Спосіб визначення перехідного опору ділянки трубопроводу

Спосіб визначення перехідного опору ділянки трубопроводу, що включає вимір у контрольновимірювальних пунктах природної різниці потенціалів "труба-земля" ІІЄі не менше, ніж через добу після вимикання станцій катодного захисту і потенціалу "труба-земля" ІІИі після закінчення не менш 3 годин після вмикання станцій катодного захисту, який відрізняється тим, що визначають перехідний опір ділянок трубопроводу між точкою підключення станції катодного захисту і кожною з точок із мінімальним значенням різниці потенціалів за формулою Rn= n-D • RTi а2, де D - діаметр трубопроводу, м, RT - поздовжній опір трубопроводу, Ом/м, що обчислюється за формулою RT= p/(n-(D - Д)-Д , де р - питомий опір трубної сталі, Ом мм2/м Д - товщина стінки трубопроводу, мм, а- стала поширення струму, 1/м, при цьому а визначають, розв'язуючи рівняння Передбачуваний винахід відноситься до вимірювальної техніки, зокрема, до способів визначення перехідного опору об'єктів великої довжини і може бути використаний для визначення перехідного опору ділянок магістральних трубопроводів, який застосовується при контролі стану захисних покрить трубопроводів в умовах експлуатації Відомий спосіб виміру перехідного опору (1) між двома плівковими контактними шарами, заснований на вимірі струмів і напруги з контактних шарів, при цьому провідникові доріжки виконують з матеріалу контактних шарів за одне з ними і розташованими переважно під кутом 90° чи 180° одна до одної і з них виконують вимірювання Даний спосіб виміру перехідного опору також, як і спосіб визначення перехідного опору ділянки трубопроводу, що заявляється, включає вимір напруги між контактуючими об'єктами Однак, даний спосіб призначений для визначення перехідного опору об'єктів, що мають малі розміри, і не може бути використаний для визначення перехідного опору довгомірних об'єктів, наприклад, ділянок магістральних трубопроводів Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб (метод) інтегральної оцінки перехідного опору на діючих трубопроводах (2), ВІДПОВІДНО ДО якого вимикають установки катодного захисту на ДІЛЯНЦІ, яку контролюють, і на ділянках трубопроводу, що примикають до неї, не менш, ніж через добу після вимикання установок катодного захисту, вимірюють природну різницю потенціалів "труба-земля" иЄі, після цього вмикають установку катодного захисту і після закінчення не менш 3 годин поляризації вимірюють силу струму установки і різницю потенціалів "труба-земля" UHi у контрольновимірювальних пунктах зони дії однієї установки катодного захисту, перехідний опір трубопроводу Rm Ом- м2, визначають за формулою Rn = U/j, г aL ^LUshaL ^UchaL ^Lsh2aL = О, Де L, - відстань між і-им контрольно-вимірювальним пунктом і точкою з мінімальним значенням різниці потенціалів, м, и,=и,іГи„ де U - середнє значення зсуву потенціалу на довжині зони дії однієї станції катодного захисту, В, розраховане за формулою U = L1 ю оо ю де L - довжина, що обумовлена відстанню між мінімальними значеннями різниці потенціалів з обох боків від місця підключення станції катодного захисту, м, L, - довжина І-І ділянки,м, зі зсувом різниці потенціалів "труба-земля" £/„ В, що розраховується за формулою ut = um-uet, 45185 через добу після вимикання станцій катодного захисту і потенціалу "труба-земля" і після закінчення не менш 3 годин після вмикання станцій катодного захисту, ВІДПОВІДНО ДО ВИНАХОДУ визначають перехідний опір ділянок трубопроводу між точкою підключення станції катодного захисту і кожною з точок з мінімальним значенням різниці потенціалів за формулою Rn = де к - КІЛЬКІСТЬ і-их ділянок, на яких зсув різниці потенціалів "труба-земля" підлягає порівнянню, j - ЩІЛЬНІСТЬ струму, А/м, що обчислюється за формулою де / - сила струму станції катодного захисту, А, D - діаметр трубопроводу, м Даний спосіб (метод) інтегральної оцінки перехідного опору на діючих трубопроводах також, як і спосіб визначення перехідного опору ділянки трубопроводу, що заявляється, включає вимір у контрольно-вимірювальних пунктах природної різниці потенціалів "труба-земля" Uei не менш, ніж через добу після вимикання станцій катодного захисту, і вимір різниці потенціалів "труба-земля" UHi після закінчення не менш 3 годин після вмикання станцій катодного захисту Однак, відомий спосіб визначення перехідного опору складний і недостатньо точний, по-перше, через необхідність виміру струму станції катодного захисту, по-друге, унаслідок того, що перехідний опір визначається для ділянки трубопроводу, довжина якої дорівнює відстані між мінімальними значеннями різниці потенціалів з обох боків від точки підключення станції катодного захисту і, крім того, оскільки при захисті багатониткових трубопроводів однією станцією катодного захисту не передбачаються контрольно-вимірювальні пункти для виміру сили струму, що входить від станції катодного захисту в кожну нитку багатониткового трубопроводу, а передача струму в нитку, у більшості випадків, здійснюється по технологічних перемичках (трубах), то визначення струму, що надходить у кожну нитку багатониткового трубопроводу виконується приблизно, на рівні оцінки, що ускладнює організацію контролю перехідного опору кожної нитки і, ВІДПОВІДНО, знижує точність результатів визначення перехідного опору ниток багатониткового трубопроводу В основу передбачуваного винаходу поставлена задача удосконалення способу визначення перехідного опору ділянки трубопроводу шляхом спрощення і підвищення його точності за рахунок виключення виміру струму, що надходить від станції катодного захисту в трубопровід, визначення перехідного опору для ділянки трубопроводу, меншої довжини, обумовленої відстанню від точки підключення станції катодного захисту до кожної з точок з мінімальним значенням різниці потенціалів, і визначення перехідного опору ділянки трубопроводу за запропонованими формулами Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення перехідного опору ділянки трубопроводу, що включає вимір у контрольно-вимірювальних пунктах природної різниці потенціалів "труба-земля" Uei не менш, ніж 2 •к-D-Rj/a , де D - діаметр трубопроводу, м, RT - поздовжній опір трубопроводу, Ом/м, що обчислюється за формулою RT= р/(я-(р - А)-А), де р - питомий опір трубної сталі, Ом-мм2/м, Д - товщина стінки трубопроводу, мм, а - стала поширення струму, 1/м, при цьому а визначають, розв'язуючи рівняння 2 =0 де L, - відстань між і-им контрольновимірювальним пунктом і точкою з мінімальним значенням різниці потенціалів, м, U1 = Um-Uei Уведення визначення перехідного опору ділянки трубопроводу за формулою Rn = n-D-R^a2, а сталої поширення струму а, шляхом розв'язання рівняння 2 =0 дозволяє спростити спосіб за рахунок виключення виміру струму катодної станції і, одночасно, підвищити точність визначення перехідного опору ділянки трубопроводу за рахунок виключення виміру струму, що надходить від станції катодного захисту в трубопровід, за рахунок зменшення довжини ділянки трубопроводу, яка контролюється, що дозволяє більш точно визначити місце порушення ізоляції трубопроводу і, крім того, у випадку багатониткового трубопроводу також підвищити точність визначення перехідного опору ниток багатониткового трубопроводу за рахунок виключення оціночного значення струму, що надходить у нитки, паралельні тієї, до якої підключена станція катодного захисту На кресленнях наведені фіг 1 - схема ділянки трубопроводу з указівкою контрольно-вимірювальних пунктів, для якої наведений розрахунок перехідного опору, фіг 2 - графік функції F(a) на інтервалі значень а від 0 до 7,5-10 5 із кроком Да = 10 6 для ділянки Ь\ фіг 