RU2633440C1

RU2633440C1 - Method of electrochemical protection of underground metal structures

Info

Publication number: RU2633440C1
Application number: RU2016141172A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Терехин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПСС "Экспорт"
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-10-12

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method includes creating an electrical circuit by means of connecting the protected object to the negative pole of the current source and connecting the anode earthing with the positive pole of the current source, the anode earthing device being made in the form of a pipe filled with an electrically insulating compound, a current-carrying cable is passed inside the pipe, the pipe is connected to the current-carrying cable at the point farthest from the contact of the protected object with the conductor connecting it to the negative pole of the current source.

EFFECT: improving the reliability and efficiency of an anode earthing.

3 dwg

Description

Изобретение относится к катодной защите подземных металлических сооружений от коррозии, может использоваться при электрохимической защите трубопроводов, проложенных в грунте с помощью анодного заземлителя.The invention relates to cathodic protection of underground metal structures from corrosion, can be used for electrochemical protection of pipelines laid in the ground using an anode ground electrode.

Известен анодный заземлитель по патенту РФ на полезную модель №129102, C23F 13/16, 2013 г., состоящий из провода токоввода и подсоединенного к нему рабочего электрода. Рабочий электрод выполнен в виде полой сквозной или глухой трубы. Внутренняя полость электрода заполнена электроизолирующим герметизирующим составом, контакт провода токоввода с электродом осуществляется посредством упругого элемента. Торцы электрода дополнительно герметизированы термоусаживаемыми материалами. В случае использования цепочки из одиночных анодных заземлителей, все электроды располагают на одном проводе токоввода последовательно. При горизонтальном расположении заземлителя длина такой цепочки может быть практически неограниченной. При вертикальном расположении длина цепочки ограничена максимально возможной массой одиночных блоков заземлителей, которую может выдержать провод токоввода, входящий в самый верхний блок. Недостатком является верхний ввод провода токоввода в анодный заземлитель. Из-за этого возможно первоочередное разрушение электрода в области узла присоединения кабеля. После разрушения стенки верхней части пустотелого электрода под действием электрического тока происходит электрохимическая связь защищаемого объекта непосредственно с узлом присоединения кабеля к электроду. Это приводит к неравномерному разрушению электрода, возможному отделению верхней части электрода от нижней, возможному отсоединению кабеля. Анодный заземлитель не обладает достаточной надежностью. Вследствие преждевременного разрушения электрода анодный заземлитель имеет низкую эффективность из-за неполной выработки тела электрода.Known anode ground electrode according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 129102, C23F 13/16, 2013, consisting of a current lead wire and a working electrode connected to it. The working electrode is made in the form of a hollow through or blind pipe. The internal cavity of the electrode is filled with an electrically insulating sealing compound, the contact of the current lead wire with the electrode is carried out by means of an elastic element. The ends of the electrode are additionally sealed with heat-shrinkable materials. In the case of using a chain of single anode grounding conductors, all the electrodes are placed on one wire of the current lead in series. With a horizontal arrangement of the ground electrode, the length of such a chain can be almost unlimited. With a vertical arrangement, the length of the chain is limited by the maximum possible mass of single earthing units, which the current lead wire included in the uppermost block can withstand. The disadvantage is the upper input of the current lead wire to the anode ground electrode. Because of this, the primary destruction of the electrode in the area of the cable connection unit is possible. After the destruction of the wall of the upper part of the hollow electrode under the influence of an electric current, an electrochemical connection of the protected object takes place directly with the node connecting the cable to the electrode. This leads to uneven destruction of the electrode, the possible separation of the upper part of the electrode from the bottom, the possible disconnection of the cable. The anode earthing switch does not have sufficient reliability. Due to premature destruction of the electrode, the anode earthing switch has low efficiency due to incomplete production of the electrode body.

