Система корозійного моніторингу трубопроводів

Система корозійного моніторингу трубопроводів, яка містить в своєму складі, пов'язані між собою вимірювальний блок, переносні мідносульфатні електроди порівняння, комплект датчиків для вимірювання потенціалів, швидкості корозії, корозійного потенціалу, тафелевського нахилу поляризаційної кривої та GPS координат, пристрій для заглиблення та зв'язану з вимірювальним блоком штатну станцію, яка відрізняється тим, що додатково між штатною станцією та вимірювальним блоком встановлені автономні переривачі струму катодного захисту, а вимірювальний блок, виконаний з можливістю розрахунку корозійної активності ґрунту, аналізуючі рівняння поляризаційної кривої: Винахід, що заявляється, належить до області корозійно-вимірювальної техніки та може бути використаний на підприємствах нафтогазового комплексу для визначення місць пошкодження ізоляційного покриття, вимірювання потенціалів (корозійних, поляризаційних, поперечного поздовжнього градієнтів) трубопроводу, корозійної активності ґрунту (швидкості корозії металу трубопроводу на різних рівнях його залягання) і швидкості залишкової корозії металу трубопроводу в дефектах ізоляційного покриття. Аналогічні роботи проводяться німецькою фірмою «Weilekes elektronik» американською фірмою "Magna Corporation", Російським ЗАТ "ВНІІГАЗ", Голландською фірмою "Scan". Недоліки аналогів - апаратура, що розробляється, не дозволяє вимірювати поляризаційний потенціал, швидкість ґрунтової та залишкової корозії металу трубопроводу у дефектах ізоляційного покриття. Найбільш близьким до винаходу по технічній сутті та досягнутому результату є методика, описана в патенті України 24212 А, МКИ G01N17/00, G01N17/04. № 97010347; Заявлено 28.01.97; Опубл. 07.07.98. Прототип призначений для оцінки корозійного стану підземних металоконструкцій (ПМ) шляхом визначення поляризаційного потенціалу та корозійної активності ґрунтів. Для проведення вимірювань необхідно повне відключення станцій катодного захисту, що впливають на обстежувану (13) 96346 (11) UA де ic - швидкість ґрунтової корозії металу трубопроводу; Ec - корозійний потенціал; E- сумарний потенціал; ba - тафелевський нахил анодної поляризаційної кривої; bc - тафелевський нахил катодної поляризаційійної кривої. C2   ,   (19) E Ec  E Ec  ba i  ic 10  10 bc   3 ділянку. Поляризацію на заданій ділянці здійснюють за допомогою радіокерованої станції катодного захисту в потенціостатичному режимі, дистанційно переривають поляризацію і визначають поляризаційний потенціал протягом 0,01-10 сек. після переривання, а корозійний стан оцінюють заглибленням корозійного зонда на різні рівні залягання ПМ. Недоліки прототипу - необхідно повне відключення штатної станції катодного захисту і встановлення радіокерованої станції катодного захисту, при оцінці корозійної активності ґрунту фіксують лише струм, який виникає на корозійному зонді при поляризації його напругою ДЕ=5-20 мВ. В основу винаходу поставлено задачу - створення комплексної системи активного моніторингу корозійного стану трубопроводів, яка повинна забезпечувати безперервний чи періодичний процес спостереження за корозійною стійкістю трубопроводів, ефективністю його захисту, корозійною активністю середовищ, що транспортуються по трубопроводах, при наявності зворотного зв'язку із системою захисту від корозії. Задача вирішується за рахунок використання системи корозійного моніторингу трубопроводів (далі - СКМТ), яка включає: вимірювальний блок (далі - ВБ); датчик для вимірювання потенціалів; датчик для вимірювання швидкості корозії, корозійного потенціалу та тафелевського нахилу поляризаційної кривої; переносні мідно-сульфатні електроди порівняння (2 шт); датчик GPS для вимірювання координат; переривачі струму катодного захисту (4 шт); провід; пристрій для заглиблення. Дана система дозволяє вимірювати: величини електрохімічних потенціалів (поляризаційного, сумарного з омічною складовою, поперечного та прокольного градієнтів потенціалів по всій довжині трубопроводу); швидкість корозії металу трубопроводу на зовнішній і внутрішній поверхні; зміну в часі електрохімічних потенціалів (поляризаційного, сумарного з омічною складовою). Методика оцінки за допомогою СКМТ дозволяє: визначати місця пошкодження ізоляційного покриття з точністю ±0,5 м на різних рівнях залягання трубопроводу; визначати корозійний та поляризаційний потенціали, потенціал з омічною складовою відносно насиченого мідносульфатного електрода порівняння, поздовжнього градієнта потенціалів по всій довжині трубопроводу; визначати швидкість ґрунтової корозії металу -5 труби в діапазоні 10 - 5 мм/рік; визначати швидкість залишкової корозії металу труби в дефекті -5 захисного покриття у діапазоні 10 - 5 мм/рік; прогнозувати корозійний стан металу труби під захисним покриттям, що відшарувалося. Суть винаходу наведено на блок-схемі (фіг. 1), на якій: 1 - штатна станція катодного захисту; 2 анод; 3 - труба; 4 - пункт вимірювання; 5 – мідносульфатний електрод порівняння; 6 - датчик для вимірювання швидкості корозії, корозійного потенціалу та тафелевського нахилу поляризаційної кривої; 7 - ВБ СКМТ; 8 - переривач струму катодного захисту; 9 - датчик GPS для вимірювання координат; 96346 4 Основним критерієм корозійного стану трубопроводу є швидкість залишкової корозії металу трубопроводу в дефекті ізоляційного покриття, і кз. Цю величину розраховують за формулою: E Ec  EEc  ba i  ic 10  10 bc      (1)   Як видно, до формули, крім ікз, входять ще чотири невідомі величини: Е з - корозійний потенціал; Е з - поляризаційний потенціал; ba - тафелевський нахил анодної поляризаційної кривої; іс швидкість ґрунтової корозії металу трубопроводу. Ці чотири величини визначаються в польових умовах при проведенні корозійного моніторингу трубопроводу за допомогою СКМТ (фіг. 1). При цьому використовується вимірювальний блок (ВБ), структурна схема якого наведена - на фіг. 2. Для визначення дефектів в захисному покритті трубопроводу використовують один з трьох методів: метод оцінки розподілу поляризаційного потенціалу Ер , метод оцінки розподілу сумарного потенціалу Е або метод оцінки градієнта потенціалу grad E. При вимірюванні Ер до входу ВБ підключається мідно-сульфатний електрод порівняння (МСЕ) та електричний вивід трубопроводу. Перед початком проведення вимірювань на діючі катодні станції, що впливають на обстежувану ділянку, встановлюються переривачі катодного захисту, які по заданій програмі в автоматичному режимі виключають-включають струм катодного захисту. Аналогічно вимірюють Е . При вимірюванні grad Е до входу ВБ підключаються обидва МСЕ. В подальшому при визначенні швидкості залишкової корозії використовується тільки величина поляризаційного потенціалу Ер . В тому випадку, коли неможливо визначити Ер , для пошуку дефектів в ізоляційному покритті використовують Е та grad E. Для визначення швидкості ґрунтової корозії в ґрунт заглиблюється корозійний датчик 6 (фіг. 1), за допомогою якого визначається корозійний потенціал Ес та залежність струму від потенціалу в діапазоні від 0 до 100 мВ. Як правило, швидкість ґрунтової корозії вимірюється в місці знаходження дефекту в захисному покритті. При роботі з датчиком 6 ВБ працює в режимі потенціостату. При цьому використовується розгортка потенціалу Е в діапазоні від ( Ес -0,05) В до ( Ес +0,05) В та реєструється виникаючий струм I. Датчик 6 має три електроди: робочий, допоміжний та електрод порівняння. Алгоритм роботи з корозійним датчиком полягає в наступному: датчик підключається до входу ВБ; після підключення включається вольтметр та на дисплеї висвітлюється значення Ес ; відбувається стабілізація значень Ес протягом 1030 хв., далі включається програма поляризації. 5 Алгоритм роботи програми поляризації полягає в наступному. Потенціал робочого електрода зміщується на 0,05 В відносно сталого значення Ес , вмикається лінійна розгортка потенціалу зі швидкістю 0,1 мВ/сек. При цьому на екрані дисплея через кожні 0,005 В висвітлюються прикладені значення потенціалів Eі та відповідні їм значення величини струму Iі. Точність завдання потенціалу становить 0,001 В. Діапазон струмів, що вимірюються, знаходиться в межах 0-100 мА, при цьому похибка вимірювання залежить від діапазону таким чином: в діапазоні 0-0,001 мА точність складає 10 %; в діапазоні 0,001-0,01 мА точність складає 5 %; в діапазоні 0,01-100 мА точність складає 1 %. Пари значень Eі-Іі записуються в пам'ять ВБ. Потенціал при струмі, рівному нулю, приймається за потенціал корозії Ес і теж вводиться в пам'ять ВБ. Після завершення програми поляризації автоматично вмикається програма обробки експериментальних даних з метою розрахунку тафелевських коефіцієнтів, швидкості ґрунтової корозії та швидкості залишкової корозії металу труби. В основі розробленої комп'ютерної програми полягає аналіз рівняння поляризаційної кривої: E  Ec   E  Ec   i  ic 10 ba  10 bc  (2)     Алгоритм розробленої програми засновано на комбінації методів нелінійної мінімізації. Цільова функція для даного алгоритму записується у вигляді суми квадратів відхилень експериментальних значень та значень, що розраховуються. Метод припускає задання інтервалу можливих значень по кожному з параметрів. Хороший збіг експеримен 96346 6 тальних та розрахованих даних вказує на дієздатність програми, а також на те, що рівняння (2) задовільно описує експеримент. Для обробки отриманих даних використовується персональний комп'ютер ПК - блок 3 (фіг. 1). Для передавання отриманих даних з ВБ на комп'ютер використовується інтерфейс 2, що підключається до стандартного порту ПК. Структурна схема інтерфейсу ВБ СКМТ показано на фіг. 3. Обробка даних проводиться за допомогою відповідного програмного забезпечення в середовищі Windows. За допомогою розробленого програмного забезпечення ПК здійснює операції: будує графіки залежностей Ер - S, Е з - S та grad - S з зазначенням координат; розраховує bа тафелевський нахил анодної поляризаційної кривої, ic - швидкість ґрунтової корозії металу трубопроводу та ікз - швидкість залишкової корозії металу трубопроводу в дефекті ізоляційного покриття; оцінює корозійний стан в дефектах захисного покриття. Суттєвою перевагою системи корозійного моніторингу трубопроводів в порівнянні з іншими фізичними методами діагностики магістральних трубопроводів (ультразвуковими, магнітними, акустичними) є те, що СКМТ дозволяє визначати інтенсивність протікання корозійних процесів на початкових стадіях, коли корозійні пошкодження ще не досягли критичних розмірів. Своєчасне проведення профілактичних заходів (ремонт ізоляції і стінок труби, регулювання системи ЕХЗ) дозволяє значно знизити ризик аварій, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища. 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 96346 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601