Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

Величина постоянной распределения потенциалов и токов вдоль трубопровода вычисляется по формуле:

где Rпн – переходное сопротивление «трубопровод-грунт» в начале эксплуатации, Ом·м2 (см. прил. 10 [136] ); β – показатель скорости старения изоляционного покрытия, 1/год; τнс = 9,5 лет– нормативный срок службы СКЗ.

Среднее сопротивление единицы длины изоляции за нормативный срок службы составляет:

Коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ, равен:

а входное сопротивление изолированного трубопровода определяется на конец нормативного срока службы

и в среднем за период эксплуатации CКЗ

279

Необходимую силу тока СКЗ для обеспечения защиты магистрального трубопровода определяют по формуле:

где Rпр – сопротивление соединительных проводов длиной lпр и сечением Sпр

ρпр – удельное электросопротивление материала провода; Ra – сопротивление растеканию тока с анодного заземления.

Величина сопротивления растеканию тока Ra зависит от конструкции анодного заземления:

• при комбинированном поверхностном анодном заземлении

• при вертикальном расположении электродов

• при горизонтальном расположении

280

где Rв, RГ – общее сопротивление растеканию тока соответственно с вертикальных и с горизонтальных электродов; R1в, R1Г – сопротивление растеканию одиночного электрода соответственно вертикального и горизонтального; nв, nГ – количество вертикально и горизонтально расположенных электродов в заземлении; ηв, ηГ – коэффициенты их экранирования (см. рис. 3.42, 3.43).

Габаритные размеры электродов различных типов приведены в табл. 3.45.

Таблица 3.45

Габаритные размеры, масса и стоимость анодных заземлителей из железокремниевых сплавов

Электроды анодного заземления могут устанавливаться либо непосредственно в грунт, либо в коксовую засыпку, существенно уменьшающую скорость их растворения. Сопротивление растеканию тока с вертикального и горизонтального электродов в коксовой засыпке определяется по формулам:

281

где la – высота (при вертикальном расположении) или длина (при горизонтальном расположении) электрода, включая засыпку; da, d – диаметры соответственно засыпки и электрода; h – расстояние от поверхности земли до середины электрода; ρа – удельное электросопротивление активатора.

При расчетах комбинированного анодного заземления величина la равна длине горизонтальной шины, а R1Г вычисляют по формуле:

При установке электродов анодного заземления непосредственно в грунт

где lэ – длина электрода.

Величина коэффициентов экранирования ηв и ηГ, учитывающих взаимное влияние электродов, зависит от числа заземлителей, расстояния между ними и параметров одиночного заземлителя; она вычисляется по формуле:

где Rц ,Rк – сопротивления растеканию соответственно с центрального и крайнего электродов заземления, равные:

n−1

где Fi – функция, равная:

282

Аi, Бi – коэффициенты, равные:

a – расстояние между серединами электродов; n – число электродов в анодном заземлении (назначается нечетным).

При оптимизационном расчете величина коэффициентов экранирования используют для определения числа электродов заземления, функциями которого являются сами ηв и ηГ , то есть при оптимизации параметров CКЗ определением коэффициентов экранирования может выполняться только методом подбора. В первом приближении для вычисления величин Rц и Rк число электродов анодного заземления необходимо определять, выбирая ηв и ηГ согласно табл. 3.46.

Таблица 3.46

Ориентировочные величины коэффициентов экранирования при вычислении сопротивлений Rц и Rк

С целью упрощения расчетов для стальных трубчатых электродов и электродов из уголка построены графики зависимости коэффициентов экранирования от числа заземлителей (рис.3.41, 3.42).

Часть этих данных представлена в табл. 3.47, 3.48.

283

Таблица 3.47

Коэффициент экранирования ηв вертикальных трубчатых заземлителей,

размещенных в ряд, без учета влияния соединительной полосы

Примечание: наименьшие значения ηв соответствуют lэ/dэ=20, а наибольшие lэ/dэ=68, где dэ – диаметр заземлителя.

Таблица 3.48

Коэффициенты экранирования для горизонтальной рабочей шины анодного заземления, состоящего из расположенных в ряд вертикальных трубчатых электродов, объединенных шиной в земле

С учетом расчетных значений потребной мощности РСКЗ, силы тока нагрузки Iдр и напряжения на выходных контактах СКЗ ∆Е по табл.3.49, 3.50 выбирается тип СКЗ. Катодные станции типа КСЭР используются, как правило, на территории Республики Башкортостан [93].

В практике катодной защиты применяют медные и алюминиевые провода. Сведения о них приведены в табл. 3.51.

Срок службы анодного заземления τa, установленного в грунт, определяется по формуле:

286

где G– вес одного электрода, кг; ηИ=0,77– коэффициент использования электродов; n- число электродов анодного заземления; Iдр– среднее значение силы тока в цепи CКЗ,А; q – электрохимический эквивалент материала электродов, кг/(А·год).

Таблица 3.49

Технико-экономические характеристики катодных станций

Величины электрохимического эквивалента электродов из различных материалов следующие: стальные аноды без активатора – 10 кг/( А·год); железокремнистые аноды без активатора – 0,2 кг/( А·год); железокремнистые аноды с активатором – 0,1 кг/( А·год).

287

Практика эксплуатации установок катодной защиты, а также специальные исследования показали, что срок службы анодных заземлений, установленных непосредственно в грунт, мало зависит от плотности тока, растекающегося с заземления. Однако при плотности тока выше 10 А/м2 на поверхности электродов возможно образование слоя продуктов коррозии, обладающих высоким сопротивлением, что потребует увеличения напряжения, а следовательно, и потребляемой мощности СКЗ.

У электродов, устанавливаемых в коксовую мелочь, заметное изменение напряжения СКЗ наблюдается при плотности тока более 14 А/м2. Срок их службы

Если по условию задана величина электрохимического эквивалента материала электрода в коксовой засыпке, расчет срок службы заземления следует вести по формуле (3.230).

Срок службы анодного заземления для строящихся и реконструируемых трубопроводов должен составлять не менее 15 лет, а для эксплуатируемых – не менее 10 лет. В случае, когда расчетный срок службы анодного заземления меньше, необходимо увеличить число электродов в нем.

Количество электродов анодного заземления n является техникоэкономической величиной. С увеличением n, с одной стороны, возрастают капитальные затраты на электроды и амортизационные отчисления по ним, а с другой – уменьшается сопротивление растеканию тока с анодного заземления. Минимальной величине приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию анодного заземления соответствует оптимальное число электродов, вычисляемое по формуле:

где R1в – сопротивление растеканию одиночного электрода, Ом; σэ – средняя стоимость электроэнергии, руб/кВт·ч; σа – стоимость одного электрода, руб.; η =0,7- КПД катодной установки; ε=0,12 1/год - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений; ξ=0,148 1/год - норматив амортизационных отчислений для установок электрохимической защиты.

Поскольку величина коэффициента экранирования зависит от числа электродов заземления, то уравнение (3.232) относительно nопТ может быть решено только методом последовательных приближений. Удобнее всего сделать это графически.

Полезная энергия, идущая на защиту трубопровода, расходуется на входном сопротивлении трубопровода. Она составляет в среднем 1–5 % от общего энергопотребления на катодную защиту. Другие виды потерь энергии не имеют прямого отношения к защите, однако без них невозможно её

288