1470
.pdf8. К оэф ф ициент экранирования электродов анодного заземления по формуле (13.22)
Л з= |
2-32 2 |
------- — = 0,91. |
336 + 34,9
17.Оптимальное число электродов анодного заземления по формуле (13.29)
|
8,76-32,2-0,02 |
|
|
п 7 =4,13 |
= 5,16 |
|
20-0,95-0,7-0,91 |
(0,15 + 0,148) |
То есть принятое и расчетное число электродов совпадают. |
||
18. |
Сопротивление растеканию тока с анодного заземления по |
|
формуле (13.16)
32 2
R = - ^ = - = 7,08 Ом.
а5-0,91
19.Оптимальное сечение дренажного провода по формуле (13.30)
Snp =2,95-3,8. |
0,029-0,02 |
= 5,91 мм" |
|
|
0,01-0,7(0,15 + 0,148) |
По табл. 13.8 выбираем ближайшее большее сечение серийно выпускаемых проводов, которое равно Snp = 16 мм2 (провод А -16).
20. Сопротивление дренажной линии по формуле (13.14)
R„ |
=0,029— = 1,06 Ом. |
"р |
9,6 |
21. Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ по формуле (13.13)
AEq, = (0,5 5 - 0,3) + 3,8(1,06 + 7,08) = 31,2 В .
22. Средняя величина мощности, потребляемой СКЗ, по фор муле (13.12)
РС|а =3,8-31,2 = 118,6 Вт.
23. В соответствии с найденными значениями 1дрср, ДЕср и РС1СЗпо табл. 13.7 выбираем тип катодной станции - КСТ (КСК)-500 с па раметрами: мощность - 0,5 кВт; напряжение на контактах - 10,50 В; ток - 10А; стоимость - 122 руб.
24. Выполняем расчет экономических показателей катодной за щиты при принятом удалении анодного заземления от трубопровода: - стоимость одного заземления по формуле (13.22)
Ка = 20 -5 = 1 ООруб ;
571
— стоимость опор воздушной линии по формуле (13.33)
К =2-85 + 25 |
350 |
-1 = 320руб; |
|
|
50 |
- стоимость провода воздушной линии по формуле (13.34)
Кпр = (0,01 • 9,6 +1,3) • 350 = 488,6 руб ;
- капитальные затраты на одну СКЗ по формуле (13.35)
К3 =100 + 320 + 488,6 + 122 = 1030,6 руб;
- стоимость электроэнергии, потребляемой одной СКЗ
Эл = 0 ,0 2 -^ -^ -8 7 6 0 = 2 0 ,8 - ^ ; л 1000 год
- удельные приведенные затраты на катодную защиту
П 20,8 + 1030,6-(0,15 + 0,148) |
9_руб |
|
£сю ” |
14,957 |
’ КМ ' |
25. Задавая другие значения удаления анодного заземления от тру бопровода, аналогично вычисляем удельные приведенные затраты на катодную защиту и для них. Результаты расчетов представим таблицей.
Результаты расчетов по определению оптимального удаления анодного
заземления от трубопровода.
Показатели |
Их размерность |
|
Величина показателей при удалении, м |
|
||||
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
|||
|
|
|||||||
к в |
- |
0,592 |
0,587 |
0,580 |
0,574 |
0,568 |
0,566 |
|
1 СКЗ |
м |
9150 |
11050 |
13106 |
14957 |
17201 |
19806 |
|
1др |
А |
3,05 |
3,43 |
3,71 |
3,80 |
4,39 |
4,85 |
|
ДЕср |
В |
26,8 |
28,6 |
29,5 |
31,2 |
33,4 |
37,5 |
|
Рскз |
Вт |
85,3 |
89,7 |
104,3 |
118,6 |
126,3 |
154,9 |
|
Коп |
руб |
245 |
270 |
296 |
320 |
345 |
370 |
|
К пр |
руб |
279 |
349 |
418,8 |
488,6 |
558,4 |
632,1 |
|
К , |
руб |
994,2 |
1080 |
1213,8 |
1030,6 |
1413,4 |
1832,1 |
|
Эл |
руб/год |
15 |
17,7 |
18,3 |
20,8 |
22,1 |
27,1 |
|
П//СКЭ |
руб/(годкм) |
34,0 |
30,5 |
29,0 |
21,9 |
25,8 |
28,9 |
|
26.По результатам расчета строим график в координатах «П/ £С1СЗ-
У», откуда видно, что оптимальным удалением анодного заземления является У = 350 м.
