной не менее 50 м). Допускается исп ользовать отдельно-стоящие контрольно-измерительные пункты (рисунок 11.1 А) или кон трольно-и змерительн ые пункты с двумя клеммами от катодных выводов (рисунок 11.1 Б). Второй вариант является более предпочтительн ым для условий затрудненности подъезда к береговой линии.

11.3 На действующем трубопроводе проектирование и реконструкци я катодной защиты должна производиться на основании комплексного обследования, в которое должны включаться измерения смещени я потенциала на одном из берегов при включении и выключении установки катодной защиты на другом берегу.

11 .4 Если при комплексном обследовании установлено, что изоляционное покрытие перехода не соответствует требованиям действующих норм, то для обеспечения требуемого остаточного ресурса переход а могут быть применены нетрадиционные схемы катодн ой защиты согласованные с Госгортехн адзором РФ.

11.5 Для кожухов в грунтах средней и низкой коррозионной агрессивности (по ГОСТ 9.602) допускается минимальный поляризационный потенциал более положительный, чем минус 0 ,85 В по МСЭ (с омической составляющей - минус 0,90 В по МСЭ).

11.6 Для кожухов в грунтах средней и низкой коррозионной агрессивности и с изоляци ей, не соответствующей требованиям ГОСТ 51164, допускается применение в качестве кри терия защиты катодного смещения поляризационного потенциала (поляризации) на 100 мВ или смещения разности потенциал ов труба-земля (потенци ала с омической составляющей) на 300 мВ.

11 .7 Элект рохи ми ческая защита кожухов от подземн ой коррозии осуществляется, в основн ом, протекто рами.

Рисунок 11.1

Схема расположения контроль н о-измерительных пунктов на переходе через водные преграды

А - четыре кон трольно-измерительных пункта; Б - два контрольно-измерительных пункта с двумя катодными выводами; 1 - трубопровод; 2 -водная преграда; 3 - контрольно-измерительные пункты .

11 .8 Методика расчета параметров протекторной защиты прив едена в разделе 7. В данном случае сопротивление цепи протектор-трубопровод R пт определяется по формуле:

R пт = R пк + R пр + R рп , Ом,                                          (11.1)

где R пк   - сопротивлени е кожуха, Ом;

R пр - сопротивле н ие проводов, Ом;

R рп - с опротивление протекторов, Ом.

11 .8 .1 Сопротивление протекторов рассчитывается п о методикам раздела 7.

11.8 .2 Сопротивление кожуха определ яется по формуле:

, Ом ,                                        (11.2)

гд е R 'изм   - сопротивление изоляции кожуха, Ом·м2;

ρ г   - удельное сопротивление гру н та, Ом·м;

D к - диаметр кожуха , м;

l к    - длина кожуха, м.

11.9 На действующем переходе:

· измеряется естественный потенциал трубопровода и кожуха;

· измеряется переходное сопротивление кожуха;

· определяется по формуле (11.3) сила тока, необходимого для защиты кожуха;

· определяется количество протекторов, необходимое для обеспечения защиты кожуха на переходе.

Приложение А

Термины и понятия, используемые в Нормах

Ан о дн ое заземление - устройство, обеспечивающее сте к ани е защитного тока в землю.

Блок совместной защиты - устройство, обеспечивающее распределение защитного тока между несколькими сооружениями.

Б лу ждающи е токи - токи в земле, возника ю щие вследствие работы посторонн их источн иков тока постоянного или переменного напряжения (электрифициров анный транспорт, сварочные агрегаты, устройства электрохимической защиты посторонни х сооружений и пр.).

В ременн ая защита - электрохими ч еская защита, осуществляемая, как прав ило, протекторами или автон омн ыми установками катодн ой защиты для защиты трубопров ода до момента времени пуска в эксплуатацию основных средств защиты.

Вспомогательны й электрод (датчик потенциала) - электрод, выполненный из материала трубопровода и имеющий изоляцию такую же, как и на трубопроводе со сквозным дефектом, площадь которого определена по нормативно-технической документации.

Датчик потенциала - см. вспомогательный электрод.

Длина защитной зоны - протяженность тру б опров ода, на котором обеспече ны защитн ые потенциалы от устан овки электрохимической защиты.

