Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки сопротивления изоляционного покрытия подземных трубопроводов в процессе их электрометрического обследования.

Со временем в хорошо изолированных подземных стальных трубопроводах появляются участки с дефектами в защитном покрытии. Необходимо их своевременно обнаруживать и проводить ремонт трубопровода.

Известен способ оценки технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода, заключающийся в определении естественной разности потенциалов «труба - земля»: для этого выбирают расположенный между точками дренажа двух соседних станций катодной защиты (СКЗ) участок трубопровода, на котором необходимо оценить состояние изоляционного покрытия (патент РФ №2626609, МПК F16L 58/00 (2006.01), C23F 13/00 (2006.01), опубл. 31.07.2017). Определяют марку стали труб, из которой выполнен трубопровод, и типы грунта на глубине залегания трубопровода. В лабораторных условиях последовательно измеряют значения естественной разности потенциалов «металл - грунт» при помощи образцов стали, марка которой идентична марке стали труб на контролируемом участке, помещенных в грунт, идентичный по типу грунту в месте прокладки трубопровода. Определяют разность потенциалов «труба - земля», значение силы тока на выходе СКЗ и смещение защитного потенциала. Значение силы поляризующего тока принимают равным по сумме значений силы тока на выходе каждой СКЗ. На основании полученных данных определяют сопротивление изоляции, по значению которого судят о техническом состоянии контролируемого участка трубопровода.

Недостатком способа является значительная трудоемкость, продолжительность предварительных лабораторных измерений, а также ограниченные возможности при необходимости оперативной оценки изоляционного покрытия трубопровода.

Известен способ определения сопротивления изоляционного покрытия трубопроводов, заключающийся в катодной поляризации исследуемого участка и определении состояния изоляционного покрытия по смещению поляризационного потенциала с омической составляющей при определенной расчетной силе поляризующего тока, вызывающего это смещение (ГОСТ Р 51164-98 Приложение Д.1 Метод контроля состояния изоляционного покрытия на законченных строительством участках трубопровода).

Недостатком данного способа является трудоемкость его применения на действующих трубопроводах, поскольку контролируемый участок должен быть электрически изолирован от других участков трубопровода.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ, заключающийся в отключении не менее чем за сутки до проведения измерений всех действующих на контролируемом участке станций катодной защиты, измерении естественной разности потенциалов «труба - земля» на контролируемом участке, включении одной станции катодной защиты, и по истечении двух-трех часов измеряют силу тока на выходе станции катодной зашиты и смещение потенциала трубопровода, затем рассчитывают переходное сопротивление изоляционного покрытия трубопровода, по значению которого судят о техническом состоянии изоляционного покрытия трубопровода (ГОСТ Р 51164-98 Приложение Д.2 Метод контроля состояния изоляционного покрытия при эксплуатации).

Недостатком данного способа является значительная продолжительность трассовых работ: отключение не менее чем на сутки действующих на контролируемом участке трубопровода станций катодной защиты с последующим включением одной станции катодной защиты и измерении по истечении двух-трех часов силы тока на выходе станции катодной защиты и смещения потенциала трубопровода.

Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение продолжительности и трудоемкости трассовых работ при определении технического состояния изоляционного покрытия трубопровода.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопроводов основан на измерении поляризационного потенциала трубопровода относительно потенциала электрода сравнения, расположенного на поверхности грунта над осью трубопровода на контролируемом участке и пунктом измерения, ограниченном точками дренажа двух соседних станций катодной защиты, работающих в режиме «включено - выключено». Для этого отключают станции катодной защиты, затем подключают к двум входам устройства измерения первое разрядное сопротивление (R₁) и через заданное время разряда трубопровода (t) фиксируют измеренный поляризационный потенциал (U₁), далее отключают от входов устройства измерения первое разрядное сопротивление (R₁) и включают станции катодной защиты; после восстановления исходного значения поляризационного потенциала (U₀) вновь отключают станции катодной защиты и подключают к входам устройства измерения второе разрядное сопротивление (R₂), затем через заданное время разряда трубопровода (t) фиксируют измеренный потенциал (U₂) и определяют сопротивление изоляционного покрытия трубопровода по формуле:

где U₀ - исходный поляризационный потенциал.

Таким образом, предлагаемый способ при измерении сопротивления изоляционного покрытия трубопровода решает проблему исключения продолжительной по времени (не менее одних суток) деполяризации трубопровода до естественной разности потенциалов «труба - земля» и последующей в течение нескольких часов полной поляризации трубопровода.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода; на фиг. 2 - подключение устройства измерения к стальному трубопроводу.

Устройства измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 1 содержит резистивную электрическую цепь, состоящую из первого разрядного сопротивления 2 (R₁) и электронного ключа 3, и второго разрядного сопротивления 4 (R₂) и электронного ключа 5, управляющие входы электронных ключей 3, 5 подключены к микроконтроллеру 6, выход которого подключен к регистрирующему устройству 7, а аналого-цифровой вход микроконтроллера 6 подключен к выходу дифференциального усилителя 8, инвертирующий вход которого подключен к разрядным сопротивлениям 2 и 4 и входу 9 устройства измерения 1, а к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 8 подключены вход 10 устройства измерения 1 и электронные ключи 3 и 5.