Известен способ сборки глубинного анодного заземлителя по патенту РФ на изобретение №2194093, C23F 13/08, 2002. Способ включает сборку в гирлянду электрически и механически последовательно соединенных между собой анодных заземлителей. Каждый анодный заземлитель содержит центральный электрод со слоем активатора вокруг него, выполненного в виде соосного ему цилиндра. Каждый отдельный анодный заземлитель может служить как самостоятельный анод в системе электрохимической защиты. Верхний конец самого верхнего анодного заземлителя в гирлянде оканчивается муфтой с уплотнительным кольцом для установки токоввода. Нижний конец самого нижнего анодного заземлителя в гирлянде заканчивается концом электрода с наружной конической резьбой, что дает возможность подключения дополнительного токоподвода к глубинному анодному заземлителю. Нижний конец изолируют активаторной массой. Недостатком является неравномерное распределение защитного тока по высоте размещения анодного заземлителя или цепочки анодных заземлителей из-за верхнего соединения тела анодного заземлителя с токовводом, в том числе при использовании дополнительного токоподвода. Это объясняется тем, что при электрохимической защите, верхняя точка ввода токоввода анодного заземлителя расположена на ближайшем расстоянии от защищаемого объекта. Именно через эту точку замыкается электрическая цепь при прохождении электрического тока через электролит грунта. После разрушения близлежащего участка заземлителя образуется электрохимическая связь с верхним узлом присоединения токоввода и его разрушение, что приводит к снижению срока службы анодного заземлителя.A known method of assembling a deep anode ground electrode according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2194093, C23F 13/08, 2002. The method includes assembling an anode grounding conductors electrically and mechanically connected in series with each other. Each anode ground electrode contains a central electrode with an activator layer around it, made in the form of a cylinder coaxial to it. Each individual anode ground electrode can serve as an independent anode in the electrochemical protection system. The upper end of the uppermost anode earthing switch in the garland ends with a coupling with a sealing ring for installing a current lead. The lower end of the lowest anode ground electrode in the garland ends with the end of the electrode with an external conical thread, which makes it possible to connect an additional current supply to the deep anode ground electrode. The lower end is isolated with an activator mass. The disadvantage is the uneven distribution of the protective current along the height of the anode ground electrode or the chain of anode ground electrodes due to the upper connection of the body of the anode ground electrode to the current lead, including when using an additional current lead. This is because with electrochemical protection, the upper input point of the current input of the anode ground electrode is located at the closest distance from the protected object. It is through this point that the electric circuit closes when an electric current passes through the soil electrolyte. After the destruction of the adjacent section of the ground electrode, an electrochemical bond is formed with the upper node of the current lead connection and its destruction, which leads to a decrease in the service life of the anode ground electrode.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений по а.с. SU №1807090, C23F 3/02, 1993. Способ включает подключение через соединительные провода минусовой клеммы источника постоянного тока к защищаемому сооружению, а плюсовой клеммы - к анодному заземлению. Анодное заземление расположено вдоль защищаемой поверхности в виде магистрали, соединяющей равномерно распределенные на ней заземлители. Подключение плюсовой клеммы осуществляют к магистрали, соединяющей анодные заземлители через соединительную линию не менее, чем в двух местах. Применяют анодные заземлители, имеющие переменную длину или диаметр, возрастающие с увеличением расстояния от места подключения. В соединительной магистрали применяют провода с дискретно переменным сечением, уменьшающимся с удалением от места подключения к магистрали соединительной линии. Недостатком является сложность осуществления способа, а так же наличие анодных заземлителей, или их частей, более удаленных от защищаемой поверхности, чем узлы присоединения анодных заземлителей к соединительной линии. За счет этого, в первую очередь начинают разрушаться места, расположенные вблизи соединения анодных заземлителей с тоководами, т.к. электрический ток протекает по кратчайшему пути через электролит грунта. Основная рабочая площадь электрода оказывается максимально приближенной к узлу присоединения кабеля к электроду. Это приводит к не эффективной работе заземлителей, их преждевременному выходу из строя.As the closest analogue to the claimed technical solution, the method of electrochemical protection of underground metal structures according to a.s. SU No. 1807090, C23F 3/02, 1993. The method includes connecting through the connecting wires the negative terminal of the DC source to the protected structure, and the positive terminal to the anode ground. Anode grounding is located along the surface to be protected in the form of a trunk connecting grounding conductors evenly distributed on it. Connection of the positive terminal is carried out to the line connecting the anode earthing switches through the connecting line in at least two places. Apply anode grounding conductors having a variable length or diameter, increasing with increasing distance from the connection point. In the connecting line, wires are used with a discretely variable section, decreasing with distance from the point of connection to the trunk of the connecting line. The disadvantage is the complexity of the method, as well as the presence of anode grounding conductors, or parts thereof, more remote from the surface to be protected than the nodes connecting the anode grounding conductors to the connecting line. Due to this, first of all, the places located near the junction of the anode grounding conductors with current conductors begin to break down, because electric current flows along the shortest path through the soil electrolyte. The main working area of the electrode is as close as possible to the node connecting the cable to the electrode. This leads to ineffective grounding, their premature failure.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности работы анодного заземлителя.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and efficiency of the anode ground electrode.

