Методика расчета

Методика расчета позволяет определить параметры катодных станций, необходимых для обеспечения защитного потенциала на всех сооружениях, которые расположены в зоне действия установок электрохимической защиты. За основной расчетный параметр принята величина средней плотности защитного тока, представляющая собой отношение тока катодной станции к суммарной поверхности всех защищаемых сооружений. Исходными данными для расчета катодной защиты являются параметры сооружений и величина удельного сопротивления грунта.

Методику расчета электрохимической катодной защиты подземных сооружений рассмотрим на следующем примере.

Исходные данные

Параметры защищаемых водопроводов, теплопроводов и газопроводов приведены в таблице:

Водопроводы		Теплопроводы		Газопроводы
D, мм	l, м	D, мм	l, м	D, мм	l, м
100	680	2х70	134	89	70
150	300	2х100	266	100	323
200	253	2х125	155	150	624
		2х200	284	200	732
		2х250	158

Коррозионная активность грунта колеблется в пределах (10-50) Омм. Принимаем среднее значение  = 30 Омм.

Площадь защищаемой территории 10 га.

Расчет

1. Общая поверхность трубопроводов S, м², имеющих между собой технологические соединения, обеспечивающие электрический контакт, или соединенных специальными перемычками, определяется по формуле:

,

где S  суммарная площадь поверхности трубопроводов, м²;

d_i  диаметр трубопровода, мм;

l_i  длина участка трубопровода, имеющего диаметр d_i, м.

Поверхность всех водопроводов

S_в = 3,14(100680 + 150300 + 200253)10^-3 = 514 м².

Поверхность всех теплопроводов

S_т = 3,142(70134 + 100266 +125155 + 200284 + + 250158)10^-3 = = 952,9 м².

Поверхность всех газопроводов

S_г = 3,14(8970 + 100323 + 150624 + 200732) = 875 м².

Суммарная поверхность всех трубопроводов, электрически связанных между собой, равна

S = S_в + S_т + S_г = 514 + 952,9 + 875 = 2341,9 м².

2. Средняя плотность тока, необходимого для защиты трубопроводов, определяется по формуле

i = 30 – (99b + 128c + 33,9d + 3,33e + 0,61f + 4,96)10^-3,

где i = плотность тока, мА/м²;

b = (S_в/S)100, c = (S_т/S)100  коэффициенты, отражающие удельную долю поверхности соответственно водопровода, и теплопровода от суммарной площади всех трубопроводов в %;

d = S_г/S_тер, e = S_в/S_тер, f = S_т/S_тер – коэффициенты, соответствующие площади поверхности каждого из трубопроводов, приходящейся на единицу поверхности территории, м²/га.

При отсутствии какого-либо вида трубопроводов значения соответствующих им коэффициентов принимаются равными нулю. При защите только газопровода средняя плотность защитного тока определяется по формуле

i = 20,1 + (99 – 33,9d – 4,96)10^-3.

Если полученное значение средней плотности защитного тока менее 6 мА/м², то в дальнейших расчетах оно принимается равным 6 мА/м².

Определяем величины перечисленных коэффициентов:

b = (S_в/S)100 = (514/2341,9)100 = 22 %

c = (S_т/S)100 = (952,9/2341,9)100 = 40,7 %

d = (S_г/S) = 875/10 = 87,5 м²/га

e = (S_в/S) = 514/10 = 51,4 м²/га

f = (S_т/S) = 952,9/10 = 95,3 м²/га

Подставив найденные значения коэффициентов и значение  в формулу, получим:

i = 30 – (9922 + 12840,7 + 33,987,5 + 3,3351,4 + 0,6195,3 + + 4,9630)10^-3 = 19,27 мА/м².

3. Величина суммарного защитного тока, необходимого для обеспечения катодной поляризации всех подземных трубопроводов:

I = kiS = 1,250,019272341,9 = 56,4 А,

где k – коэффициент запаса катодной станции по току, принимаемый равным 1,2-1,3.

Число катодных станций определяют из условий оптимального размещения анодных заземлителей, наличия источников питания, а также с учетом того, чтобы значение тока одной катодной станции по возможности не превосходило 25 А. Число катодных установок приближенно может быть определено по формуле n = I/25. В нашем случае n = 56,4/25  2 станции с током по 28 А.

4. По плану территории предприятия находим места расположения катодных станций и анодных заземлителей. Радиус действия катодной станции определяется по формуле

где I_к.с. – ток катодной станции, А;

k – удельная плотность сооружений, k = S/S_тер.

Определим удельную плотность сооружения:

k = 2341,9/10 = 234,2 м²/га.

Подставив значения в формулу, получим:

Полученные радиусы действия каждой катодной станции должны охватывать всю территорию района защиты. В противном случае необходимо изменить либо места расположения катодных установок, либо величину их токов.

5. По табл. 15-17 для  = 30 Ом/м выбираем анодное заземление из 8 уголков 80х80х8 мм длиной по 2,5 м каждый с сопротивлением растеканию тока R_а.з = 0,63 Ом.

Анодные заземления должны находиться не ближе 25-30 м от защищаемых сооружений. При невозможности выполнения этого условия применяют распределенные заземления, состоящие из двух и более групп электродов, расположенных на отдельных участках. Группы электродов соединяют кабелем между собой или непосредственно с катодной станцией. Между защищаемым сооружением и заземлением не должны находиться другие металлические предметы.

6. Рассчитываем допустимое сопротивление соединительного кабеля учетом запаса на развитие сети 50 % по формуле

R_к = (U_кс /I – R_аз)/1,5 = (48/28 – 0,63)/1,5 = 0,72,

где R_к – величина сопротивления соединительного кабеля катодной станции, Ом;

U_кс – величина напряжения на зажимах катодной станции, В;

I – величина защитного тока катодной станции, А;

R_аз – величина сопротивления растеканию анодного заземления, Ом.

В формулу подставляется максимальное значение U_кс для выбранного типа катодной станции. Тип катодной станции подбирается в соответствие с техническими характеристиками выпускаемых промышленностью катодных станций, приведенных в табл. 14. Выбираем станцию катодной защиты типа ПАСК-М-2 с параметрами: U_вых = 96/48 В; I = 21/42 А. Станция обеспечивает автоматическое поддержание заданного потенциала. Сечение соединительного кабеля катодной станции проверяется на допустимые длительные токовые нагрузки.

Для принятого значения R_аз и соответствующего значения удельного сопротивления грунта _к участка, на котором предполагается установка анодного заземления, определяется количество электродов анодного заземления по табл. 15-17.

7. Выходное напряжение катодной станции:

U_вых = I(R_а.з + R_к) = 28(0,63 + 0,72) = 37,8 В.