27.Для варианта, когда удельные приведенные затраты на ка тодную защиту минимальны, т.е. У = 350 м, определяем необходи мое число СКЗ для защиты всего трубопровода
572
1200- 103
= 80.
14957
28. Срок службы анодного заземления, установленного в грунт, по формуле (13.26)
10-0,95-5
= 62,5 лет.
Т_ 3,80-0,2
Поскольку срок службы анодного заземления превышает 10 лет, то, следовательно, катодная защита трубопровода обеспечена. В про тивном случае необходимо было бы увеличить число электродов анод ного заземления.
Пример 13.2. Рассчитать входное сопротивление и постоянную рас пределения токов и потенциалов вдоль системы параллельно уложенных трубопроводов, имеющих одинаковое состояние изоляционного покры тия (Rn = 1000 Ом.м2 ) и следующие диаметр D и толщину стенки 8:
1- й трубопровод: D t = 1020 мм; 8, = 10 мм; 2-й трубопровод: D 2 = 720 мм; 82 = 9 мм;
3-й трубопровод: D3 = 529 мм; 83 = 8 мм.
Трубопроводы уложены в грунт со средним удельным электросоп ротивлением ггср = 20 Ом м на расстоянии В = 10 м друг от друга.
Решение 1. По формуле (13.5) находим продольное сопротивление еди
ницы длины трубопроводов
|
|
= ---------- 2 I 2 4 5 ---------- = 7 |
73.10"б Ом |
||||
|
т1 3,14-10(1020-10) |
|
|
м |
|||
Аналогично находим |
|
|
|
|
|||
|
Rt2 =12.2-10 -6° М, RT,=18.7-10-6 — . |
||||||
|
|
|
|
м |
|
|
м |
2. |
Эквивалентное продольное сопротивление 1-го и 2-го трубо |
||||||
проводов по формуле (13.37) |
|
|
|
||||
|
Rтэ1-2 |
|
7.73- |
10~6 -12,2-10ч |
. |
. л_аОм |
|
|
|
7.73- |
= 4,73-10 |
---- . |
|||
|
|
|
10"6 +12,2-10- |
|
|
м |
|
3. Эквивалентное продольное сопротивление всех трех трубопроводов |
|||||||
|
RТЭ,.2.3 |
4.73- |
10"6 -18,7-10-6 _ 3 7g |
10^ Ом |
|||
|
4 .73-10"6 -18,7-10^ |
’ |
|
м |
|||
|
|
|
|
||||
573
4. Сопротивление единицы длины изоляции для каждого трубо провода
|
RИЗ, |
Rп |
1000 |
|
||
|
|
|
312,2 Ом-м. |
|
||
|
|
|
3,14-1,02 |
|
||
Аналогично находим RH32 = 442,3 Ом-м и R ^ = 602,0 Ом-м. |
||||||
5. |
Постоянная распределения токов и потенциалов для каждого |
|||||
трубопровода по формуле (13.4) |
|
|
||||
|
|
а, = |
,9’63 10 |
= 1 ,7 5 ..0 - 1 . |
|
|
|
|
|
313 |
м |
1 |
|
Аналогично находим а 2 =1,98-10 |
— и а 2 =2,45-10 |
|||||
—. |
||||||
|
|
|
|
м |
м |
|
6. Взаимное сопротивление между 1-м и 2-м трубопроводами по |
||||||
формуле (13.40) |
|
|
|
|
||
|
R = — |
In |
1 |
= 51,4 Ом-м. |
||
|
|
|||||
|
3,14 |
10Vl,57-10^-l,98-10‘ |
|
|||
7. Эквивалентное сопротивление изоляционного покрытия на единице длины 1-го и 2-го трубопроводов по формуле (13.38)
„ |
312,2-442,3 - 51,42 |
^ |
R„ |
= ------ --------- --------------- = 207,8 |
Ом-м. |
из'-2 |
312,2 + 442,3-2-51,4 |
|
8. Постоянная распределения токов и потенциалов трубопрово да, эквивалентного 1-му и 2-му трубопровода, по формуле (13.39)