Технический результат достигается за счет того, что в способе электрохимической защиты подземных металлических сооружений, включающем создание электрической цепи путем соединения защищаемого объекта с отрицательным полюсом источника тока и соединение анодного заземлителя с положительным полюсом источника тока, согласно изобретению, анодный заземлитель выполняют в виде полой трубы, заполненной электроизолирующим, герметизирующим составом, внутри которой пропускают токоподводящий кабель, тело анодного заземлителя соединяют с токоподводящим кабелем в точке, наиболее удаленной от контакта защищаемого объекта с проводником, соединяющим его с отрицательным полюсом источника тока.The technical result is achieved due to the fact that in the method of electrochemical protection of underground metal structures, including the creation of an electrical circuit by connecting the protected object to the negative pole of the current source and connecting the anode ground electrode to the positive pole of the current source, according to the invention, the anode ground electrode is made in the form of a hollow pipe, filled with an electrical insulating, sealing compound, inside of which a current-carrying cable is passed, the body of the anode ground electrode is connected to a current odvodyaschim cable at the point farthest from the object to be protected contact with the conductor connecting it to the negative pole of the current source.

Технический результат обеспечивается тем, что соединение тела анодного заземлителя с кабелем в точке наиболее удаленной от точки контакта защищаемого объекта с проводником от отрицательного полюса позволяет избежать разрушения тела анода вблизи данного узла соединения. Тело анодного заземлителя, являющееся разрушаемым электродом, выполняют в виде трубы. В электрической цепи: источник тока - анодный заземлитель - токопроводящая среда грунта - защищаемый объект - источник тока, сопротивление анодного заземлителя меньше сопротивления грунта. Поэтому электрический ток, стекая с анодного заземлителя, стремится далее пройти в грунте по пути наименьшего сопротивления почвы, т.е., по наикратчайшему расстоянию от заземлителя до защищаемой поверхности. За счет того, что электрический ток поступает на анодный заземлитель в точке, наиболее удаленной от точки контакта защищаемого объекта с проводником электрической цепи, он стремится стечь с трубы во всех иных точках, более близких к защищаемому объекту. Выполнение электрода анодного заземлителя в виде полой трубы, заполненной электроизолирующим составом, обеспечивает течение электрического тока от узла присоединения кабеля вдоль тела трубы к точке наименьшего удаления от источника тока. При этом происходит стечение электрического тока со всей ее поверхности, что приводит к равномерному разрушению электрода по всей площади рабочей поверхности. За счет исключения первоочередного разрушения электрода вблизи места присоединения к нему кабеля повышается надежность работы анодного заземлителя, а так же эффективность, т.к., до момента разрушения происходит максимальная выработка тела электрода. Кроме того, проведение токоподводящего кабеля к месту соединения внутри полой трубы с засыпкой обеспечивает его механическую целостность за счет исключения внешнего воздействия на кабель. Заполнение свободного пространства полой трубы засыпкой из электроизолирующего, герметизирующего состава предотвращает течение электрического тока после разложения рабочих стенок анодного заземлителя через узел соединения кабеля с электродом.The technical result is ensured by the fact that the connection of the body of the anode ground electrode with the cable at the point farthest from the point of contact of the protected object with the conductor from the negative pole avoids the destruction of the anode body near this connection node. The body of the anode ground electrode, which is a destructible electrode, is made in the form of a pipe. In the electric circuit: current source - anode ground electrode - conductive soil medium - protected object - current source, the resistance of the anode ground electrode is less than the soil resistance. Therefore, an electric current flowing down from the anode ground electrode further strives to pass in the soil along the path of least soil resistance, i.e., over the shortest distance from the ground electrode to the protected surface. Due to the fact that the electric current flows to the anode ground electrode at the point farthest from the point of contact of the protected object with the electric circuit conductor, it tends to drain from the pipe at all other points closer to the protected object. The implementation of the anode earthing electrode in the form of a hollow pipe filled with an insulating composition ensures the flow of electric current from the cable attachment site along the pipe body to the point of least distance from the current source. In this case, a flow of electric current from its entire surface occurs, which leads to uniform destruction of the electrode over the entire area of the working surface. By eliminating the primary destruction of the electrode near the point where the cable is attached to it, the reliability of the anode earthing switch increases, as well as efficiency, because, until the destruction occurs, the maximum development of the electrode body occurs. In addition, conducting the current-carrying cable to the junction inside the hollow pipe with backfill ensures its mechanical integrity by eliminating external influences on the cable. Filling the empty space of a hollow pipe with a backfill of an electrically insulating, sealing composition prevents the flow of electric current after the working walls of the anode ground electrode are decomposed through the cable-electrode connection unit.

