авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Повышение надежности эксплуатации газопроводов с применением технологии электрического секционирования при защите от коррозии

-- [ Страница 2 ] --

В третьей главе разработаны методы мониторинга и оптимизации параметров электроизолирующих вставок для секционирования электрохимической защиты газопроводов. Для экспериментальных измерений и оптимизации режимов работы ИВ на газопроводах использовали зонд-модуль, долговременные электронные регистраторы токов и напряжений, электроды сравнения (рис. 2).

а) б)

 в) г) ависимость-4

 в) г) ависимость-5

в) г)

Рис. 1 Зависимость потенциала от плотности тока (а), поляризационная диаграмма (б) и результаты оценки скорости коррозии в анодной (в) и катодной (г) областях поляризации

1 – увеличение значений тока, 2 – уменьшение значений тока

Синхронную регистрацию параметров защиты и блуждающих токов проводили в несколько этапов. На первом этапе оценивалось влияние режима работы близлежащих установок дренажной защиты (УДЗ) путем измерения параметров защищенности МГ и отвода при включенных и выключенных дренажных установках.

 хема измерений на-6

 хема измерений на-7

Рис. 2 Схема измерений на изолирующих вставках

1 – газопровод, 2 – вставка изолирующая, 3 – зонд-модуль, 4 – измерительный пункт, V – вольтметр, – долговременный регистратор потенциала, Rk – шунт калиброванный, R – переменный резистор

Кратковременное (60 сек) отключение - включение дренажа проводили в моменты максимальных дренажных токов. Аналогичная методика использовалась для оценки дальнодействия ИВ. Замыкания вставки производились также при возникновении больших значений блуждающих токов (моменты определялись по контролю напряжения). Проверку адекватности выявленных закономерностей и оптимальной схемы шунтирования ИВ проводили по зафиксированным значениям напряжения на разомкнутой вставке и синхронно измеренными токами ВО зонд-модулей по разные стороны обкладок ИВ. Определяли граничное значение напряжения, при котором обкладки ещё практически не поляризуются в анодную область. Граничное напряжение определяли по точке пересечения с осью абсцисс аппроксимирующих прямых токов поляризации (рис. 3). Возможность линейной аппроксимации обусловлена малым рассеянием опытных данных и достаточным коэффициентом детерминации не менее 0,92.

Результаты экспериментального определения электрических параметров ИВ представлены на рис. 4. Результаты измерений вольтамперных характеристик содержат от 2000 до 4000 значений, поэтому обработка данных проводилась методами статистического анализа (рис. 5). Рассчитаны стандартные статистические показатели, на основе анализа которых была установлена функциональная зависимость среднего значения и среднеквадратичного отклонения (СКО) (пульсации) вольтамперных характеристик от сопротивления вставки (ее способа замыкания):

, (2)

где у – среднее значение или среднеквадратичное отклонение измеряемой величины; An – аппроксимирующие коэффициенты (табл. 2); R – сопротивление, Ом.

 ависимость силы тока-9

Рис. 3 Зависимость силы тока зонд-модуля (IЗМ) от напряжения на изолирующих вставках (UИВ)

 а) б) ависимости-10

 а) б) ависимости-11

а) б)

Рис. 4 Зависимости потенциалов на ИВ UП(1,2) UИВ (а), силы тока зонд-модуля IЗМ(1,2) и силы тока в газопроводе IГ (б) во времени

1 – ИВ разомкнута, 2 – ИВ замкнута перемычкой, 3 – замкнута, шунт 0,2 Ом, 4 – шунт 2 Ом, UП(1) UП(2) – потенциал 1 и 2 обкладки, UИВ – потенциал ИВ, IЗМ(1), IЗМ(2) – сила тока через 1 и 2 обкладку, IГ – сила тока в газопроводе

Установлено, что мгновенное значение силы тока и напряжения соответственно определяются по следующим формулам:

, (3)

, (4)

где , - соответственно среднее значение силы тока и потенциала; , - соответственно среднеквадратичные отклонения силы тока и напряжения.