|
|
а |
4,73-Ю"6 |
|
|
|
207,8 |
= 1,51-10^ |
|
|
|
Э|-2 |
м |
|
|
|
|
||
9. |
Взаимное сопротивление между эквивалентным трубопрово |
|||
дом (заменяющим 1-й и 2-й) и третьим трубопроводом |
||||
|
R®12- -3 |
20 , |
|
1 |
|
------Ш----- 7= - |
39,8 Ом-м. |
||
|
|
3,14 10^1,51-10^-2,45-10^ |
||
10. |
Эквивалентное сопротивление изоляционных покрытий на |
|||
единице длины всех трех трубопроводов |
||||
|
R |
|
207,8-602-39,82 |
|
|
•O l-2-J |
|
= 169,2 Ом-м |
|
|
|
|
207,8 + 602 -2 -39,8 |
|
11. Постоянная распределения токов и потенциалов (общая для системы трубопроводов) по формуле (13.4)
574
3,78-1 O'* |
= 1,50-10 |
a . |
|
169,2 |
м |
12. Входное сопротивление системы нефтепроводов по формуле (13.9)
Z3 |
=0,5л/з,78-10"6 -169,2 =1,27-10“2 Ом. |
||
э 1 -2 -3 |
v |
’ |
’ |
Пример 13.3. Определить параметры СКЗ для защиты сети под земных трубопроводов нефтебазы в радиусе R3 = 300 м. Число при соединенных к ним контуров заземления 2, переходное сопротивле ние изоляции трубопроводов Rn = 7000 Ом-м2. Другие необходимые данные: Rq = 10 Ом; Rnp = 0,5 Ом; ггср = 30 Ом-м.
|
|
Решение |
|
|
|
1. |
По табл. 13.9 находим величину коэффициентов К, и К2. Для |
||||
условий примера К] = |
1,5.Величину коэффициента К 2 определяем |
||||
методом интерполяции |
|
|
|
|
|
|
К, = 0,8 + (8000 - 7000) • |
1,0 |
0,8 |
=0,87 |
|
|
|
8000-5000 |
|||
2. |
Сила дренажного тока по формуле (13.41) |
||||
|
т |
, —а о 300-0,85 |
1( , |
А |
|
|
1П =1,5-0,87--------- -— |
= 11,1 |
А . |
||
|
др |
30 |
|
|
|
3. |
Напряжение на контактах СКЗ по формуле (13.42) |
||||
|
ДЕ = -?—!-У--(10 + 0,5) = 155,4 |
В. |
|||
|
|
1,5 |
|
|
|
4. |
Требуемая мощность СКЗ для обеспечения защиты по фор |
||||
муле |
(13.12) |
|
|
|
|
|
Рс |
= 11,1-155,4 = |
1724,9 Вт. |
||
Пример 13.4. Определить протяженность защитной зоны и срок |
|
службы одной протекторной установки, состоящей из пяти верти |
|
кальных установленных |
протекторов марки ПМ5У. Глубина уста |
новки протекторов Н п = |
2 м, расстояние между ними в группе а = 5 |
м. Другие данные, необходимые для расчета, следующие: ггср = 20 |
|
Ом-м; RH3cp = 500 Ом-м; ра = 0,2 Ом-м.
Решение
1. Для протекторов марки ПМ5У по табл. 9.10 находим Ln = 0,5 м; dn = 0,095 м; La = 0,58 м; da = 0,165 м; G n = 5 кг.
575
2. Вычисляем сопротивление растеканию одиночного протекто ра по формуле (13.18)
20 |
, 2-0,58 |
1, |
4 -2 -0 ,5 8 |
+ |
0,2, |
0,165 |
\ |
R„,= 2-3,14-0,58 |
In-----— + - l n |
--------------4-2 + 0,58 |
----- In |
--------0,095 |
= 10,34 Ом. |
||
0,165 |
2 |
|
20 |
|
|||
3.По графику на рис. 13.5 для заданного количества протекторов
иотношения a/L n = 10 находим величину коэффициента экраниро вания т|эп = 0,82.