Дренажная линия - проводники , соединяющие минусовую клемму источника постоянного тока с трубопроводом (катодная дренажная линия) и плюсовую клемму - с а нод ны м заземлен ием (анодная дрен ажная линия).

Защитная зона - участок трубопровода, на котором обеспечены защитные потенциалы.

Защитное заземление - заземление , предназначенное для отвода тока в землю в случае нарушения изоляции электрооборудования устройств электрохимической защиты.

Защитный потенциал - катодный потенц и ал , обеспечивающий требуемое т ормо жение коррозионного процесса.

И з оли ру ющее соединен ие - вставка между д в умя участками т рубопров ода, нарушающая его электрическую непрерывность.

Контактное соединени е - соедине н ие двух и ли более пров од ников.

Катодный вывод - устройство, обеспечивающее электрический контакт металлической сте н ки трубопров ода с измерительным прибором, расположенным на пов ерхности земли.

Катодная защита - тормож е ние скорости коррозионного процесса посредств ом сдв ига потенци ала оголенн ых участков трубопровода в сторону более отрицательных значений, чем п отенциал свободной коррозии этих участков.

Катодная ста н ция (катодный п ре об разователь) - источник постоянного тока или устройство, преобразующее переменный ток в постоянный или любую энергию (ветр о вую, солнечную, тепловую, химическую и т.д.) в постоянный ток.

Контрольно-измерительный п у нкт - устройство, п озволяющее выполнение изме рений параметров электрохими ческой защиты, параметров, связанных с коррозионным состоянием трубопровода, или параметров окружающей трубопровод среды.

Мин и мальный защит ный потен циал - минимальный (по абсолютной величине) катодный потенциал , обеспечивающий требуемую защиту от коррозии и уменьшение которого ведет к снижению уровня защиты и защитной зоны.

Максимальный защ и тн ый потен циал - максималь н ый (по абсолютной вели чин е) катодный потенциал, обеспечивающий защиту от коррозии, но увеличение которого не допускается государственными стандартами.

Поляризационный потенциал - потенциал без омической составляющей (падения н апряжения в грунте и изоляции).

П р отектор - электрод, выпол н енный из материала или сплава, имеющего более отрицательный потенциал, чем защищаемый трубопровод (в практике противокоррозионной защиты стальных трубопроводов примен яются сплавы на основе магн ия, реже на основе алюминия или цинка).

Протекторная защита - защита трубопровода с помощью протекторов.

Сопротивле н ие заземления - сопротивление заземленного электрода (электродов), включающее в себя сопротивление растеканию токов в земле и ко н та ктное сопротивление на границе раздела электрод-грунт.

Точка дренажа - место от в ода тока из трубопровода при электрохимической защите.

У стан ов ка др ен ажной защиты - комплекс устройств, состоящий из дренажа и дре н ажн ой линии, обеспечивающий отвод (дренаж) токов из трубопровода в землю или к источнику блуждающих токов.

Устано в ка катодной защиты - комплекс устройств, состоящий из катодной станции, дренажной линии и анодного заземления (а также понижающий тра н сформатор), обеспечивающий смещение потенциалов на трубопроводе в отрицательную сторону.

Установка протектор н ой защиты - установка , состоящая из нескольких параллельно работающих протекторов.

Электрод сра в нен ия - электрод, имеющий постоянный электрод н ый потен циал в данн ых условиях применения; в практике трубопроводного тран спорта чаще всего применяется медн о-сульфатный насыщенный электрод сравнения.

Приложение Б

Обозначения основных величин, используемых при расчете и проектировании электрохимической защиты

Наименование величин

Размерность

Обозначение

Параметры трубопровода

· вход н ое сопротивлен ие

Ом

Z вт

· диаме т р

м

Dт

· глубина залегания

м

H т

· коэффициент , характеризующий скорость изменения сопроти влен ия изоляции во времени

