51

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Контрольная работа

Вариант №6

студент группы НДБ(до)зс-11-5/Василенко Е.С.

[Выберите дату]

Тюмень 2013

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

"Студент  выполняет одно контрольное задание. Студент выполняет тот вариант контрольного задания, номер которого соответствует последней   цифре его зачетной книжки. Если номер шифра оканчивается нулем, выполняется десятый вариант контрольного задания. Каждая контрольная работа состоит из 3 задач.

 Страницы и рисунки контрольной работы следует пронумеровать, при этом на все рисунки в тексте должны быть ссылки. В конце контрольных заданий дан список литературы, необходимой для решения задач и алгоритм решения."

Задачи к контрольным работам

Задача 1

Определить мощность и число СКЗ магистрального трубопровода диаметром Д, мм, с толщиной стенки , мм, протяженностью км. Трубопровод проложен на местности с удельным электросопротивлением _гр, Омм. Анодное заземление проектируется выполнить из вертикальных упакованных электродов, дренажную линию - воздушной с подвеской из алюминиевого провода или уложенного в траншею (см. вариант).

Начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт» R_пн, Омм². Средняя стоимость электроэнергии С_э, руб/кВтчас.

Таблица 1.1

Вариант	Д, мм	, мм	Zобщ, км	гр, Омм	Марка электрода	Тип дренажной линии	Rпн, Омм2	Сэ, руб/кВт час
6	820	11	1400	5	ЗЖК-12КА	воздушн.	5000	0,01

Решение

2. Определяем продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле¹:

где _т – удельное электросопротивление трубной стали, в среднем _т =0,245 Ом*мм²/2

3. Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле²:

Где Rпн – переходное сопротивление «трубопровод-грунт» в начале эксплуатации Ом*м²;

 – показатель скорости старения 1/год, (показатель амортизации 8 лет)

_нс – нормативный срок службы СКЗ ( = 9,5 лет)

4. Сопротивление единицы длины изоляции в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле³:

5. Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле⁴:

6. То же к концу нормативного срока по формуле⁵:

7. Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле⁶:

8. Задаем удаление анодного заземления от трубопровода у = 350 м и определяем параметр по формуле⁷:

9. Коэффициент взаимного влияния СКЗ определяем по формуле⁸:

где Е_max – максимальный потенциал в точке подключения катодной защиты;

Е_min – минимальный потенциал на границе зон действия смежных СКЗ.

10. Протяженность зоны защиты одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации определяем по формуле⁹:

11. Определяем среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле¹⁰:

12. Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h = 2 м, а расстояние между ними равно 7 м, определим сопротивление растеканию с одиночного вертикального электрода по формуле:

Длину Lэ и диаметр d, а также массу анода берем из таблицы 1.2 и 1.3.

Таблица 1.2.

Таблица 1.3

Техническая характеристика комплектных анодных заземлителей11

Тип	Материал электрода	Размеры, мм				Масса, кг		Эл. хим. эквивалент, кг/А∙год
		электрод		общие		электр.	общая
		диаметр	длина	диаметр	длина
АК-1	сталь	50	1400	185	1420	21	60	1,0
АК-3	железокрем.	40	1400	185	1420	12	53	0,12
АК-1 Г		68	1400	225	1700	41	90	0,12
АК-2Г		40	1400	150	1700	12	60	0,12
ЗЖК-12-КА	...	30	1400	185	1425	80	40	0,12
ЗЖК-41п-КА		68	1400	240	1700	41	100	0,12
АКЦ	сталь	50	1700	150	-	26	-	1,0

13. Примем число электродов анодного заземления n = 5 и по формуле¹²:

где а – расстояние между серединами электродов.

14. Сопротивление растеканию с центрального электрода заземления определяем по формуле¹³:

Где F_i – функция

Таблица 1.4. Расчетная таблица растекания с центрального заземления

i	1	2	3	4	5
Ai	0,571429	0,285714	0,190476	0,142857	0,114286
Bi	0,1	0,05	0,033333	0,025	0,02
Fi	0,18663	0,098041	0,066067	0,049744	0,039868

15. Сопротивление растекания с крайнего электрода анодного заземления определяем по формуле¹⁴:

16. Коэффициент экранирования электродов анодного заземления определяем по формуле¹⁵:

17. Оптимальное число электродов анодного заземления определяем по формуле¹⁶:

Где R₁ – сопротивление растеканию одиночного электрода, Ом;

- средняя стоимость электроэнергии, руб/кВт*час;

- стоимость одного электрода (25 руб./шт.) ;

 – КПД катодной установки (0,7);

e – нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений (0,12 1/год);

- норматив амортизационных отчислений для установок электрохимической защиты (0,148 1/год).

То есть принятое расчетное число электродов совпадает.

