Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

обеспечить. Так, потеря электроэнергии в дренажной линии составляют практически от 10 до 20% от общего расхода энергии на защиту трубопровода.

При уменьшении сопротивления дренажной линии за счёт увеличения сечения проводов Sпр может значительно сократиться расход бесполезно теряемой электроэнергии. Однако при увеличении Sпр возрастает стоимость дренажной линии. Решение технико-экономической задачи даёт следующее выражение для оптимального сечения дренажного провода:

где С1 – коэффициент зависимости стоимости устройства 1 п.м дренажной линии σпр от сечения проводов:

Дренажный кабель может быть проложен либо по столбам воздушной линии, либо в траншее. Прокладка кабеля в траншее, как правило, обходится дороже. Так, для алюминиевого кабеля типа АСБ-1 в траншее С1=0,01 руб/м·мм2; С2=1,3 руб/м, а для его подвески по столбам воздушной линии С1=0,0035 руб/м·мм2; С2=0,025 руб/м (цены 1980 г.). Однако, при прокладке кабеля в траншее возможно его порыв сельскохозяйственной техникой. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только вариант прокладки дренажного кабеля по столбам воздушной линии. Характеристика проводов линий электропередачи и силовых кабелей приведена в табл. 3.51 и 3.52.

С увеличением расстояния между анодным заземлением и трубопроводов увеличивается длина плеча защиты одной катодной станции, а следовательно, уменьшается их число и стоимость катодной защиты. Однако, при увеличении возрастает стоимость сооружения линии постоянного тока, питающей CКЗ.

Кроме того, с удалением анодного заземления от трубопровода при той же разности потенциалов «трубопровод-грунт» в точке дренажа увеличивается сила тока катодной установки, потребляемая ею мощность, сечение проводов линии постоянного тока, число заземлителей и стоимость анодного заземления.

Выбор оптимального удаления анодного заземления от трубопровода производится из условия минимума отношения величины приведенных расходов на сооружение и эксплуатацию одной катодной установки к длине защищаемого ею участка, то есть по минимуму функции

289

Таблица 3.51

Характеристика проводов линии электропередачи

290

где σко, σпо – стоимость конечной и промежуточной опор воздушной линии, ориентированно σко = 85 руб, σпр = 25 руб (цены 1980 г.).

Таблица 3.52

Силовые кабели, рекомендуемые для использования при монтаже систем электрохимической защиты от коррозии

Стандартные сечения, мм2:

2, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500.

291

Эксплуатационные расходы складываются из амортизационных отчислений от стоимости основных фондов А=ξ Кз и стоимости электроэнергии Эз на обеспечение катодной защиты;

где Рср – потребляемая CКЗ мощность, рассчитанная по средней величине дренажного тока; τскз=8760 ч – число часов работы катодной станции в году.

Величина оптимального удаления анодного заземления определяется методом последовательного перебора вариантов. Рекомендуется исследовать

у<300 м расчеты надо выполнять с шагом 50 м, а при у>300 м – с шагом 100 м. Минимальное удаление анодного заземления от трубопровода определим

из условия, что подкоренное выражение в формуле (3.212) должно быть

откуда

Поскольку величина n зависит от силы дренажного тока, которая в свою очередь является функцией у, при варьировании расстояния от анодного заземления до трубопровода необходимо каждый раз оптимизировать число электродов заземления. Одновременно каждый раз вычисляют коэффициенты экранирования.

Результаты расчетов оформляются в виде таблицы, в которой обязательно приводятся и результаты расчетов при оптимальном удалении анодного заземления от трубопровода.

3.10.2. Совместная катодная защита параллельно уложенных подземных трубопроводов

В случае параллельной укладки нескольких трубопроводов на небольшом расстоянии друг от друга целесообразно осуществлять их совместную защиту, т.е. защиту всех параллельно уложенных трубопроводов на данной участке одной СКЗ.

292

При совместной защите параллельно уложенных трубопроводов их условно заменяют одним трубопроводом с эквивалентными параметрами, что позволяет выполнять все расчеты по формулам, приведенным ранее.

Эквивалентные параметры вычисляются по следующим зависимостям:

• продольное сопротивление

2

∏ RТi

i=1

i=1

•сопротивление изоляционного покрытия на единице длины трубопровода

i=1

•постоянная распределения тока и потенциала

где RТi, Rизi – продольное сопротивление, сопротивление изоляционного покрытия i-го трубопровода; Rвэ – взаимное сопротивление между двумя рассматриваемыми трубопроводами, равное:

αi – постоянная распределения i-го трубопровода; В – расстояние между трубопроводами.

Если число параллельно уложенных трубопроводов больше двух, то расчет эквивалентных параметров необходимо выполнять по формулам (3.243, 3.244), заменив сначала два трубопровода одним, а затем эквивалентный и третий трубопровод снова заменив одним эквивалентным и т.д.