а) б)

Рис. 5 Пример гистограммы потенциалов обкладки изолирующей вставки в разомкнутом состоянии (а) и при коротком замыкании (б)

Таблица 2

Значение коэффициентов аппроксимирующей функции

Параметры силы тока зонд-модуль 1 зонд-модуль - 2 газопровод Параметры потенциала I обкладка II обкладка вставка
А0 -0,0178 -0,0371 -41,426 А0 0,9727 1,0811 0,7462
А1 0,0002 -0,0003 231 А1 -1,6562 -2,2671 0,0141
А2 0 0 -118,95 А2 0,816 1,1614 0
А3 0 0 0,1187 А3 -0,0008 -0,0012 0
А0 0,0719 0,0627 73,562 А0 0,178 0,2069 1,3002
А1 -0,3069 8·10-5 -407,68 А1 -0,9898 -1,1512 0,0039
А2 0,1558 200,09 А2 0,4986 0,5853 0
А3 -0,0002 -0,1997 А3 -0,0005 -0,0006 0

Таким образом, необходимо подобрать величину шунта, при которой токи в трубопроводе будут минимальны, а поляризация обкладок будет в допустимых пределах. В общем виде эта задача не разрешима, т.к. не известны значения потенциалов, приложенные к удаленным участкам газопровода; весьма приближённо можно оценить и омическое сопротивление этих участков, и баланс токов. Для локального участка в окрестностях ИВ задачу решали исходя из функциональной зависимости тока поляризации обкладок ИВ от тока в трубе. Мерой величины тока поляризации приняли плотность тока зонд- модуля. Очевидно, что для короткозамкнутой вставки (рис. 6, а) в широкой области регистрируемых токов в трубопроводе (±100 А) наблюдается равенство плотностей тока зонд- модулей у обеих обкладок, т.е. их поляризации не происходит. Напротив, при разомкнутой вставке (рис. 6, б), даже в отсутствии тока, всегда сохраняется остаточная поляризация, а его появление, приводит к резкой поляризации обкладок. В случае включения в цепь ИВ шунтирующей перемычки с сопротивлением от 0,2 до 2 Ом (рис. 6, в, г) минимальная поляризация обкладок наблюдается при установившимся токе, не превышающем 5-7 А, и имеющем преимущественную направленность.

а) б)

в) г)

1 – катодные, 2 – анодные токи

Рис. 6 Зависимости плотности тока зонд – модулей (i) от силы тока (I)
в газопроводе

а) – ИВ разомкнута, б) – ИВ замкнута перемычкой, в) – замкнута, шунт 0,2 Ом, г) – шунт 2 Ом

Если же преимущественного направления у тока в трубопроводе нет, т.е. он примерно одинаково по амплитуде и по времени распространяется в обе стороны, то ощутимой поляризации обкладок вставки не происходит даже при больших токах, не превышающих 10-15 А.

Полученные результаты не только раскрывают механизм поляризации ИВ, но также имеют практическое значение. В частности, на основе результатов настоящих исследований рекомендовано исключать из схем шунтирования изолирующих вставок диоды, так как они способствуют их поляризации. Кроме того, диоды являются ненадёжным элементом схемы, часто выходят из строя даже от кратковременной перегрузки по току, либо по обратному напряжению. Шунтирующая цепь при этом разрывается, и изолирующая вставка месяцами может работать в опасном для неё режиме. Для аппроксимации полученных массивов данных использовали методы обработки гармонических функций. Считали, что плотность тока каждой из обкладок меняется в зависимости от силы тока в трубопроводе по следующему закону:

, (5)

где А0, Ак, Вк, к, – неизвестные параметры.

Использовали метод наименьших квадратов, минимизирующий функцию:

, (6)

где jоп – вектор экспериментальных данных плотности тока, мА/см2.

Минимум функции (6) достигался решением системы, состоящей из 2n+1 уравнений, которые можно записать в виде:

(k = 0, 1, …, 2n), (7)

где aik, bik, Сk вычисляли по следующим формулам:

(8)

Система (8) распадается на две подсистемы уравнений, служащих для определения четной и нечетной компонент:

(9)

(10)

где

Если интервал [-L; L] достаточно велик и частоты гармонических компонент не слишком близки, то

(11)

(12)

Следовательно,

(13)

(14)

, (15)

(k = 1,2,…, n).

Таким образом, на основании формул (5)-(15) были подобраны коэффициенты аппроксимирующих функций восьми графических зависимостей (табл. 3).