1/ год

γ

· естественная разность поте н циалов труба-земля

В

Uе

· на ч альное значение сопротивления изоляции

О м· м 2

Rиз 0

· начальное значение переходного сопротивления

О м· м 2

R'пт

· постоянная распрос т ранения тока

1 /м

α

· продольное сопротивление

Ом/ м

Rт

· сопротивление изоляции

О м· м 2

Rиз

· с оп ротивл ен ие растекан ию

О м· м 2

Rр

· толщина ст е нки

мм

δт

· удельное элек т рическое сопротивлен ие грун та

О м· м

ρг

· удельное электрическое сопротивление материала трубы

О м· м м2

ρт

· характеристическое сопротивление

Ом

Z

Параметры катодной защиты

· длина за щ итной зоны

L

· длина соединительного провода

м

lп

· коэффициент полезного действия катодной станции

б/р

η

· коэффициент защиты от перегрузки катодных станций

б/р

k пл

· коэ ффициент, учитывающий неравномерность распределения разности потенциалов труба-земля вдоль трубопровода

б/р

к

· коэффициент , учитывающий взаимовлияние соседних катодных установ ок

б/р

к в

· коэффициент нелинейности катодной поляризац и и

м 2

а

· максимальный защитный поляризационный потенциал

В

Uo

· минимальное смещение (по абсолютной величине) разности потенциалов труба-земля

В

Uтзм

· минимальный защитный поляризационный потенциал

В

Uм

· мощность на выходе катодной станции

Вт

W

· напряжение на выходе катодной станции

В

V

· номинальная сила тока

А

iк

· планируемый срок эксплуатации

годы

T

· омическое со п ротивление дефекта в изоляции

О м· м 2

R о

· плечо защиты

м

l

· поляризационное сопротивление дефекта в изоляции

О м· м 2

Rпо

· предельная плотность тока по кислороду

А / м2

jд

· п лощадь поверхности датчика потен циала

м2

Sвэ

· рассто я ние между трубопроводом и анодным заземлением

м

y

· се чение провода дренажной линии

мм2

S

· сила защитного тока

А

i

· с опротивление дренажных проводов, соединяющих к атодную станцию с трубопроводом и анодным заземлени ем

Ом

R пр

· смещение разн ости потенци алов в точке дренажа

В

Uтзо

· удельное электрическое сопротивление провода

Ом· мм2

ρм

Анодное заземление

· длина электрода

м

lэ

· д иаметр электрода

м

dэ

· диаметр наполни теля

м

dа

· глубина установки - расстояние от уровня земли до середин ы электрода

м

h

· коэффициент экранирования заземлителей

б/р

ηэ

· коэффициент экранирования вертикальных электродов

б/р

ηв

· коэффи циент экранировани я горизон тальных электродов

б/р

ηг

· коэффициент экранирования вертикальных электродов горизонтальн ым электродом· магистралью

б/р

ηвг

· коэффициент экранирования горизонтального электрода вертикальным

б/р

ηгв

· коэффициент использования материала электрода

б/р

ηи

· масса материала электродов заземления (без наполнителя)

кг

Gз

· планируемый срок службы

год

Тп

· переходное сопротивление анодного заземления

Ом

R з

· переходное сопротивление одиночного электрода

Ом

Rэ 1

· электрохимический эквивалент материала заземления

кг/А·г

qз

· сила тока, стекающего с заземления

А

iз

· сопротивление растеканию вертикального электрода

Ом

Rв

· сопроти вление растеканию горизонтального электрода

Ом

R г

· соп ротив ление растекан ию одиночного вертикального электрода

Ом

Rв 1

· сопротивление растеканию одиночного горизонтального электрода (магистрали)

Ом

R г 1

· расчетн ый срок службы

год

Tр

· удельное соп ротивление наполнителя

Ом· м

ρ a

Глубинное анодное заземление

· габаритн ый коэ ффициент

б/р

Pср

· диаметр электродов глубинного анодного заземлен ия

м

d з

· длина рабочей части глубинного заземления

м

l з

· длина глубинного заземления, включая н аполнитель

м

l а

· длина рабочей части заземления, находящейся в i -ом слое грунта

м

l з i

· длина части рабочей части заземления, находящаяся в i- ом слое грунта

м

l з i

· длин а части рабочей части заземления, находящаяся в k -ом слое грунта, имеющего минимальное удельное электрическое сопротивлен ие

м

l з k

· коэффиц иент неоднородности грунта

б/р

kг

· масса рабочей части заземления в i- ом слое грунта

кг

G з i

· площадь сечения электродов заземления

м2

sэ

· средняя сила тока, стекающего с заземления, за планируемый период его работы

А

iз .ср

· средняя величин а удельн ого соп ротивлен ия п ород п о глубине скважи ны

Ом· м

ρп

· удельное электрическое сопротивлени е ан одного материала заземле ния

Ом· м

ρэ

· удельное электри ческое сопротивл ен ие i -го слоя грунта

Ом· м

ρ i

· удельное электрическое сопротивление k -го слоя грунта (ми ни мал ьное соп ротивление из всех пересекаемых заз емлением слоев земли)