На фиг. 1 представлена схема электрической цепи при вертикальном расположении анодного заземлителя.In FIG. 1 shows a circuit diagram for a vertical arrangement of the anode ground electrode.

На фиг. 2 представлена схема электрической цепи при горизонтальном расположении анодного заземлителя.In FIG. 2 shows a circuit diagram of a horizontal arrangement of the anode ground electrode.

На фиг. 3 представлен разрез анодного заземлителя.In FIG. 3 shows a section of the anode ground electrode.

Анодный заземлитель 1 состоит из токопроводящего электрода, корпус которого выполнен в виде трубы 2, т.е. пустотелого цилиндра. Внутри трубы 2 размещен соединительный кабель 3. Анодный заземлитель содержит узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2. Трубу 2 заполняют внутри электроизолирующим, герметизирующим составом 5. Тело электрода выполняют из любых токопроводящих материалов, таких как, металл, графит, полимерный токопроводящий материал, из композитного материала, содержащего соединение металла или полимера с электропроводящим графитом или техуглеродом.The anode ground electrode 1 consists of a conductive electrode, the housing of which is made in the form of a pipe 2, i.e. hollow cylinder. A connecting cable 3 is placed inside the pipe 2. The anode ground electrode contains a connection node 4 of the cable 3 with the pipe 2. The pipe 2 is filled inside with an electrical insulating, sealing compound 5. The electrode body is made of any conductive materials, such as metal, graphite, polymer conductive material, a composite material containing a compound of a metal or polymer with electrically conductive graphite or carbon black.

Например, в анодах марки «Менделеевец» применяют металл или сплавы металла, в анодах ЭГТ применяют графит и композиты или полимеры с электропроводящим графитом, в анодах АЗП-РА - композиты или полимеры с электропроводящим техническим углеродом. Узел соединения 4 выполняют в виде втулки 6 из любых вышеуказанных токопроводящих материалов и устанавливают в торец трубы 2 электрода с помощью резьбового соединения, или посредством электропроводящего клея, например, клеящего состава Арзамит, или иным другим способом. Втулка 6 снабжена соединительным элементом 7 для присоединения кабеля 3. Соединительный элемент 7 может быть выполнен, например, в виде клина, или резьбового зажима. С целью исключения внешнего воздействия на узел соединения 4, такого как попадание внутрь агрессивной среды, узел соединения 4 может быть закрыт электроизоляционной, ударопрочной, концевой термоусаживаемой муфтой 11. Торец электрода 1 со стороны присоединения кабеля 3 предварительно изолируют гидрофобным электроизолирующим составом.For example, metal or metal alloys are used in Mendelevets brand anodes, graphite and composites or polymers with electrically conductive graphite are used in EGT anodes, composites or polymers with electrically conductive carbon black are used in AZP-RA anodes. The connection unit 4 is made in the form of a sleeve 6 of any of the above conductive materials and is installed in the end of the electrode pipe 2 using a threaded connection, or by means of an electrically conductive adhesive, for example, Arzamit adhesive composition, or in another other way. The sleeve 6 is provided with a connecting element 7 for connecting the cable 3. The connecting element 7 can be made, for example, in the form of a wedge, or a threaded clamp. In order to exclude external influences on the connection unit 4, such as penetration into an aggressive environment, the connection unit 4 can be closed by an electrical insulating, shockproof, heat-shrinkable end sleeve 11. The end face of the electrode 1 from the connection side of the cable 3 is pre-insulated with a hydrophobic insulating composition.

Способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений осуществляют следующим образом.The method of electrochemical protection of underground metal structures is as follows.

К защищаемому объекту, например, трубопроводу 8, находящемуся в земле, от отрицательного полюса источника тока 9 подводят дренажный кабель 10 в точке контакта 12. В качестве источника тока 9 может использоваться катодная станция. Положительный полюс источника тока 9 соединяют соединительным кабелем 3 с анодным заземлителем 1, находящимся в грунте ниже защищаемого трубопровода 8. При вертикальном расположении анодного заземлителя 1 в грунте узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2 анодного заземлителя 1 располагают в его нижней части. При горизонтальном расположении анодного заземлителя 1 в грунте узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2 заземлителя 1 располагают в точке, наиболее удаленной от точки контакта 12 дренажного кабеля 10 с трубопроводом 8, на дальнем конце анодного заземлителя 1. После подключения анодного заземлителя 1 к положительному полюсу источника тока 9, а защищаемого сооружения 8 - к отрицательному полюсу источника тока 9, защищаемый объект 8 становится катодом. В процессе защиты труба-электрод 2 растворяется и разрушается, сохраняя неповрежденным объект защиты 8. При этом электрический ток, попадая через узел соединения 4 на тело электрода, проходит вдоль всей трубы 2, максимально задействовав площадь электрода в качестве его рабочей поверхности. Это обеспечивается подключением кабеля 3 в самой дальней от контакта 12 трубопровода 8 точке трубы 2. Электрический ток в токопроводящем грунте протекает по пути наименьшего сопротивления. Вследствие того, что сопротивление анодного заземлителя меньше сопротивления почвы, движение тока при электрохимической реакции катодной защиты трубопровода 8 протекает следующим образом: источник тока 9 - кабель 3 - труба 2 анодного заземлителя 1 - наикратчайшее расстояние до контакта 12 трубопровода 8 в почве, т.е. путь наименьшего сопротивления грунта - защищаемый трубопровод 8 - источник тока 9. При вертикальной установке анодного заземлителя 1 наикратчайшим расстоянием от него до защищаемого объекта 8 является расстояние от верхней точки трубы 2 до точки подключения 12 дренажного кабеля 10 к защищаемому трубопроводу 8. Электрический ток от узла соединения 4 проходит по всей длине трубы 2 и далее идет через почву по кратчайшему пути наименьшего сопротивления грунта до трубопровода 8. При горизонтальном расположении анодного заземлителя 1 узел соединения 4 располагают на наиболее удаленном конце трубы 2 от точки 12 подключения дренажного кабеля 10 к защищаемому трубопроводу 8. Электрический ток, стремясь пройти по кратчайшему расстоянию через электролит грунта, проходит вдоль всей поверхности трубы 2 анодного заземлителя 1. Электрический ток на поверхности защищаемого трубопровода 8 создает катодную поляризацию микрогальванических пар. При этом труба 2 постепенно разрушается равномерно по всей поверхности, а коррозия защищаемой поверхности трубопровода 8 практически сводится к нулю. Равномерное разрушение трубы 2 анодного заземлителя 1 предотвращает его преждевременный выход из строя, увеличивая долговечность его работы. При этом защищается от механических повреждений и сам соединительный кабель 3, находящийся внутри трубы 2. Все это обеспечивает надежность работы устройства. Эффективность работы анодного заземлителя 1 повышается за счет того, что при исключении более быстрого разрушения одних частей трубы 2 по отношению к другим происходит максимальная выработка всего тела анода.To the protected object, for example, a pipeline 8 located in the ground, from the negative pole of the current source 9, a drainage cable 10 is connected at the point of contact 12. A cathode station can be used as a current source 9. The positive pole of the current source 9 is connected by a connecting cable 3 to the anode ground electrode 1, located in the ground below the protected pipeline 8. With the vertical location of the anode ground electrode 1 in the ground, the connection node 4 of the cable 