9 - 2006

Автоматизация расчетов электрохимзащиты в среде ElectriCS ECP

Александр Салин

Расчет электрических характеристик защищаемых объектов

Расчет параметров установок катодной защиты трубопроводов

Расчет параметров подпочвенного анодного заземления

Расчет параметров глубинного анодного заземления

Расчет мощности УКЗ

Расчет протекторной защиты

Одна из самых больших опасностей, подстерегающих металлические конструкции, — электрохимическая коррозия, то есть разрушение металла, сопровождаемое появлением электрического тока. Этот наиболее распространенный вид коррозии (разрушение металлических изделий в пресной и морской воде, в атмосфере, почве, коррозия машин и аппаратов в химической промышленности и т.д.) наблюдается в случае взаимодействия металлов с различными электролитами — водой, почвой, химическими веществами; при этом корродирующая поверхность выступает в качестве короткозамкнутого многоэлектродного гальванического элемента. Материальный эффект электрохимического разрушения (растворения) сосредоточен на анодных участках металла, термодинамически неустойчивого в данных коррозионных условиях.

Уменьшить скорость электрохимической коррозии призвана электрохимическая защита (ЭХЗ), заключающаяся в катодной или анодной поляризации металлической конструкции. Катодная защита внешним током осуществляется при помощи постоянного тока от внешнего источника: к отрицательному полюсу (катоду) присоединяется защищаемый металл, а к положительному — дополнительный электрод (заземление), поляризуемый анодно. При протекторной защите конструкция соединяется с металлом, имеющим более отрицательный потенциал. На практике шире применяется катодная защита.

Для автоматизированного расчета электрохимзащиты магистральных трубопроводов на основе РД 153-39.4-039-99 «Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок МН» разработана система ElectriCS ECP1  (на сегодня доступна первая версия этого программного продукта).

В среде ElectriCS ECP выполняются следующие виды расчетов:

•  электрические характеристики защищаемых объектов;

•  параметры установок катодной защиты трубопроводов;

•  параметры подпочвенного анодного заземления;

•  параметры глубинного анодного заземления;

•  мощность на выходе катодной станции;

•  протекторная защита.

Все расчеты можно производить как по отдельности, так и в виде технологических цепочек, когда исходные данные для определенного типа расчета автоматически берутся из результатов предшествующих расчетов, выполненных в рамках одного проекта. Так, при расчете анодного заземления сила стекающего тока на начало и конец эксплуатации либо вводится автономно, либо автоматически берется из результатов расчета установок катодной защиты. Таким же образом можно производить расчет характеристик защищаемого объекта и т.д.

Расчет электрических характеристик защищаемых объектов

Основными параметрами, характеризующими величину и распределение защитного тока, являются электрические характеристики защищаемых объектов. Исходными данными для их определения служат диаметр трубопровода, марка стали и толщина стенки трубы, глубина укладки трубопровода, сопротивление изоляции и удельное сопротивление грунта вдоль трубопровода. Удельное электрическое сопротивление грунта на глубине укладки трубопровода определяется по данным изысканий: измерения выполняются через каждые 100 м и дополнительно во всех местах понижения рельефа (овраги, реки, ручьи, болота и т.п.).

Первичными электрическими параметрами трубопровода, получаемыми в результате расчета, являются переходное и продольное сопротивление. К вторичным электрическим параметрам относятся постоянная распространения тока и входное или характеристическое сопротивление, которые вычисляются через переходное и продольное сопротивление.

Для расчета электрических характеристик защищаемых объектов необходимо ввести исходные данные, а также указать характеристики грунтов вдоль трубопровода. Пример ввода исходных данных и просмотра результатов расчета приведен на рис. 1.

Рис. 1

В начало В начало

Расчет параметров установок катодной защиты трубопроводов

В качестве исходных данных для расчета установок катодной защиты используются результаты расчета характеристик защищаемого объекта, а также удельное электрическое сопротивление грунта в поле токов катодной защиты, которое берется из характеристик грунта вдоль трубопровода.

Основные расчетные параметры катодной защиты — сила тока установки катодной защиты и длина защитной зоны, создаваемой этой установкой.

Для определения параметров установок катодной защиты необходимы ввод исходных данных и расчет характеристик объекта. Пример ввода исходных данных и просмотра результатов расчета установок катодной защиты и мощности УКЗ показан на рис. 2.