Ом· м

ρ k

· число слоев грунт а пересекаемых рабочей части заземлен ия

б/р

n

Параметры дренажной защиты

· длина дренажного кабеля

м

lк

· допусти мое падение напряжени я и дренажной ц епи

В

Uд

· коэффициент, учитывающий расстоян ие между трубопроводом и электри фицированной железной дорогой

б/р

К 1

· коэффициент, учитывающий расстояни е от трубопровода до тяговой подстанции

б/р

К 2

· коэффициент, учитывающий тип изоляционного покрытия трубопровод ов

б/р

К 3

· коэффициен т, учитывающий срок службы трубопровода

б/р

К 4

· коэффи циент, учитывающи й количество параллельно уложен ных трубопроводов

б/р

К 5

· напряжени е на выходе вольтодобав очн ог о устройства усиленного дренажа

В

Ед

· напряжение холостого хода усиленного дренажа

В

Uхх

· напряжение на зажимах проектируемого дренажного устройства при токе нагрузки

в

Uн

· паден ие напряжения в отсасывающем фидере

в

Uф

· сечение дрен ажн ого кабеля

мм2

Sд

· сила тока через электрический дрен аж

А

i д

· сред няя величина разности потенциалов между точками присоединени я дренажа к подземному сооружению и рельсами при отклю чен ном дренаже

В

U'т -р

· средняя сила тока усиленного дренажа за время оп ытного дрен иров ания

А

i уд

· сопротивлени е устан овки усиленного дренажа (без добав очн ого сопротивлени я)

Ом

Rуд

· средняя разность потенци алов между точками присоединения д ренажа к т рубоп ров оду и к рельсам в режиме п оляризованного дренажа (при отключенном вольт одобавочн ом устройстве)

В

Uпт -р

· средняя си ла тока, протекаю щего через устройство усиленн ого дренажа, работающего в режиме поляризован ного дренажа

А

iПД

Протекторная защита

· глубина установки протектора (расстояние от поверхности земли до середины протектора),

м

h

· диаметр комплектного протектора

м

da

· диаметр протектора

м

dэ

· дли на комп лектного протектора

м

lа

· длина участка трубопровода, защищаемая групповой протекторной устан овкой

м

l з

· коэффициент использования материала протектора

б/р

ηи

· коэффициент полезного действия протектора

б/р

ηп

· коэффи циент, учитывающий поляризацию протектора

В /м2

с

· м асса п ротектора

кг

mп

· пл ани руемый период работы протектора

годы

Tп

· рабо чая пов ерхн ость протектора

м2

Sп

· сила тока группов ой протекторн ой установки в н ачальн ый период

А

iпг

· с оп ротив ление растекани ю одн ого протектора

Ом

R рп

· сопротив лени е цепи протектор-т рубопровод

Ом

R пт

· стационарн ый по тенциал протектора

В

Uп

· теоретическая то коот дача материала протектора

А· ч/кг

q

· уд ельное электрическое сопротивление актив атора

Ом· м

ρ а

Параметры кожуха

· диаметр кожуха

м

D к

· естествен ная разность потен циалов кожух-земля

В

Uек

· минимальн ая защитн ая наложенная разн ость потенциалов кожух-земля

В

Uкзм

· сопроти вление цепи протектор-кожух

Ом

Rпк

· начальное переходное сопротивление кожуха

Ом

Rпнк

Площадка

· защи тная плотность тока коммуникаций площадки

А/ м2

jз .пл

· общее количество подземных т рубопроводов на площадке

Nпл

· общая сила защи тн ого тока подземных коммуникаци й площадки

А

iпл

· площадь поверхн ости i- того трубопровода

м2

Si

Экономические показатели

· коэффициент приведения эксплуатационных затрат будущи х лет к базисному году

год

f ( t )

· н орматив ный коэффициент эффективности

E

· стоимость электроэ нергии

руб./кВт· ч

Сэ

· стоимость сооружени я одного заземлит еля

ру б.