3 with the pipe 2 of the anode ground electrode 1 is located in its lower part. With the horizontal location of the anode ground electrode 1 in the ground, the connection node 4 of the cable 3 with the pipe 2 of the ground electrode 1 is located at the point farthest from the point of contact 12 of the drain cable 10 with the pipe 8, at the far end of the anode ground electrode 1. After connecting the anode ground electrode 1 to the positive pole the current source 9, and the protected structure 8 to the negative pole of the current source 9, the protected object 8 becomes the cathode. In the process of protection, the tube-electrode 2 dissolves and collapses, keeping the object of protection 8 intact. At the same time, the electric current passing through the connection unit 4 to the electrode body passes along the entire tube 2, making maximum use of the electrode area as its working surface. This is achieved by connecting the cable 3 at the point of the pipe 2 farthest from the contact 12 of the pipeline 8. The electric current in the conductive soil flows along the path of least resistance. Due to the fact that the resistance of the anode ground electrode is less than the resistance of the soil, the current movement during the electrochemical reaction of the cathodic protection of pipeline 8 proceeds as follows: current source 9 - cable 3 - pipe 2 of the anode ground electrode 1 - the shortest distance to the contact 12 of pipe 8 in the soil, i.e. . the path of least ground resistance is the protected pipeline 8 - the current source 9. When the anode ground electrode 1 is vertically installed, the shortest distance from it to the protected object 8 is the distance from the top point of the pipe 2 to the point of connection 12 of the drain cable 10 to the protected pipeline 8. Electric current from the unit connection 4 passes along the entire length of pipe 2 and then goes through the soil along the shortest path of least soil resistance to pipeline 8. With a horizontal arrangement of the anode ground electrode 1 the node is connected 4 are placed at the farthest end of the pipe 2 from the point 12 of connecting the drainage cable 10 to the protected pipe 8. Electric current, trying to pass through the shortest distance through the soil electrolyte, passes along the entire surface of the pipe 2 of the anode ground electrode 1. The electric current on the surface of the protected pipe 8 creates cathodic polarization of microgalvanic pairs. In this case, the pipe 2 is gradually destroyed uniformly over the entire surface, and the corrosion of the protected surface of the pipe 8 is practically reduced to zero. The uniform destruction of the pipe 2 of the anode ground electrode 1 prevents its premature failure, increasing the durability of its work. At the same time, the connecting cable 3 located inside the pipe 2 is also protected from mechanical damage. All this ensures the reliability of the device. The efficiency of the anode ground electrode 1 increases due to the fact that with the exception of the more rapid destruction of some parts of the pipe 2 in relation to others, the maximum development of the entire body of the anode occurs.

Таким образом, предлагаемый способ электрохимической защиты позволяет повысить надежность и эффективность работы анодного заземлителя.Thus, the proposed method of electrochemical protection can improve the reliability and efficiency of the anode ground electrode.

Claims

A method of electrochemical protection of underground metal structures, including the creation of an electrical circuit by connecting a protected object with a negative pole of a current source and connecting an anode ground electrode with a positive pole of a current source, characterized in that they use an anode ground electrode made in the form of a pipe filled with an electrically insulating composition, inside of which a current-supply cable, while the pipe is connected to the current-supply cable at the point farthest from the contact of the protected object a conductor connecting it to the negative pole of the current source.