Подключение устройства измерения 1 к трубопроводу 11 происходит следующим образом.

Трубопровод 11 гальванически соединен с пунктом измерения 12, который подключен к входу 10 устройства измерения 1, а электрод сравнения 13 подключен гальванически к входу 9 устройства измерения 1. Таким образом, между пунктом измерения 12 и электродом сравнения 13 гальванически включена резистивная электрическая цепь устройства измерения 1, состоящая из электронного ключа 3 и первого разрядного сопротивления 2 и электронного ключа 5 и второго разрядного сопротивления 4. Станция катодной защиты 14, отрицательным потенциалом соединенная через управляемый переключатель тока 15 с трубопроводом 11, а положительным потенциалом - с анодным заземлением 16, заглубленным в грунт 17. Станция катодной защиты 18 соединена отрицательным потенциалом через управляемый переключатель тока 19 с трубопроводом 11, а положительным потенциалом - с анодным заземлением 20, заглубленным в грунт 17.

Поскольку поверхность «труба - земля» из-за образования вдоль границы двойного слоя заряженных частиц можно представить как электролитический конденсатор, то осуществление управляемого разряда трубопровода через разрядное сопротивление при фиксированном времени разряда t и постоянной времени τ=RC, имеющие два значения, определяемых значениями двух подключаемых разрядных сопротивлений R₁ и R₂, с последующим решением двух уравнений разряда электролитического конденсатора, можно определить абсолютное значение сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 11.

Измерение сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 11 производится между пунктом измерения 12 и электродом сравнения 13, расположенных на поверхности грунта над осью трубопровода на контролируемом участке трубопровода, который должен быть оборудован в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 станциями катодной защиты 14, 18 с соответствующими устройствами подключениями к трубопроводу 11 и грунту 17: управляемые переключатели тока 15, 19 и анодными заземлениями 16, 20.

Способ измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 11 устройством измерения 1 включает отключение станций катодной защиты 14 и 18, и через временную задержку, задаваемую микроконтроллером 6 в диапазоне 50÷10,0 мксек, измерение микроконтроллером 6 поляризационного потенциала U₀ трубопровода 11 через дифференциальный усилитель 8, который фиксируют на регистрирующем устройстве 7.

Далее с помощью электронного ключа 3 подключают разрядное сопротивление 2 (R₁) к входам 10, 9 устройства измерения 1 и через время разряда t, задаваемое микроконтроллером 6, измеряют микроконтроллером 6 поляризационный потенциал U₁ трубопровода 11 через дифференциальный усилитель 8 и фиксируют на регистрирующем устройстве 7:

где

Далее отключают первое разрядное сопротивление 2 от входов 10 и 9 устройства измерения 1 и подключают станции катодной защиты 14 и 18, после восстановления исходного значения поляризационного потенциала U₀, вновь отключают станции катодной защиты 14 и 18 и подключают к входам 10, 9 устройства измерения 1 с помощью электронного ключа 5 разрядное сопротивление 4 (R₂). Через время разряда t, задаваемое микроконтроллером 6, измеряют микроконтроллером 6 поляризационный потенциал U₂ трубопровода 11 через дифференциальный усилитель 8 и фиксируют на регистрирующем устройстве 7:

где

Решая уравнения (1) и (2) относительно t получаем

Приравнивая выражения (3) и (4), определяем сопротивления изоляционного покрытия трубопровода R_изм

где

Последовательно повторяя подключение и отключение первого и второго разрядных сопротивлений 2 и 4 соответственно, проводят несколько измерений сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 11, что позволяет применить процедуру усреднения по формуле (6) и тем самым повысить точность измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода 11.

Использование предлагаемого способа в системах электрометрического контроля трубопроводов позволяет проводить экспресс-контроль изоляционного покрытия трубопровода 11 без вмешательства в технологический процесс его функционирования с возможностью измерения сопротивления изоляционного покрытия в произвольно выбранной точке трассы трубопровода 11.

Таким образом, в предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, отсутствует процедура полной деполяризации трубопровода 11 до естественной разности потенциалов «труба - земля». Она заменена на процедуру двухтактного управляемого разряда поляризационного потенциала трубопровода. По продолжительности эта процедура протекает в течение нескольких десятков секунд, что является измерением в реальном времени. Вот почему, в отличие от прототипа, предлагаемый способ позволяет значительно сократить продолжительность измерительного процесса при сохранении необходимой точности измерения сопротивления изоляционного покрытия в выбранной точке трассы трубопровода 11.

Следовательно, предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, т.е. удовлетворяет критериям, предъявляемым к изобретениям.