Таблица 3

Значения коэффициентов аппроксимирующих функций

Коэффициент № зависимости по рис. 6
а1 а2 б1 б2 в1 в2 г1 г2
А0 -1,265 -1,25 -23,055 -55,35 -0,175 -0,041 0,104 -0,218
А1 -0,055 -0,0006 2,219 13,377 0,368 0,057 1,219 1,385
В1 -0,115 -0,018 23,42 1,448 0,152 -1,052 1,438 2,0083
1 1,121 1,779 96,187 16,351 0,423 15,281 0,503 0,453
А2 0,108 0,948 0,166 13,375 -0,0027 -0,341 0,023 0,022
В2 0,146 -1,107 -15,862 1,449 0,0119 1,395 -0,014 -0,013
2 1,047 -0,277 104,239 16,346 2,653 15,112 2,219 2,145
А3 -0,0954 -0,331 -13,181 13,376 0,237 0,045 0,073 -0,191
В3 -0,1572 0,699 -3,454 1,45 -0,253 0,3609 -0,785 -0,717
3 1,1839 -0,386 -5,224 16,346 0,551 15,409 0,602 0,65
А4 0,1003 -0,014 33,683 13,373 -0,562 0,2405 -1,544 -1,234
В4 0,1018 -0,0003 -74,598 1,449 0,189 -0,705 -0,909 -1,232
4 1,144 2,853 9,752 16,327 0,459 15,014 0,418 0,35
А5 1,171 0,585 0,0025 1,782 0,156 0,0569 0,073 0,198
-0,0003 -0,0019 23,969 -0,812 -0,0027 0,0076 0,0048 -0,005

В результате получена итоговая функциональная зависимость между сопротивлением вставки и аппроксимирующими коэффициентами, представленная в следующем виде:

. (16)

Подбор неизвестных коэффициентов осуществлялся в приложении Microsoft Excel через команду «Сервис-Поиск решения» по методу наименьших квадратов. Результаты вычислений представлены в табл. 4, относительная погрешность при этом составила 1,5 %.

Таблица 4

Значения коэффициентов аппроксимирующей функции

Коэффициент Значение
Х0 -92,4967
Х1 -95,4215
Х2 -120,033
Х3 -174,994
Х4 -43,4158
Х5 -24,1962
Х6 30,12184
Х7 -40,1662
Х8 30,45014
Х9 45,83836
Х10 -64,5795
Х11 -211,041
Х12 84,49345
Х13 -72,7435
Х14 26,26059

Таким образом, установлено, что в газопроводе блуждающие токи величиной до300-500 А с помощью изолирующих вставок могут быть снижены практически до нуля. Однако это приведёт к поляризации обкладок ИВ и возрастанию опасности коррозии металла трубы в дефектах изоляции одной из них. Выравнивания потенциалов обкладок ИВ (деполяризации) можно достигнуть, электрически соединив их между собой (зашунтировав) резистором сопротивлением 0,2-2,0 Ом. Практическими измерениями и расчётами установлено, что оптимальными являются токи, не превышающие 7-10 А.

Предложено, что для практической работы по подбору величины шунта целесообразно пользоваться падением напряжения на изолирующей вставке. Установлены оптимальные диапазоны значений: не более 5-7 В для ИВ с преимущественным направлением блуждающего тока и 15-17 В для ИВ с симметричной переменой поляризацией. Усовершенствовано шунтирующее устройство, предназначенное для оптимизации параметров ограничения тока через ИВ. Устройство содержит сборку (цепь) последовательно соединённых мощных диодов, замкнутых в кольцо (рис 7, а). Соединённые между собой начало и конец диодной сборки через токовый шунт подключают к одной из обкладок ИВ.

Вторая обкладка ИВ, в зависимости от условий её работы, подключается к одной из узловых точек диодной цепочки. Тем самым меняется количество диодов и их соотношение для ограничения блуждающих токов прямого и обратного направления. Оптимальным режимом работы ИВ будет такой режим, когда при выбранном соотношении количества диодов для прямой и обратной ветви, коррозионные процессы на обкладках минимальны. Определив максимально возможное напряжение на ИВ, не вызывающее поляризации обкладок, поддерживают его с помощью последовательно включенных диодов (рис 7, б).

 а) б) хема устройства-43

а) б)

Рис. 7 Схема устройства для подбора оптимального режима изолирующей вставки (а) и вольтамперная характеристика опытного шунтирующего устройства (б)

1 – клеммы подключения обкладок ИВ, 2 – клемма подключения второй обкладки ИВ, 3 – области обеспечения защитного потенциала, 4 – область ограничения блуждающего тока

Полученная вольтамперная характеристика аппроксимирована формулой следующего вида:

, (17)

где а0, аi, ai+1, ai+2 – аппроксимирующие коэффициенты (табл. 5). Коэффициент корреляции при этом равен 0,95, что говорит о функциональной связи.

Таблица 5

Таблица аппроксимирующих коэффициентов

Коэффициент Значение
a0 2,524164
a1 -1,22801
a2 7,642649
a3 1,964317
a4 4,212879
a5 3,570246
a6 0,946189
a7 1,327965
a8 5,903379
a9 3,147092


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.