4.Находим сопротивление растеканию тока с протекторной ус тановки по формуле (13.44)
R П |
10,34 = 2,52 Ом. |
|
5-0,82 |
5. Определяем протяженность защитной зоны протекторной ус тановки по формуле (13.43)
500 1,6 -1 \ = 175 м.
2,52 1,0,85 )
6. Сила тока протекторной установки по формуле (13.46)
I = 0,3 |
1 - — | = 0 056 д |
2,521, |
1,6 |
7. Анодная плотность тока по формуле (13.48)
: |
= __________ Ю-0,056__________ = 0 686 |
мА |
Ja |
5-0,095-(3,14-0,5 + 1,57-0,095) ’ |
дм2 ‘ |
8.По графику на рис. 13.6 находим КПД протекторной установ ки т|п = 0,32.
9.Срок службы протекторной установки по формуле (13.47)
5-5-0,95-0,32
= 34,4 года.
0,056-3,95
Пример 13.5. Определить, какое количество магниевых протекторов марки ПМ10У потребуется для обеспечения защиты участка трубопро вода длиной 10000м, если известно, что RH3xp= 1000 Ом • м, ггср= 10 Ом • м.
Решение 1. Сопротивление растеканию с одиночного протектора по
формуле (13.45)
R nl =0,18 + 0,47-10 = 4,88 Ом.
576
2. Токоотдача одного магниевого протектора по формуле (13.51)
0,6
0,123 А.
4,88
3. Необходимая величина защитного тока по формуле (13.50)
1 = 1,25 • 10000 • - 5 ^ - = 3,75 А.
1000
4. Требуемое количество протекторов по формуле (13.49)
N = 1 ,7 5 - - ^ - = 53,4 шт. 0,123
5. Округляем полученное число протекторов до ближайшего боль шего целого числа. Получаем N n = 54 шт.
Пример 13.6. Определить необходимое количество и срок служ бы одиночных протекторов типа ПМ-10У, которое необходимо для обеспечения защиты резервуара РВС2000 (Dp = 15 м), установлен ного на площадке с увлажненным песком (ггср = 20 Ом-м). Расстоя ние от резервуара до протектора - пять метров.
Решение
1. Площадь днища резервуара
Рр=м ± 1И =176>6 м>.
р4
2.Сопротивление «резервуар-грунт» по формуле (13.53)
R рг |
3-20 |
0,2 Ом. |
= |
||
|
15-(15 + 5) |
|
3. Переходное сопротивление изоляции днища резервуара по формуле (13.52)
R 0 =0,2-176,6 = 35,3 О м -м2.
4. По табл. 13.11 принимаем величину защитной плотности тока, соответствующую ггср = 20 Ом-м и R0 = 35,3 Ом-м
jn = 0,0035 А/м2.
5. Сила тока, необходимая для защиты днища резервуара от кор розии, по формуле (13.54)
13=0,0035-176,6 = 0,62 А.
6.Выполним проверку условия (13.55)
l3R pr= 0,62-0,2 = 0,124 В.
19. Б-762 |
577 |
Так как (Еп - Е ^ ) = |-1,6-(-0,55)| = 1,05 В > 0,124 В, то резервуар от коррозии защищен.
7. Сопротивление растеканию тока с протектора по формуле (13.45)
R nl =0,18 + 0,47-20 = 9,85 Ом.
8. Ориентировочное число протекторов по формуле (13.56)
N ПО |
0,62 |
9,58 |
|
6,4. |
|
|
1 ,6 -0 ,5 5 -0 ,6 2 -0 ,2 |
|
Округляем данное количество до N no = 7.
9. Для ориентировочного количества протекторов по табл. 13.12 находим коэффициент экранирования т|эп = 0,82.
10. Окончательное число протекторов по формуле (13.57)
N = - — = 8,54*9. " 0,82
11. Анодная плотность тока по формуле (13.48)
10-0,62 |
мА |
Ja = 9-0,123-(3,14-0,6 + 1,57-0,123) |
= 2,7 |
дм- |
12.По графику рис. 13.6 находим КПД протектора т|п = 0,47.
