СБОРКА АНОДНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

Изобретение относится к катодной защите металлических объектов от коррозии и электрохимической обработки почв, илов и других дисперсных сред, с целью очистки от загрязнений. Так как площадь для электрохимической обработки почвы бывает значительной, более 1000 га, необходимо использовать сборки из анодных заземлителей, где их количество в цепи достигает до 100 штук.

Известные анодные заземлители, например патент РФ №2033476 от 20.04.1995 г., патент РФ №2468126 от 27.11.2011 г., не раскрывают особенность их работы в цепи. Остается открытым вопрос, как можно снизить сопротивление в цепи при соединении анодов в сборке из десятков элементов, сохранив технологичность монтажа и стабильность сопротивления растекания тока.

Задачей настоящего изобретения является разработка сборки анодных заземлителей с низким переходным сопротивлением в месте контакта токопроводящего кабеля и токоприемника в месте контакта токоприемника и анодного заземлителя. Данный параметр определяет надежность многокомпонентной конструкции при длительной эксплуатации, как правило, в агрессивной среде.

Наиболее близкий к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является анодный заземлитель - патент РФ №2101388 от 10.01.1998 г. - прототип, включающий токоввод и последовательно соединенные аноды, каждый из которых выполнен в виде концентрично расположенного кабеля, тонкостенного титанового корпуса с каталитическим покрытием наружной поверхности, контактными втулками, а также герметичным соединением торцов корпуса с кабелем путем обжима с обеспечением электрического контакта корпуса со втулкой путем контактной сварки, а свободные внутренние полости корпуса заполнены изоляционным компаундом.

Здесь основными недостатками является техническая сложность практической реализации многокомпонентной сборки из анодных заземлителей, где внутренняя полость титанового анода заполняется изоляционным компаундом, вместе с токопроводящим кабелем.

Поставленная цель достигается тем, что сборку анодных заземлителей формируют из анодов с электроактивным покрытием внутри и снаружи, каждый анод снабжен приваренным к его торцевой части биметаллическим трубчатым элементом титан-медь, содержащим переходный термодиффузионный слой, представляющий собой токоввод для соединительного проводника, связывающего анод с проводником центрального кабеля в полости анода, при этом электрические контакты выполнены пайкой и защищены многослойной изоляцией.

На рис.1 показана конструкция анодного заземлителя, включающая цилиндр - 1 из титанового сплава (ВТ 1-0); внутри и снаружи анода покрытие - 2 из диоксида марганца (MnO₂); приваренный внутри анода трубчатый биметаллический токоввод - 3, состоящий снаружи из титана толщиной 0,7-0,8 мм, внутри медь, толщиной 0,3-0,4 мм; внутрь токоввода помещается медный кабель - 4; контактный узел - 5, обеспечивается путем применения специальных герметиков, полимерных резиновых материалов и термомуфт; соединение медного кабеля 4 с внутренней медной поверхностью токоввода осуществляется пайкой - 6; 7 - место сварки токоввода к основе анода.

На рис.2 показана схема соединения анодных заземлителей в монтажную сборку. Здесь 1 - титановый анодный заземлитель с двухсторонним электроактивным покрытием из диоксида марганца; 3 - биметаллический токоввод; 4 - соединительный кабель между анодами с водонепроницаемым покрытием (марка ВПП1×2,5); 8 - место пайки и изоляции соединения центрального токоподводящего кабеля 9 и соединительного кабеля 4; 9 - центральный кабель с водонепроницаемым покрытием (марка ВПП1×6, ВПП×10). L - расстояние между анодами.

В зависимости от диаметра анодов и их длины, расстояние L может меняться в диапазоне (0,5-5,0) м. Также имеется здесь зависимость от характеристик грунта, токовой нагрузки от станции катодной защиты и величины рабочей поверхности анодного заземлителя.

Разработанный цилиндрический анодный заземлитель на титановой основе с покрытием на внутренней и внешней поверхностях из диоксида марганца, где соединение анода с медным кабелем осуществляется через трубчатый токоввод в внутренним медным слоем, практически не чувствителен к электрохимическому разрушению. При эксплуатации сборок из нескольких десятков соединенных в цепь таких анодных заземлителей не образуют нерастворимые формы в грунтовых водах и токсичной опасности не представляют. Все токопроводящие кабели, дренажная трубка и в ряде случаев при глубинных скважинах несущий трос проходят внутри полости анодных заземлителей, что обеспечивает дополнительную компактность сборки и механическую защиту точек коммутации. При этом количество коммутационных узлов существенно снижено по сравнению с прототипом, за счет применения инновационных схем кабельной сборки. Предложенная сборка из анодных заземлителей увеличивает диапазон применения как по состоянию грунтов, по размеру траншеи или глубине скважины, упрощает работы по установке, увеличивает надежность и долговечность работы анодной сборки.

Заявленная сборка из анодных заземлителей прошла испытания в трассовых условиях (акт от 17.05.13 г., ПАО «ДнепроГаз»; акт от 16.05.13 г., ПАО «Днепропетровскгаз»).

В первом случае сборка анодных заземлителей состояла из 16 анодов из титановой трубы: диаметр 60 мм, толщина стенки 1 мм, длина цилиндрического анода - 500 мм. На внутренней поверхности анода приваривается биметаллический тововвод диаметром 8 мм с общей толщиной стенки 1 мм (внешний слой 0,7 мм - титан, внутренний 0,3 мм - медь), длина токоввода 75 мм. Далее на анод с токовводом наносится покрытие из диоксида марганца толщиной до 100 мкм. Для последовательного соединения каждого анода с общим контактным устройством применяется водопогружной кабель марки ВПП1×2,5. Магистральный кабель - ВПП×6. Расстояние между анодами в пределах 2,5 м. Медный кабель (ВПП1×2,5), диаметром 6 мм и длиной 110 мм зачищался от оболочки на длине 40 мм, покрывается припоем и запаивается внутри токоввода. Контактный узел герметизировался с использованием резинополимерных материалов и термоусаживаемых трубок. Полученная сборка устанавливалась в стационарной колонне скважины глубиной 55 м, которая заполнена водно-почвенной смесью с сильной минерализацией и высоким содержанием хлоридов и фторидов. В итоге эксплуатации в течение более года, сборка из анодных заземлителей на основе титана с покрытием из диоксида марганца и биметаллическим токовводом показала стабильную работу по электрохимической защите металлических подземных городских коммуникаций.

Во втором случае сборка анодных заземлителей состояла из 10 анодов в количестве трех гирлянд. Здесь анод изготовлен из титановой трубы: диаметр 38 мм, толщина стенки 2 мм, длина 500 мм, расстояние между анодами в сборке - 500 мм. Остальные параметры анодов были аналогичны первому случаю. Здесь три сборки испытывались в типовом суглинистом грунте. В течение полугода эксплуатация трех сборок из анодных заземлителей на титановой основе с покрытием из диоксида марганца показала стабильную работу. На рис.3 показана фотография общего вида сборки титановых анодов из десяти штук: 38×2×500 мм. Технология изготовления биметаллических труб, в частности титан+медь, представлена в статье: Сериков С.В., Устинов И.К. - Журнал «Титан», М.: 2009, №3, с.46-49.