3 - графік функції F(a) на інтервалі значень а від 5,5-10 5 до 5,8-105 у збільшеному по осі а масштабі для ділянки Ь\ фіг 4 - графік функції F(a) на інтервалі значень а від 0 до 6,0 10 5 із кроком Да = 10 6 для ділянки L", фіг 3 - графік функції F(a) на інтервалі значень а від 4,26 10 5 до 4,30 10 5 у збільшеному по осі а масштабі для ділянки L" На схемі ділянки трубопроводу показаний трубопровід 1, станція катодного захисту 2, анодний заземлювач 3, сполучні кабелі 4, якими станція катодного захисту 2 з'єднана з 45185 трубопроводом 1 і з анодним заземлювачем З, -Ul)-chaLl = 0 контрольно-вимірювальні пункти 50, ,5і5, підключені до трубопроводу 1 = 0 Перехідний опір ділянки трубопроводу 2 визначається за формулою Rn = ті-D-Rj/a , у якій Після перетворень одержимо наступну ВІДОМІ діаметр трубопроводу D і поздовжній опір систему відносно невідомих Uo і а трубопроводу RT, невідома тільки стала =0 поширення струму - а Визначити а можна виходячи з вимоги chaLl •shaLl •Ll •shaLl = 0 UQ мінімальності розбіжності теоретичного - U-n і обмірюваного - иш значень потенціалів "трубаОстання система лінійна відносно невідомого земля" для ділянки трубопроводу, що досягається Uo і тому, виключивши його, одержимо рівняння шляхом мінімізації середньоквадратичного відносно а, яке запишемо у вигляді визначника відхилення цих величин 2 Теоретичний потенціал "труба-земля" F(a) = 2-Х ch aL, •£ Ut -shal, - £ UchaL, •£ Ut -shlal, = описується формулою ї ї ї ї =0 U jj — , Пропонований спосіб визначення перехідного 2а chaL опору ділянки трубопроводу реалізують таким де / - струм, що надходить у трубопровід від чином станції катодного захисту, А, При необхідності визначити перехідний опір на L - довжина ділянки трубопроводу, яка яких-небудь ділянках трубопроводу вимикають контролюється, - відстань між точкою підключення станції катодного захисту 2 на цих ділянках і через станції катодного захисту і точкою з мінімальним добу в контрольно-вимірювальних пунктах 5 по значенням різниці потенціалів, м, кожній ДІЛЯНЦІ трубопроводу, яку контролюють, L, = \х, - хм\ - відстань від точки з мінімальним вимірюють природну різницю потенціалів у значенням різниці потенціалів до і-го контрольноконтрольно-вимірювальних пунктах ділянки -и«, у вимірювального пункту.м, випадку, якщо вимикання станцій катодного Тоді В ідеальному випадку повинно захисту 2 небажано, можна (на підставі (3) с 172) виконуватися рівняння иш = Umi + Uei прийняти, що для всіх контрольно-вимірювальних Запишемо вираз для середньоквадратичного пунктів 5 Uei = -0,55В Якщо проводилося відхилення теоретичного й обмірюваного вимикання станцій катодного захисту 2, то через потенціалу "труба-земля" для ділянки час 3 години і більш, якщо вимикання станцій трубопроводукатодного захисту 2 не проводилося, то з початку ,2 реалізації способу в контрольно-вимірювальних IRT chaLj •+ияз-и,. пунктах 5 вимірюють потенціал "труба-земля" UHl 2 а chaL Далі за обмірюваним значенням Uei, UHl, і відомими Уведемо нові позначення невідомих для даної конкретної ділянки координатами контрольно-вимірювальних пунктів х і обчислюють 1Д U г окремі елементи функції Д а ) - L, і £/„ і знаходять о— о корені цієї функції, наприклад, графічним 2-achaL способом 3 отриманих коренів вибирають корінь Ut = UHt-Uet а, що відповідає мінімуму середньоквадратичного і тоді одержимо рівняння для відхилення й обчислюють величину перехідного середньоквадратичного відхилення теоретичного опору для даної ділянки трубопроводу за й обмірюваного потенціалів "труба-земля", що формулою Rn = ті-D-Rj/a2 містить два невідомих - Uo і а Для визначення мінімального значення середньоквадратичного відхилення теоретичного й обмірюваного потенціалів "труба-земля" знайдемо частинні ПОХІДНІ за кожною з невідомих і, дорівнявши їх "0", одержимо наступну