18. Сопротивление растеканию тока с анодного заземления определяем по формуле¹⁷:

19. Оптимальное значение дренажного провода определяем по формуле¹⁸:

где с₁ – коэффициент зависимости стоимости устройства 1 п.м. дренажной линии (0,01 руб/м*мм²)

Выбираем сечение 10 мм².

20. Сопротивление дренажной линии определяем по формуле¹⁹:

21. Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ определяем по формуле²⁰:

22. Средняя величина мощности потребляемой СКЗ определяем по формуле²¹:

23. Выбираем тип станции по таблице 1.5²²

Таблица 1.5

Нам подходит КСГ (КСК) – 500.

Определяем количество станций

Задача 2

Требуется определить протяженность защитной зоны протекторной установки и срок службы протекторов, подключенных к магистральному трубопроводу диаметром Д, мм, уложенному в грунт с удельным сопротивлением _гр, Омм. Трубопровод имеет изоляционное покрытие с переходным сопротивлением R_пн, Омм².

Протекторы установлены на глубине h = 2 м, на расстоянии a = 5 м друг от друга в группе.

Таблица 2.1

Вариант	Д, мм	гр, Омм	Rпн, Омм2	N, штук число протекторов	В, м, расстояние от протектора до трубы	Марка протектора
6	1020	15	10103	4	7	ПМ-20У

Тема: Расчет основных параметров протекторной защиты

Дано:

Тип протектора – ПМ20У

ρ_гр = 15 Ом·м

n = 4

D = 1020 мм

R_пк = 10·10³ Ом·м²

h_п = 2 м

Решение:

1. Сопротивление изоляции трубопровода на единице длины R_из.к определяется по следующей формуле при заданном R_п.к:

2. Сопротивление растеканию тока с протекторной установки, при вертикальном расположении протекторов:

где ρ_гр – удельное сопротивление грунта, окружающего комплектный протектор;

ρ_ак – удельное сопротивление активатора;

d_ак, l_ак – соответственно диаметр и длина активатора, (комплектного протектора);

d_пр – диаметр протектора, м;

h_пр – глубина установки протектора (от поверхности земли до середины протектора);

n – число протекторов в установке;

η_э – коэффициент, учитывающий взаимное экранирование вертикальных протекторов в группе.

Для ориентировочных расчетов может быть принят равным 0,7, при защите одиночными протекторами η_э = 1,0.

где d_nр, l_nр – размеры протектора берем из таблицы 2.2²³

Таблица 2.2

Рис.2.1 Принципиальная схема протектора http://www.uss.ru/protektor

Таблица 2.3 Параметры промышленных протекторов http://www.uss.ru/protektor

Тип протектора	А, min	Б	d	Д	Масса, кг, min
ПМ-5У	580	40+/-3	116+/-4	165+/-4	16
ПМ-10У	700	50+/-3	114+/-4	200+/-5	30
ПМ-20У	710	50+/-3	206+/-4	270+/-5	60

3. Протяженность защитной зоны протекторной установки:

где Е_п – потенциал протектора до подключения его к трубопроводу Е_пp = -1,6 В²⁴

4. Сила тока протекторной установки при подключении ее к трубопроводу:

где Е_ест – естественный (стационарный) потенциал существующий до включения защиты, находится в интервале от -0,23 до -0,72 В. Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать Е_minp = - 0,55 В²⁵;

R_тр – сопротивление растеканию тока защищаемого участка трубопровода,

здесь R_т – продольное сопротивление трубопровода на единице длины, определяемое по формуле:

α – постоянная распределения потенциалов и токов вдоль трубопровода, определяемая по формуле:

5. Анодная плотность тока:

6. Срок службы протекторной установки:

где M_n – масса одного протектора;

n – число протекторов одной протекторной установке;

q_п – электрохимический эквивалент материала протектора, для магниевых протекторов q_п = 3,95 кг/(А·год);

η_и – коэффициент использования протекторов равный 0,95;

η_п- коэффициент полезного действия протектора, зависящий от анодной плотности тока и определяемый по графику рис. 2.2 находим КПД протектора

Рис. 2.1. Зависимость коэффициента полезного действия протектора от анодной плотности²⁶

Задача 3

Требуется определить срок службы и число протекторов типа ПМ для защиты днища резервуара РВС, установленного на площадке с увлажненным песком _гр, Омм. Расстояние от резервуара до протектора в м.