Рис. 2

В начало В начало

Расчет параметров подпочвенного анодного заземления

Подпочвенное анодное заземление устанавливается в грунтах при глубине погружения 10 м и ниже — с горизонтальным, вертикальным или комбинированным расположением электродов.

Исходные данные для расчета заземления включают его конструктивные характеристики (длина и диаметр электрода, расстояние между электродами и т.д.), удельное электрическое сопротивление грунта в месте расположения анодного заземления и силу тока, стекающего с заземления. Последний из перечисленных параметров может быть автоматически взят из результатов расчета установок катодной защиты.

Основные расчетные параметры: необходимое число электродов и сопротивление растеканию заземления.

Ввод исходных данных и просмотр результатов расчета подпочвенного анодного заземления представлены на рис. 3.

Рис. 3

В начало В начало

Расчет параметров глубинного анодного заземления

Глубинное анодное заземление устанавливается в следующих случаях:

•  при удельном электрическом сопротивлении верхнего слоя грунта вдвое более высоком, чем сопротивление подстилающего слоя;

•  при недостаточной площади, не позволяющей разместить подпочвенное анодное заземление;

•  при затруднениях с прокладкой кабельной или воздушной анодной дренажной линии;

•  при невозможности удалить анодное заземление на расчетное расстояние от защищаемого объекта.

Исходными данными для расчета глубинного анодного заземления являются конструктивные характеристики (диаметр электрода, наличие засыпки электрода и т.п.), удельное электрическое сопротивление грунта вдоль электрода глубинного заземления и сила тока, стекающего с заземления. Последний из перечисленных параметров может быть автоматически взят из результатов расчета установок катодной защиты.

Основные расчетные параметры — оптимальная длина рабочей части глубинного заземления и сопротивление растеканию заземления.

Для расчета параметров необходимо ввести исходные данные, а также характеристики грунта вдоль глубинного анодного заземления. Ввод исходных данных и просмотр результатов расчета показаны на рис. 4.

Рис. 4

В начало В начало

Расчет мощности УКЗ

Исходными данными для расчета мощности УКЗ служат входное сопротивление трубопровода, сопротивление анодного заземления, сила тока катодной установки и характеристики дренажного провода.

Основные расчетные параметры: напряжение и мощность УКЗ.

Помимо исходных данных необходимы результаты расчета параметров установок катодной защиты и анодного заземления (подпочвенного или глубинного). Если в проекте представлены оба результата расчета анодного заземления, используются данные подпочвенного.

В начало В начало

Расчет протекторной защиты

Протекторная защита от подземной коррозии устанавливается в следующих случаях:

•  на трубопроводах при сопротивлении изоляции не менее 3·102 Ом·м2;

•  на трубопроводах в комплексе с установками катодной защиты для обеспечения защитного потенциала на участке между установками;

•  для защиты кожухов на переходах через железные и автомобильные дороги;

•  для защиты днищ отдельных резервуаров.

Исходными данными для расчета протекторной защиты являются сопротивление изоляционного покрытия, диаметр трубопровода, электрохимические характеристики протекторов и удельное электрическое сопротивление грунта вдоль трубопровода.

Основные расчетные параметры — сила тока в цепи «протектор — труба», длина защищаемого участка и срок службы протекторов.

Для расчета следует ввести исходные данные для протекторной защиты и характеристики грунта вдоль трубопровода. Ввод исходных данных и просмотр результатов расчета показан на рис. 5.

Рис. 5

 

Рис. 6

 

Рис. 7

Результаты расчета (причем в любой необходимой пользователю форме) можно вывести в MS Word. На рис. 6 и 7 приведен пример результатов, представленных в виде таблиц.

Система ElectriCS ECP работает под управлением MS Windows (не ниже NT 4.0). В качестве документатора используется MS Word (2000 и выше). Минимальные требования к компьютеру: ПК типа Pentium II c оперативной памятью 64 Мбайт.

Применение ElectriCS ECP значительно повышает производительность труда проектировщиков в части расчета электрохимзащиты. А благодаря возможности многовариантных расчетов ЭХЗ улучшается и качество проекта.


1Разработчик — компания Consistent Software Development (www.consistent.ru).

В начало В начало

САПР и графика 9`2006