систему рівнянь №КВП Координата КВП - х,, км Обмірюваний потенціал уКВП-Ui.B №КВП Координата КВП - х, км Обмірюваний потенціал уКВП-Ui, В Як приклад розглянемо визначення перехідного опору ділянки трубопроводу газопроводу «Союз», приведеної на кресленні, параметри якої і результати виміру потенціалів у контрольно-вимірювальних пунктах (КВП) даної ділянки приведені нижче 5о 5і 1527 1528 1529 1530 1532 1533 1534 1535 -1,6 -1,7 -1,7 -1,7 -1,7 -1,7 -1,6 -1,6 58 59 52 5-ю 53 5ц 54 512 55 5із 56 5і4 57 515 1536 1537 1539 1540 1541 1542 1543 1544 -1,6 -1,6 -1,6 -1,6 -1,6 -1,6 -1,5 -1,5 При цьому граничні точки ділянки 5о і 5-is відповідають мінімальним значенням різниці потенціалів ВІДПОВІДНО з різних боків від місця підключення станції катодного захисту, а станція 7 45185 8 катодного захисту підключена до трубопроводу в серед ньоквадратичного відхилення по а Для точці 54 з координатою 1532км, діаметр уточнення значення кореня функції - значення а, трубопроводу - D = 1,44м, природна різниця на фіг 5 приведений графік цієї ж функції в прийнята ит = - 0,55В, тому що вимикання станцій збільшеному по осі а масштабі на інтервалі зміни 5 катодного захисту для и виміру визнано а від 4,26-10-5 до 4,30-10 , з якого видно, що 5 недоцільним, відстань між точкою підключення корінь рівняння F(a) = 0 -a = 4,287-10 станції катодного захисту і лівою границею зони дії Далі обчислений поздовжній опір станції катодного захисту (точкою з мінімальним трубопроводу значенням різниці потенціалів) - довжина першої ділянки, яка контролюється, - L'= 5000м, відстань R т між точкою підключення станції катодного захисту і і перехідні опори ділянок правою границею зони дії станції катодного _ fl--D-RT захисту (точкою хм з мінімальним значенням : а1 різниці потенціалів) - довжина другої ділянки, яка для першої контрольованої ділянки контролюється, - L" = 12000м, товщина стінки трубопроводу Д = 16,5мм, питомий опір трубної ЧІ0 і и -5 . _ ті • 1 , 4 4 - 1 0 - 0 , 3 2 9 5 - 1 0 2 сталі р = 0,243 Ом- мм /м 2 5,76 Перехідний опір трубопроводу визначався для 5 кожної з ділянок L' і L" окремо Стала поширення = 0,04490 - Б -і 2 струму - а знаходилася шляхом графічного для другої контрольованої ділянки розв'язку рівняння ЧІ0 -5 ті-1,44-10іи-0,3295-10 F(a) = aLs •£Ut•sh2aLl =0 R і = lUlshaL, 2 4,287 Величини Х, і £/„ визначалися за формулами J L, = \x-xml U, = Um + 0,55 У результаті рішення для першої ділянки, яка контролюється, отриманий графік функції F(a) фіг 2, накреслений на інтервалі зміни а від 0 до 7,5-10 із кроком Да = 10 6 , з якого видно, що на заданому інтервалі значень а рівняння F(a) = 0 має тільки один корінь, причому цей корінь визначає мінімум основної функції серед ньоквадратичного відхилення по а Для уточнення значення кореня функції -значення а, на фіг 3 приведений графік цієї ж функції в збільшеному по осі а масштабі на інтервалі зміни а від 5,5 10 до 5,8-10 5 , з якого видно, що корінь рівняння F(a) = 0 - а = 5,76-10 51/м Аналогічно в результаті рішення для другої ділянки, яка контролюється, отриманий графік функції F(a) - фіг 4, накреслений на інтервалі зміни а від 0 до 6,0-10 5 із кроком Да = 10 6, з якого видно, що на заданому інтервалі значень а рівняння F(a) = 0 має тільки один корінь, причому цей корінь визначає мінімум основної функції и = iifl-10 _Ы0* ТГ1.-Л13 t 10* 2-10' МО VU 6 r -Д03 1-10* 110 s 1-10* . 110 s _ 2-10* . 1-10* . 1-ltf 14 1 0Д821 3 10 ІЇ і 2 1-10* 1-10* ^0^5 = 0,1821- Ю~*~ я-D-L 7il7-103-l,44 Перехідний опір ділянки трубопроводу J 1-10* І ї0 6 = 1,074 В ЩІЛЬНІСТЬ струму їь Середнє значення зсуву потенціалу на довжині зони дії однієї станції катодного захисту, 289- і a -50 -100- Фіг. 5 ДП "Український інститут промислової власності "(Укрпатент) Україна, 04119, Киів-119, вул сім'ї Хохлових, 15 (044) 456-20-90 7