Таблица 3.1

Вариант	Тип протектора	гр, Омм	Тип резервуара, м3	В, м, расстояние от резервуара до протектора	Dp, Диаметр днища резервуара27, м
6	ПМ-10У	10	РВС-1000	10	10,43

Решение

1. Площадь днища резервуара

Fp =	3,1416	*	10,43	2	=	85,44	м2
	4

2. Определяем сопротивление «резервуар-грунт» по формуле²⁸:

Rpr =	3*	10					=	0,14	Oм
	10,43	*(	10,43	+	10	)

3. Переходное сопротивление изоляции днища резервуара по формуле²⁹:

R₀ = 0,14 * 85,44 = 12,03 Ом*м²

4. По таблице 3.2 принимаем величину защитной плотности тока, соответствующую

_{гр =}10 Ом*м

R₀ = 12,03 Ом*м²

Таблица 3.2³⁰

j_n = 10 мА/м²

5. Сила тока, необходимая для защиты днища резервуара от коррозии, определяем по формуле³¹:

I_з = 10 * 85,44 = 0,85 А

7. Сопротивление растеканию тока с протектора находим по формуле³²:

R_{п1(пм10у)} = 0,18 + 0,47 * 10 = 4,88 Ом

R_п1 = 4,88 Ом

8. Ориентировочное число протекторов по формуле:

где Е_ест – естественный (стационарный) потенциал существующий до включения защиты, находится в интервале от -0,23 до -0,72 В. Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать Е_ест = - 0,55 В³³;

где Е_п – потенциал протектора до подключения его к трубопроводу Е_п = -1,6 В³⁴.

Nno =	4,88	*	0,85					=	4,48	шт.
	1,60	-	0,55	-	0,85	*	0,14

Округляем до

N_no = 5 шт.

9. Для ориентировочного количества протекторов по табл.3.3 находим коэффициент экранирования

Таблица 3.3³⁵

_эп = 0,82

10. Окончательное число протекторов равно:

Nn =	5	=	6,10	шт.
	0,82

N_n = 7 шт.

11. Анодную плотность тока определяем по формуле:

где d_n, l_n – размеры протектора берем из таблицы 13.10

Таблица 3.4³⁶

l_n = 600

d_n = 123

ja =	10	*	0,85						=	4,78	мА/дм2
	7	*	0,123	*(3,14*	0,6	+1,57*	0,123	)

12. По графику на рис. 3.1³⁷ находим КПД протектора

Рис. 3.1. Зависимость коэффициента полезного действия протектора от анодной плотности³⁸

_п = 0,49

13. Сила тока протектора определяется по формуле³⁹:

In1 =	1,60	-	0,55	=	0,21	A
	0,14	+	4,88

14. Срок службы протектора по формуле⁴⁰:

где G_n – масса протектора;

h_u – коэффициент использования протектора (0,95);

q_n – электрохимический эквивалент материала протектора (3,95 кг/А*год).

tn =	10,00	*	7	*	0,95	*	0,49	=	39,45	лет
	0,21	*	3,95

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Центр дистанционного образования

Контрольная работа

по дисциплине:

«Противокоррозийная защита »

Выполнил:

студент группы НДб(до)зс-11-5

Исаченко C. С.

Проверил:

Тюмень, 2013 г.

Задача 1

Определить мощность и число СКЗ магистрального трубопровода диаметром Д, мм, с толщиной стенки , мм, протяженностью км. Трубопровод проложен на местности с удельным электросопротивлением _гр, Омм. Анодное заземление проектируется выполнить из вертикальных упакованных электродов, дренажную линию - воздушной с подвеской из алюминиевого провода или уложенного в траншею (см. вариант).

Начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт» R_пн, Омм². Средняя стоимость электроэнергии С_э, руб/кВтчас.

Таблица 1

Вариант	Д, мм	, мм	Zобщ, км	гр, Омм	Марка электрода	Тип дренажной линии	Rпн, Омм2	Сэ, руб/кВт час
4	1020	10	1000	30	АК-1	А16 в траншее	8000	0,02

Решение

2. Определяем продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле:

где _т – удельное электросопротивление трубной стали, в среднем _т =0,245 Ом*мм²/2

3. Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле:

Где Rпн – переходное сопротивление «трубопровод-грунт» в начале эксплуатации Ом*м²;

 – показатель скорости старения 1/год, (показатель амортизации 8 лет)

_нс – нормативный срок службы СКЗ ( = 9,5 лет)

4. Сопротивление единицы длины изоляции в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле:

5. Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле:

6. То же к концу нормативного срока по формуле:

7. Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле

8. Задаем удаление анодного заземления от трубопровода у = 350 м и определяем параметр по формуле:

9. Коэффициент взаимного влияния СКЗ определяем по формуле:

где Е_max – максимальный потенциал в точке подключения катодной защиты;

Е_min – минимальный потенциал на границе зон действия смежных СКЗ.

10. Протяженность зоны защиты одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации определяем по формуле:

11. Определяем среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле:

12. Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h = 2 м, а расстояние между ними равно 7 м, определим сопротивление растеканию с одиночного вертикального электрода по формуле:

Таблица 3.4