Спосіб визначення коефіцієнту заникання захисного струму на ділянці підземного трубопроводу

Винахід відноситься до електромагнітних вимірювань і може бути використаний для безконтактного контролю розподілу постійного захисного струму в підземних нафто-газопроводах та інших металевих комунікаціях. Відомий спосіб контролю постійного струму в підземному тр убопроводі по методу падіння напруги [1], який полягає у підключенні електродів до металу труби в двох точках на ділянці трубопроводу і вимірюванні різниці потенціалів. Використовуючи виміряну напругу і довідкові дані погонного опору труби, визначають силу струм у, що протікає по трубопроводу на даній ділянці. Недоліками відомого способу є труднощі забезпечення достатньої кількості надійних контактів вольтметра з підземним трубопроводом, що ускладнює визначення розподілу струму вздовж трубопроводу. Відомий також безконтактний спосіб вимірювання постійного струму в підземному трубопроводі шляхом визначення максимуму різницевого сигналу від дво х датчиків Холла, розміщених на телескопічній штанзі [2] над трубопроводом. Це дозволяє виключати вплив первинного магнітного поля Землі на результати вимірювання постійного струму. Проте при цьому не враховується наявність вторинного поля намагнічення труби, що приводить до суттєви х похибок при обстеженні масивних підземних трубопроводів і робить такий спосіб практично непридатним для даної задачі. Найближчим до винаходу по технічній суті є спосіб контролю підземних трубопроводів [3], який полягає у вимірюванні змінного і постійного магнітних полів у площині перпендикулярній трубопроводу і визначенні за ними величин змінного і постійного струмів, що протікають по трубі в даному місці. При цьому за характеристиками магнітного поля змінного струму визначають координати трубопроводу, а при розміщенні датчиків поля додатково враховують напрям магнітного поля Землі відносно труби. Це дає можливість виключити вплив магнітного поля Землі та вторинного поля намагнічення трубопроводу на результати визначення постійного струму. Проводячи виміри в різних місцях вздовж трубопроводу, відтворюють діаграму розподілу постійного струму вздовж траси. Недоліком цього способу (прототипу) є складна процедура орієнтації датчиків постійного магнітного поля відносно труби і поля Землі та великі методичні похибки при неточній орієнтації датчиків у магнітному полі Землі, яке є потужним джерелом завад. Це ускладнює використання цього способу при обстеженнях трубопроводів. Технічною задачею, що розв'язує винахід є забезпечення визначення коефіцієнта заникання захисного струму в підземному трубопроводі шляхом спрощення процедури безконтактних вимірювань при зменшенні методичних похибок за рахунок виключення впливу магнітного поля Землі з метою відтворення розподілу постійного захисного струму вздовж траси. Поставлена задача вирішується шляхом вимірювань напруженості магнітного поля створеного в площині перпендикулярній трубопроводу змінним струмом (що протікає по трубопроводу) безконтактним методом вимірюють величину змінного струму на одній частоті f1, додатково на початку ділянки трубопроводу таким же безконтактним методом вимірюють величину змінного струму на другій частоті f2, безконтактним методом вимірюють величини змінних струмів на першій і другій частотах на кінці ділянки трубопроводу, вимірюють довжину ділянки L трубопроводу, використовують відомі дані про радіус rт трубопроводу і його поздовжній опір Rт, коефіцієнта a заникання постійного захисного струму визначають за формулою де a 1 = L-1ln(I1I/I1II), a 2 = L-1ln(I2I /I2 II) - коефіцієнти заникання (Неп/м) змінних стр умів I1 і I 2 з частотами f1 і f2 (Гц) відповідно, на ділянці трубопроводу довжиною L (м); I1I, I2 I та I1 II, I2II - вимірювані величини змінних струмів (A) на початку і кінці ділянки трубопроводу. При визначенні коефіцієнта замикання постійного струму створеного станцією катодного захисту (СКЗ), частотами вимірюваних змінних струмів вибирають частоти двох гармонік випрямленого струму промислової частоти, яким живиться СКЗ. Для джерел постійного струму без часових гармонік в мережі захисного струму (протектора) додатково збуджують змінні струми, які підлягають безконтактним вимірюванням для визначення заникання постійного струму. В основу винаходу покладено використання вимірювань на змінному стр умі, що дозволяє проводити безконтактні вимірювання струму з допомогою індуктивних сприймачів (датчиків) і виключити