Способ повышения эффективности катодной защиты заключается в том, что потенциалы различных распределенных участков трубы автоматически устанавливаются и поддерживаются такими, что электрический ток трубы на данном участке относительно земли и окружающего воздуха стремился бы к нулю. Для решения этой задачи предлагается использовать функционально устойчивые, со стопроцентной обратной связью, электронные усилители, питаемые от источников энергии с плавающими потенциалами относительно всех элементов, по отношению к которым проводится катодная защита. Усилители включаются так, что разность потенциалов между всеми элементами, создающими электрический ток, который приводит к появлению коррозии, стремится к нулю.

Способ повышения эффективности катодной защиты трубопроводов

Для транспортировки жидких продуктов на большие расстояния по трубопроводам используются металлические трубы, которые могут работать при достаточно большом давлении внутри трубы. Чтобы защитить их от коррозии используют катодную защиту. При ней на трубу подается достаточно высокое напряжение порядка 6 кВ относительно земли. Причем отрицательная полярность напряжения относительно земли приложена к трубе. Станции катодной защиты имеют индивидуальную настройку, исключающую появление тока, приводящего к коррозии трубы, на конкретном участке при любом значении блуждающих токов. Но высокое отрицательное напряжение на трубе приводит к тому, что на внутреннем ее диаметре, по которому передается продукт, осаждаются те его составляющие, которые относительно трубы имеют положительный потенциал. Причем, чем выше потенциал катодной защиты на трубе, тем быстрее на внутреннем ее диаметре появляется осадок, уменьшающий его диаметр.

Предлагается потенциал различных распределенных участков трубы устанавливать и поддерживать таким, чтобы ее электрический ток относительно земли и относительно воздуха, окружающего ее, стремился бы к нулю. Другими словами предлагается использовать отрицательную обратную связь, с помощью которой устанавливается и поддерживается нулевое значение электрического тока на конкретном участке трубы. При появлении блуждающих токов потенциал соответствующего участка меняется так, что электрический ток, вызывающий электрическую коррозию, все равно стремится к нулю. С помощью электронной следящей системы потенциал на трубе меняется так, что электрический ток, протекающий по трубе, стремится к нулю. Это обеспечивается отсутствием разности потенциалов между трубой и окружающими ее участками.

Возможная реализация способа

Трубопровод состоит из металлических труб, которые разбиты на участки. Каждый участок соединен с землей через резистор. Падение напряжения на нем характеризует ток электрической коррозии, вызывающей коррозию трубопровода. Для уменьшения его до нуля используется дифференциальный усилитель. Вход его подключен к резистору, а выходные зажимы к трубе и земле так, что образуется отрицательная обратная связь, которая при большом коэффициенте усиления уменьшает электрический ток коррозии между землей и трубой до ничтожно малого значения. При коэффициенте усиления усилителя К="∞ ток между трубой и землей стремится к нулю и коррозия из-за этого тока отсутствует. Соответствующий участок трубы снаружи закрыт электропроводящим экраном. Он с помощью резистора соединен с наружной поверхностью трубы. Если по нему протекает электрический ток, вызывающий коррозию, то на этом резисторе падает напряжение, пропорциональное этому току. К резистору подключен дифференциальный вход второго электрического усилителя, выходные зажимы которого подсоединены к электропроводящему экрану и трубе так, чтобы ток между электропроводящим экраном и трубой стремился к нулю. Для этого напряжение питания второго усилителя гальванически развязано с напряжением питания первого усилителя и входные, и выходные зажимы имеют плавающий потенциал относительно потенциала трубы.

Для устранения осадка на внутренней поверхности трубы, продукт, перекачиваемый по трубе, проходит через электрически изолированное от трубы кольцо, на котором имеется потенциал, отрицательный относительно трубы. Проходящий по трубе продукт заряжается отрицательно и не осаждается на внутренней поверхности трубы.

Таким образом, использование гальванически развязанных между собой источников дополнительных напряжений, которые автоматически подбираются так, что электрические токи создающие коррозию внешней поверхности трубы и осадок на внутренней поверхности будут отсутствовать, позволит повысить эффективность катодной защиты. С помощью рис.1 поясняется распределение потенциалов по трубе. На рис.2 показана структура участка защиты трубы.

Рис.1. Структурная схема, поясняющая распределение потенциалов на участке трубы.

Рис.2. Структура участка трубы с элементами катодной защиты. 

R₁ – сопротивление между землей и трубой;

R₂ – сопротивление между электропроводящим экраном и трубой;

R_вн1 – сопротивление между общей шиной усилителя 1 и источником блуждающих токов;

R_вн2 – сопротивление между землей источником блуждающих токов и общей шиной источника питания (общей шиной усилителя );

R_вн3 – сопротивление между напряжением питания (общей шиной) усилителя 2 и общей шиной усилителя 3 (средняя точка напряжения Е₀₃);

R_вн4 – сопротивление между средней точкой источника питания усилителя 2 и землей;

R_вн5 – сопротивление между средней точкой источника питания усилителя 3 и землей;

Е₀₁ – напряжение источника питания усилителя 1;

Е₀₂ – напряжение источника питания усилителя 2. Оно должно быть больше потенциала созданного блуждающими токами;

Е₀₃ – напряжение источника питания усилителя 3;

1  – усилитель, с помощью которого обеспечивается катодная защита от токов земли;

2  – усилитель, с помощью которого обеспечивается катодная защита от коррозии из-за тока между экраном и трубой;

3 – усилитель, потенциал которого заряжает отрицательно относительно трубы прокачиваемый продукт; 

Э – электропроводящий экран.