c a

· стоимость монтажа 1 м глубинного заземления

руб./м

Cr

Приложение В

Принятые сокращения терминов

Наименование терминов

Буквенное сокращен ие

Контрольно-измери тельн ый пункт

КИП

Ли ни я э лектроп ередачи

Л ЭП

М едн о- суль фатный электрод срав нени я

мсэ

Маги стральный нефтепров од

МН П

Прав ила эксплуатации электроустанов ок

ПУЭ

Технико-экон оми ческое обоснован ие

тэо

Устан овка дренажной защи ты

УДЗ

Установка катодн ой защиты

У К З

Электрохимическая защита

эхз

Приложение Г

Перечень типовых проектов по электрохимической защите подземных трубопроводов от коррозии

1. Типов ая документаци я на конструкции , издели я и узлы зданий и сооружений.

Сер и я 7 .402 -5 . Узлы и детали уст анов ок ЭХЗ п одземных трубоп ров одов от коррозии.

Выпуск 1. Монтажные схемы и узлы.

В ыпуск 2. Изделия. Рабочие чертежи.

Разработана: ВНИ ПИТран сгаз, г. Киев, 1987 г.

2 . Ти повая документация на конструкции, и зде лия и узлы зданий и сооружений.

Серия 5 .905 -6 . Узлы и детали элект рохи мзащи ты подземных инженерных сетей от коррозии. Рабочие чертежи.

3 . Унифицированные техн ические решения по ЭХЗ от коррозии подземных металлических сооружений.

Глубинный анодный заземл и тель для объектов, сооруженных в Западной Си бири.

Рабочи й проект П 3.37 03 .

Разработаны: ЮжН ИИ гипрогаз, г. Донецк, 1983 г.

4 . Типовой проект 402 -2 -25 .

Станция катодной защиты трубопроводов (С К ЗТ) с пи тан ием от воздушной линии 220 В и 10 кВ.

Альбом 1. Электрическая и механ ическая части.

Разработан: Г ип рот рубоп ровод, г. Москва, 1974 г.

5 . Типовой проект 402 -12 -52 .

Электрический дренаж для магистральных трубопроводов и кабельной с в язи от бл уждающих токов.

Альбом 1 . Электрическая и механ ическая части.

Разработан: Гипротрубопровод, г. Москва.

6 . Тип овой проект 402-11 -62.

Проектная уста н овка для защ иты магистральн ых трубопроводов от почвен ной коррози и.

А л ьбом 1. Электрическая и механическая части.

Разработан: Ги прот рубопровод , г. Москва, 1973 г.

Приложение Д

Методика расчета коэффициентов экранирования заземлителей

Д1 . Для заземлени я, электроды которого расположен ы вертикально или горизонтально, коэффициент экрани ровани я рассчитывают по формуле:

г де R ц     - сопротивлен ие растеканию центральн ого электрода, Ом;

r к     - сопротивлен ие растекани ю крайн его электрода, Ом.

Д 2 . Сопротивление растеканию центрального вертикального электродов определяют по формуле:

,

где R в 1 - сопротивл е ние растеканию одиночного вертикального электрода, Ом;

l з   - длина рабочей части электрода, м;

a   - расстояние между серединами электродов-заземлителей, м;

ρ г - удельное электрическое сопротивление грунта, Ом · м;

N - количество электродов в анодном заземлении;

h   - глубина установки электродов (расстоя н ие от поверхности земли до середины электрода), м.

Д3. Сопротивление растеканию крайнего вертикального электрода определяют по формуле:

.

Д 4 . Сопротивление растеканию центрального горизонтального электрода заземления определяют по формуле:

,

где R г 1    - сопротивление растеканию одиночного горизонтального электрода, Ом.

Д 5 . Сопротивление растеканию крайн его горизонтального электрода зазем лени я опред еляют по формуле:

.

Еще документы скачать бесплатно

Интересное

Гост 13568 Гост 520 89 Гост 9833 73 Двери гост Единицы физических величин Нормы расхода материалов в строительстве Правила оформления документов Пропускная способность трубы Пуэ Размеры спортивных площадок Сортамент Двутавров с параллельными гранями полок Технологический регламент Условное обозначение гранита на карте Фахверковые колонны Характеристики грунтов