293

Для уравнивания длины защитных зон на трубопроводах, объединенных совместной катодной защитой, кроме перемычки, установленной в точке дренажа, оборудуют дополнительные перемычки на границах общей защитной зоны.

Сечение перемычек выбирают из условия, что падение напряжения на каждой из них не должно превышать 0,02 В, однако по условиям механической прочности площадь сечения перемычек должна быть не менее 25 мм2.

3.10.3. Расчет основных параметров протекторной защиты

Протекторная защита относится к электрохимическому виду защиты трубопровода от коррозии и основана на принципе работы гальванического элемента. Она автономна, благодаря чему, может использоваться в районах, где отсутствуют источники электроэнергии.

Применение протекторов при электрохимической защите магистральных трубопроводов допускается только в групповых установках и грунтах с удельным электросопротивлением не более 50 Ом·м. Принципиальная схема протекторной защиты приведена на рис. 3.43.

Рис.3.43. Схема протекторной защиты магистрального трубопровода:

1 – трубопровод; 2 – соединительный провод; 3 – контрольно-измерительная колонка; 4 – активатор; 5 – протектор

Наиболее распространенными протекторами являются магниевые, потенциал которых до подключения их к трубопроводу составляет -1,6 В. Минимальный расчетный защитный потенциал составляет, так же, как и для катодной защиты -0,85 В, естественный потенциал трубопровода по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения -0,55 В. Для повышения эффективности работы протектора, его погружают в специальную смесь солей,

294

называемую активатором. Такая конструкция называется комплектным протектором.

При проектировании протекторной защиты решают как прямую задачу (определение протяженности зоны защиты установки при заданном количестве протекторов), так и обратную (определение необходимого числа протекторов для защиты трубопровода известной длины).

В первом случае длина зоны защиты протекторной установки на изолированном трубопроводе с достаточной для инженерных расчетов

где Еn– потенциал протектора до подключения его к трубопроводу (для магниевых протекторов Еn = -1,6 В по МСЭ) Rn – сопротивление растеканию тока протекторной установки, определяемое по формуле:

где Rn1 – сопротивление растеканию тока с одиночного протектора, определяемое по формулам (3.222, 3.223); Nn– число протекторов в группе; ηэп - коэффициент, учитывающий взаимное экранирование протекторов в группе; определяется по формуле (3.226), либо – для магниевых протекторов – по рис. 3.44.

При защите трубопровода одиночными протекторами Nn1 =1 и ηэп =1. Для магниевых протекторов марки ПМУ при их установке на глубине до

В случае, если применяются протекторы без активатора, в формулы (3.222, 3.223) вместо размеров столба активатора необходимо подставлять размеры протектора (табл. 3.53).

295

Масса протекторов ПМ5У, ПМ10У, ПМ20У включают массу активатора. Сила тока в цепи протекторной установки при подключении ее к

трубопроводу определяется по зависимости:

Срок службы протекторной установки вычисляется по формуле:

где ηн = 0,95– коэффициент протектора; ηn – кпд протектора, опредиляемый в зависимости от анодной плотности тока ja по графику (рис. 3.45); qn – электрохимический эквивалент материала протектора (для магниевых протекторов qn =3,95 кг/А·год).

Рис.3.45. Зависимость коэффициента полезного действия протектора от анодной плотности

Анодная плотность тока дммА2 определяется по формуле:

При решении обратной задачи число протекторов в группе, необходимое для защиты участка трубопровода длиной Li определяется как отношение

297

величины необходимого защитного тока I к токоотдаче одного протектора In1 ( с увеличением в 1,5 –2 раза), т.е.

Величина необходимого защитного тока определяется из условия создания на трубопроводе наложенной разности потенциалов не ниже минимальной:

где К= 1,2 –1,3 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения разности потенциалов «труба-земля» вдоль трубопровода; Ln – протяженность участка трубопровода, защиту которого необходимо обеспечить.

Токоотдача одного магниевого протектора рассчитывается по формуле:

3.10.4. Расчет основных параметров электродренажной защиты

Значительную опасность для магистральных трубопроводов представляют блуждающие токи электрифицированных железных дорог, которые в случае отсутствия защиты трубопровода вызывают интенсивное коррозионное разрушение в анодных зонах. Наиболее эффективным способом защиты от блуждающих токов является электродренажная защита, основной принцип которой в устранении анодных зон путем отвода (дренажа) блуждающих токов от них в рельсовую часть цепи электротяги, имеющей отрицательный или знакопеременный потенциал.

Существует дренажная защита нескольких типов (рис.3.46)

•прямая, допускающая прохождение блуждающих токов в двух направлениях;

•поляризованная, обеспечивающая прохождение блуждающих только в одном направлении: из трубопровода в рельс при знакопеременной разности потенциалов труба-рельс; рекомендуется при значениях потенциала «рельс-земля» в пределах от (-5) В и выше по МЭС в точке подключения;

•усиленная автоматическая, включающая поляризованную электродренажную защиту и станцию катодной защиты,

298