Результат интеллектуальной деятельности: Способ защиты трубопровода от геомагнитно-индуцированных токов

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии, вызванной геомагнитно-индуцированными источниками блуждающих токов, и может быть использовано при эксплуатации подземных трубопроводов, подверженных влиянию геомагнитно-индуцированных блуждающих токов.

Известна система защиты трубопровода от воздействия натекающих и стекающих постоянного и переменного токов, наводимых от внешних источников, содержащая подключаемый параллельно станции катодной защиты диодный мост, нагруженный на конденсатор, и балластный резистор (Патент РФ №2549800).

Недостатком системы является ее влияние на работу станции катодной защиты, что может приводить к повышению расхода электроэнергии и увеличению нагрузки на преобразователь станции катодной защиты.

Известна система защиты трубопроводов от воздействия наведенного переменного тока, включающая опору с размещенным на ней электрическим шкафом, в котором размещены разрядник для грозозащиты, блок частотных фильтров и конденсаторов и заземление для организации стекания в грунт переменного тока, наводимого в трубопроводе близкорасположенной воздушной линией электропередач (Патент РФ №2446234).

Недостатком системы является невозможность защиты трубопровода от квазипостоянных геомагнитно-индуцированных блуждающих токов.

Известно устройство для защиты трубопроводов от коррозии блуждающими токами, содержащее протектор и диод, подключенный анодом к протектору, а катодом к защищаемому сооружению, нормально замкнутое реле, включенное в цепь «протектор - сооружение», блок управления и вольтметр (Патент РФ №95842).

Недостатком устройства является его негативное влияние на работу станций катодной защиты, обусловленное изменением параметров токораспределения при совместной работе станций катодной защиты и постоянно подключенного к трубопроводу протектора, что приводит к повышению расхода электроэнергии и повышенному износу анодных заземлителей.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ защиты участков трубопроводов от геомагнитно-индуцированных блуждающих токов (Патент РФ №2642141). В способе применяют устройство для защиты трубопроводов от геомагнитно-индуцированных блуждающих токов, состоящее из протектора, электрического проводника, реле, блока управления, источника тока и измерителя напряженности магнитного поля, выполняют электрическую цепь подключения протектора к трубопроводу через реле, измеряют напряженность магнитного поля Земли, и при достижении определенного порогового уровня параметров магнитного поля Земли замыкают контактами реле цепь подключения протектора, при снижении параметров поля ниже порогового значения размыкают цепь подключения протектора.

Недостатками указанного способа являются техническая сложность и высокая стоимость, обусловленные необходимостью оснащения каждого защитного устройства отдельной системой измерения магнитного поля Земли, включающей в том числе датчик магнитного поля и источник питания блока управления; возможность ложного срабатывания из-за влияния собственного магнитного поля трубопровода на результат измерения магнитного поля, на основании которого формируется управляющий сигнал для подключения или отключения протектора; неопределенность необходимых для реализации способа пороговых значений напряженности магнитного поля Земли; необходимость настройки пороговых значений отдельно для каждого датчика, поскольку результаты измерения датчика магнитного поля зависят от его положения в пространстве; невозможность централизованного управления устройствами защиты, что затрудняет проведение мероприятий по оптимизации работы станций катодной защиты трубопровода.

Задача предлагаемого способа состоит в снижении технической сложности и стоимости системы защиты участков трубопроводов от геомагнитно-индуцированных блуждающих токов за счет определения времени подключения к трубопроводу и отключения от трубопровода токоотводящих элементов на основании прогноза геомагнитной обстановки и фактических данных о геомагнитных возмущениях, полученных с геомагнитных обсерваторий; централизованного управления всеми устройствами защиты от геомагнитно-индуцированного блуждающего тока, установленными на трубопроводе; использования в качестве токоотводящих элементов не только протекторов, но и защитных заземлений. Технический результат заключается в обеспечении нормативных значений защитного электрического потенциала трубопровода в период геомагнитных возмущений.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе защиты трубопровода от геомагнитно-индуцированного блуждающего тока, включающем размещение на трубопроводе защитных устройств, использование в качестве токоотводящих элементов протекторов, подключение протекторов к трубопроводу через нормально разомкнутое реле, согласно изобретения, подключение к трубопроводу и отключение от трубопровода токоотводящих элементов проводится на основании прогноза геомагнитной обстановки и фактических данных о геомагнитных возмущениях, полученных с геомагнитных обсерваторий, управление всеми защитными устройствами, установленными на трубопроводе, осуществляется централизованно, в качестве токоотводящих элементов используются протекторы или защитные заземления.