вплив на результати визначення заникання постійного струму постійного магнітного поля Землі і полянамагнічення трубопроводу, цим досягається зменшення методичних похибок. Безконтактні вимірювання змінного струму заданої частоти згідно з відомим способом [3] здійснюють спеціальними пристроями типу апаратури БИТ-К [4], яка дає можливість (по створеному струмом магнітному полю над трубопроводом) з поверхні землі визначати величину струму, що протікає по підземному тр убопроводу. Величину постійного струму звичайно вимірюють на станції катодного захисту з допомогою стаціонарного контрольного приладу (амперметра). Цей струм розподіляється вздовж трубопроводу як показникова функція. Визначивши по запропонованому способу значення коефіцієнта заникання a і маючи величину постійного струму II на початку ділянки трубопроводу поблизу СКЗ, за формулою (2) отримаємо величину постійного струму на кінці першої ділянки і, подібним чином, послідовно на всіх наступних ділянках в зоні даної СКЗ, що дає розподіл захисного струму вздовж траси. Суттєва ознака - безконтактні вимірювання змінних струмів на двох частотах для визначення заникання постійного струму на ділянці трубопроводу - не відома ні в аналогів, ні у прототипа, отже відповідає критерію "новизна". Запропонована нова формула для визначення коефіцієнта a заникання постійного струму отримана з результатів аналізу розподілу захисного стр уму у довгій лінії труба-земля [5]. Сукупність ознак, що включає безконтактні вимірювання струму на двох частотах і розрахунок коефіцієнта заникання постійного струму не відома з аналогів і прототипа, що дає підставу вважати відповідність критерію "суттєві відмінності". Збудження на виході джерела постійного струму змінної складової струму відоме в техніці для визначення належності сигналу до даного контрольованого джерела і використовується [6] в апаратурі УДІП для контролю стану ізоляції підземних трубопроводів. Проте суттєва ознака - збудження двох складових постійного струму для вимірювань з метою визначення заникання і розподілу постійного струму не відома з аналогів і прототипа, що дає підставу вважати її відповідність критеріям "новизна" і "суттєві відмінності". Запропонований спосіб пояснюється схемою, показаною на кресленні, де T - підземний трубопровід з радіусом rт, А і Б - початок і кінець ділянки трубопроводу довжиною L; II і III - струми на початку і кінці ділянки трубопроводу; В I І ВII - безконтактні вимірювачі струму в точках А і Б відповідно. Приклад конкретного виконання. На початку і кінці ділянки L = 20м трубопроводу з зовнішнім діаметром 2rт = 1020мм в точках А і Б з поверхні землі безконтактним вимірювачем струмів вимірюємо струми, що протікають по підземному трубопроводу. В зоні дії СКЗ, яка подає від електромережі в трубопровід випрямлений пульсуючий струм (який має змінні складові) вимірювання проводимо на частотах f1 = 100Гц і f2 = 200Гц, використовуючи апаратуру типу БІТ-К 4. Виміряні величини змінних струмів на першій і другій частотах на початку і в кінці ділянки трубопроводу становлять відповідно I1I = 5,0A, I2 I = 1,0A та I1 II = 4,88A, I2II = 0,97A. Погонний електричний опір трубопроводу за довідковими [1] даними Rт = 4,25 × 10-6Ом/м. Підставляючи ці дані в запропоновану формулу, отримуємо коефіцієнт заникання постійного струму на даній ділянці трубопроводу a = 3,66 × 10-5Неп/м. Для співставлення відмітимо, що коефіцієнт замикання змінного з частотою 100Гц струму на цій же ділянці трубопроводу становить Отримані результати узгоджуються з експериментальними даними про коефіцієнти заникання струмів у підземних трубопроводах, приведених у [7], що підтверджує правильність і ефективність запропонованого способу. Практичне використання запропонованого способу передбачає переміщення вимірюючого пристрою вздовж траси, безконтактні вимірювання змінних струмів двох частот, що протікають вздовж трубопроводу в різних місцях та визначення коефіцієнтів заникання струмів на різних ділянках траси. За значеннями коефіцієнтів заникання оцінюють стан ізоляції та затрати захисного струму на різних ділянках трубопроводів, тобто контролюють стан протикорозійного захисту підземних тр убопроводів. Безконтактні вимірювання змінних стр умів позбавлені впливу магнітного поля Землі, що спрощує процедуру вимірювань і дозволяє підвищити оперативність визначення розподілу постійного захисного струму в тр убопроводі по запропонованому способу в порівнянні з аналогами і прототипом.