13.Сила тока протектора по формуле (13.58)
1 = 1' 6 ~ °'- - = 0 ,п а . 0,2+9,58
14. Срок службы протекторов по формуле (13.47)
Тпу |
10-0,95-0,47 |
= 10,3 года. |
|
|
0,11-3,95 |
Пример 13.7. Определить параметры протекторной защиты ре зервуара РВС-2000 с помощью групповых установок. Исходные дан ные и промежуточные результаты взять из примера 13.6
Решение 1. Ориентировочное общее количество протекторов, необходи
мое для защиты, по формуле (13.59)
Nno= l , 4 ^ = 7,9*8.
0,11
2.Принимаем N, = 4. Отсюда число групповых протекторных установок п = 2.
3.Сопротивление растеканию тока с групповой установки по
578
формуле (13.44)
R = 9,58 =2,9 Ом.
4-0,82
4.Сила тока групповой протекторной установки по формуле
(13.61)
116 -0 155= 0 з4 а
пг 2,9+ 0,2
5. Уточненное количество протекторов в группе по формуле
(13.62)
хт |
4 0,62 „ |
N = |
----------= 3,65 шт. |
к2 0,34
6.Отклонение уточненного количества протекторов от первона чально принятого
N |
- N |
3 6 5 - 4 |
—*----- |
1• 100% = - |
-----------100% = 7,5% < 15%. |
N, |
4 |
|
Следовательно, выбор числа протекторов сделан правильно.
7. Безопасное удаление протекторов от резервуара по формуле
(13.63) |
|
|
У = |
----------- ^ |
_______ = 1 м. |
|
2-3,14-(1,15-0,34-0,2) |
|
Так как минимальное безопасное удаление протекторов от ре зервуаров составляет 3 м, групповые протекторные установки могут быть расположены на расстоянии трех метров от резервуара.
8. Срок службы протекторов по формуле (13.47)
тпу |
10-8-0,95-0,47 |
= 14,6 лет. |
|
|
0,62-3,95 |
Пример 13.8. Рассчитать протекторную защиту внутренней по верхности резервуара РВС5000 от коррозии подтоварной водой с концентрацией солей 10%. Уровень подтоварной воды 1 м.
Решение 1. Удельное электросопротивление подтоварной воды по
формуле (13.64)
г = — -— = 0,087 Ом -м.
в1,5 + 10
579
2. Выбираем протектор типа ПМР-20 с параметрами (табл. 13.10)
G n = 20 кг; £ п = 0,14 м; dn = |
0,4 м. |
|
||
3. Сопротивление растеканию тока с протектора по формуле (13.67) |
||||
|
0,087 |
h 4 J U 4 |
0м |
|
р |
2-3,14-0,14 |
0,4 |
|
|
4. Площадь поверхности контакта протектора с электролитом по |
||||
формуле (13.69) |
|
|
|
|
|
S = 3 ,1 4 0 ,4 ( — |
+0,14) = 0,3 |
м2. |
|
|
|
4 |
|
|
5. Поляризационное сопротивление протектора по формуле |
||||
(13.68) |
|
|
|
|
|
R = • |
1 |
= 0,3 Ом. |
|
|
|
|
||
|
0,3-(1,26 + 10) |
|
||
6. Токоотдача протектора по формуле (13.66) |
||||
|
1,05 |
= 2,89 А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
1„.= 0,0333 + 0,3 |
|
||
7. Площадь защищаемой поверхности резервуара по формуле (13.71) |
||||
|
|
22,79 |
м2. |
|
F3 =3,14-22,79' |
+ 1 =479,3 |
|||
|
|
I |
4 |
|
8. Анодная плотность тока по формуле (13.48) при N n = 1 |
||||
|
10-2,89 |
= 67,7 |
мА |
|
Ja = |
|
|
дм 2 * |
|
0,4-(3,14-0,14 + 1,57-0,4) |
||||
Данной плотности тока соответствует КПД протектора т|п = 0,54. 9. Необходимое число протекторов по формуле (13.70)
хт |
, , 0,0677-479,3 1/1Г |
N ,= 1 ,3 --------------------= 14,6 шт. |
|
3 |
2,89 |
Округляем найденное количество в большую сторону N 0K= 15 шт.
10. Анодная плотность тока при N 0K= |
15 шт. |
|
: _ Jal |
______ |
МА |
a _ N |
67’7 =4,51 |
|
” 15 |
ДМ 2 ‘ |
|
11.Срок службы протектора по формуле (13.47)
т= 15-0,95-0,49 = 0,61 года. 2,89-3,95
580