Геомагнитно-индуцированный (теллурический) блуждающий ток - изменяющийся во времени электрический ток, образующийся в грунте, а также в подземных стальных трубопроводах и других протяженных в пространстве электрических проводниках под влиянием вариаций геомагнитного поля и связанных с этим изменений электрического поля на поверхности Земли. Наличие геомагнитно-индуцированного тока приводит к изменениям во времени защитного потенциала трубопроводов, создаваемого системой электрохимической защиты. Величина изменения защитного потенциала трубопровода связана с напряженностью внешнего электрического поля, амплитуда вариаций которой возрастает в периоды повышенной геомагнитной активности. Следовательно, для управления режимом работы токоотводящих элементов может быть использована информация о геомагнитной активности. Информация о текущей геомагнитной активности, а также прогноз геомагнитной активности могут быть получены со специализированных геомагнитных обсерваторий с использованием современных систем передачи данных. При использовании такого подхода исключается необходимость оснащения каждого устройства защиты трубопровода собственным измерителем параметров геомагнитного поля, что уменьшает техническую сложность и стоимость системы защиты участков трубопроводов от геомагнитно-индуцированных блуждающих токов. Использование в качестве токоотводящих элементов защитных заземлений позволяет в ряде случаев снизить затраты на установку устройств защиты трубопровода от геомагнитно-индуцированного блуждающего тока. Получение данных о текущей геомагнитной активности и генерация сигналов для включения и отключения токоотводящих элементов могут быть организованы в автоматизированном режиме.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа защиты подземного трубопровода от геомагнитно-индуцированного блуждающего тока. Где:

1 - трубопровод,

2 - устройство защиты трубопровода от геомагнитно-индуцированного блуждающего тока,

3 - система анализа данных о геомагнитной активности,

4 - данные о геомагнитной активности, поступающие в систему анализа,

5 - линия передачи команд управления подключением и отключением токоотводящих элементов,

6 - токоотводящие элементы,

7 - блок управления устройства защиты,

8 - соединительные проводники.

На фиг. 2 представлен график зависимости индекса геомагнитной активности от времени с указанием момента подключения токоотводящих элементов к трубопроводу и момента отключения токоотводящих элементов от трубопровода. Где:

9 - пороговое значение индекса геомагнитной активности,

10 - момент подключения токоотводящих элементов к трубопроводу,

11 - момент отключения токоотводящих элементов от трубопровода.

Способ реализуется следующим образом. На трубопроводе устанавливают защитные устройства, представляющие собой токоотводящие элементы (заземления или протекторы), подключенные к трубопроводу через нормально разомкнутые реле. Управление подключением токоотводящих элементов к трубопроводу и отключением токоотводящих элементов от трубопровода производят дистанционно, с использованием, например, каналов телемеханики (фиг. 1). Получают прогноз геомагнитной обстановки, например, с использованием открытой информации специализированных геомагнитных обсерваторий, передаваемой по каналам современных систем передачи данных. Наряду с прогнозом геомагнитной обстановки могут использоваться и фактические данные о геомагнитных возмущениях. При достижении порогового значения параметра, характеризующего интенсивность геомагнитных возмущений, например, индекса геомагнитной активности, в автоматизированном режиме производится централизованное подключение токоотводящих элементов защитных устройств к трубопроводу. При уменьшении параметра, характеризующего интенсивность геомагнитных возмущений, ниже порогового уровня в автоматизированном режиме производится централизованное отключение токоотводящих элементов защитных устройств от трубопровода (фиг. 2). Таким образом, обеспечивается подключение токоотводящих элементов к трубопроводу только в периоды повышенной геомагнитной активности, характеризующиеся повышенной силой геомагнитно-индуцированного блуждающего тока.

Пример.

Необходимо защитить от воздействия геомагнитно-индуцированного блуждающего тока участок магистрального нефтепровода со следующими параметрами: наружный диаметр D = 720 мм, толщина стенки δ_mp=12 мм, произведение удельного сопротивления изоляционного покрытия на толщину изоляционного покрытия ρ_изδ_из=1⋅10⁵ Ом⋅м², общая длина L=400 км. Геомагнитно-индуцированный блуждающий ток при индексе геомагнитной активности K>4 приводит к вариациям защитного потенциала нефтепровода. В районе начала и конца рассматриваемого участка нефтепровода защитный потенциал выходит за пределы, регламентируемые ГОСТ Р 51164-98 в течение периодов времени, превышающих максимально допустимые периоды, установленные в ГОСТ 9.602-2016, что способствует развитию коррозионных процессов и повышает риск аварийного разрушения металла нефтепровода. Расчетом устанавливают, что для снижения амплитуды вариаций защитного потенциала необходимо размещение защитных устройств в районе начала и конца рассматриваемого участка нефтепровода в общем количестве 40 штук. В защитных устройствах в качестве токоотводящих элементов используются заземления сопротивлением 3 Ом. Выбирают точки установки защитных устройств, преимущественно в местах с наименьшим сопротивлением грунта. Точки установки защитных устройств по возможности совмещают с местами установки штатных контрольно-измерительных пунктов. Производят установку защитных устройств и подключение их блоков управления к системе линейной телемеханики. Проводят постоянный мониторинг прогноза геомагнитной активности на основании данных специализированных геомагнитных обсерваторий. Если индекс геомагнитной активности K превышает пороговое значение K₀=4, то производят централизованное подключение токоотводящих элементов к трубопроводу посредством отправки сигнала через систему линейной телемеханики. Если индекс геомагнитной активности K уменьшается и становится меньше порогового значения K₀, то производят централизованное отключение токоотводящих элементов от трубопровода посредством отправки сигнала через систему линейной телемеханики. Для мониторинга прогноза геомагнитной активности и управления подключением к трубопроводу и отключением от трубопровода токоотводящих элементов используют специализированное программное обеспечение, установленное в эксплуатирующей организации и работающее в автоматизированном режиме. В результате защитный потенциал на рассматриваемом участке нефтепровода принимает значения, соответствующие требованиям нормативно-технической документации.