Застосування методів математичного моделювання системи пасивного та активного захисту від електрохімічної корозії трубопроводів
З огляду на сучасні тенденції до підвищення ефективності діагностики системи захисту підземних трубопроводів від корозії і на основі багаторічного досвіду робіт з обстеження корозійного стану та ефективності системи ЕХЗ на трасах магістральних нефі, газо і нафтопродуктопроводів фахівці ТОВ «ЦНПД» проводять роботи з удосконалення технології проведення діагностичних робіт.
Класичні, відпрацьовані технології дозволяють отримати необхідні результати діагностики для вироблення рекомендацій щодо підвищення ефективності ЕХЗ. Однак, застосування класичних технологій спільно з удосконаленими методиками (ММ) і з застосуванням ЕОМ дозволяють більш детально оцінювати стан ізоляційного покриття трубопроводів, стан системи ЕХЗ, дозволяють розробляти рекомендації для більш ефективного використання та експлуатації системи ЕХЗ при скороченні трудовитрат на обстеження.
Фахівцями ТОВ «ЦНПД» відпрацьовані - технологія збору, обробки вихідної інформації, програми складання математичної моделі системи пасивного та активного захисту від корозії і оптимізації режимів СКЗ з використанням математичної моделі на основі вимірів за змінним струмом генераторів.
Перспективним для значного підвищення інформативності та ефективності широко застосовується «інтенсивної технології» є модернізація даної технології для забезпечення можливості створення математичної моделі. Модернізована «інтенсивна технологія» менш трудомістка, але в той же час надає інформацію, що дозволяє отримувати дані класичного варіанту і дозволяє створити математичну модель системи пасивного та активного захисту від корозії.
Теоретичні основи
Пасивний захист - ізоляційне покриття - запобігає контакт поверхні трубопроводу з навколишнім середовищем, тим самим запобігає процес корозії і руйнування металу труби.
При наявності наскрізних дефектів в ізоляційному покритті трубопроводу відбувається контакт металу з навколишнім середовищем, в нашому випадку з грунтом. На кордоні метал - грунт відбувається процес поляризації металу. Потенціал набула широкого вжитку відносно грунту, в переважній більшості грунтів, знаходиться в межах від мінус 0,4 В до мінус 0,7 В і називається потенціалом природної поляризації Uест.
накладений потенціал
Для забезпечення захищеності від електрохімічної корозії за допомогою джерел постійного струму проводиться зсув потенціалу поляризації металу щодо навколишнього середовища в більш негативну сторону.
Величина зміщення потенціалу ΔU - називається накладеним потенціалом.
Накладений потенціал складається з поляризационной складової ΔUпол і омічний складової ΔUоміч.
Сумарний потенціал Uт-з описується наступним виразом:
Накладений потенціал ΔU описується наступним виразом:
- ΔU - сумарний накладений потенціал
- ΔUпол - поляризаційна складова накладеного потенціалу
- ΔUоміч - омічний складова накладеного потенціалу
Кілька джерел струму
При використанні декількох джерел струму, згідно принципу суперпозиції, накладені потенціали, створювані в будь-якій точці траси кожним із джерел, підсумовуються.
У процентному відношенні частка кожного джерела струму в загальній поляризационной складової накладеного потенціалу дорівнює частці в загальній омічний складової накладеного потенціалу.
ΔUполi / ΔUполi + 1 = ΔUомічi / ΔUомічi + 1
Накладений потенціал ΔU описується наступним виразом:
ΔU (x) = J * Zвх * e-α * x + J * ρ / (2 * π * √ (x2 + y2))
- ΔU (х) - сумарний накладений потенціал на відстані Х
- J - струм в трубопроводі
- Zвх - вхідний опір в точці дренажу
- α - згасання струму в трубопроводі
- ρ - питомий електроопір грунтів в полі струмів захисту
- х - відстань від точки дренажу до розрахункової точки
- y - відстань від анодного заземлювача до трубопроводу
Розподіл поляризационной складової ΔUпол уздовж трубопроводу в графічному поданні має наступний вигляд:
А розподіл поляризационной складової ΔUпол уздовж трубопроводу від 2-х СКЗ в графічному поданні виглядає так:
принцип суперпозиції
При захисті трубопроводу декількома УКЗ, накладена різниця потенціалів в будь-якій точці трубопроводу, згідно принципу суперпозиції, визначається як сума накладених різниць потенціалів від кожної УКЗ
Математична модель
Математична модель являє собою таблицю розподілу затуханий струму захисту по кінцевих елементів - пасивна частина і програма розрахунку розподілу потенціалів з урахуванням місця розташування СКЗ.
Вимірювання на постійному струмі мають ряд недоліків. В метрології використовуються методи вимірювання параметрів на постійному струмі з використанням змінного струму, зокрема, використання цифрової обробки. Для підвищення точностних параметрів математичної моделі при зборі вихідної інформації використовується змінний струм генератора. Надалі, при розрахунку розподілу потенціалів уздовж обстежуваного трубопроводу, проводиться перерахунок загасання змінного струму в значення загасання постійного струму.
Розрахунок загасання змінного струму генератора здійснюється за формулою:
α - загасання струму, мБ / м,
J2, J1 - значення струму в початковій і кінцевій точках вимірювання на обраному кінцевій ділянці,
Приклад моделі системи пасивного та активного захисту від корозії ділянки трубопроводу
Розрахунок величини накладеного потенціалу проводиться з урахуванням залежності загасання на постійному струмі від величини загасання на змінному струмі.
Приклад графіка розподілу потенціалів на ділянці магістрального нафтопроводу отриманий на основі математичної моделі
Рішення проблем за допомогою математичного моделювання
- визначення плечей захисту кожної УКЗ;
- розрахунок оптимальних режимів СКЗ - мінімально необхідних струмів для забезпечення поляризаційних потенціалів в нормованих межах (не менше мінімально і не більше максимально допустимих значень).
- прогнозування захищеності при зміні параметрів ізоляційного покриття з часом і планування термінів і ділянок заміни ізоляції.
- розрахунок тимчасових режимів СКЗ при проведенні планових та позапланових ремонтних робіт на УКЗ, пов'язаних з їх виключенням.
- Вимірювання вихідних даних:
- контактні методи вимірювання на постійному і змінному струмі;
- безконтактні методи вимірювання.
- Вимірювання на змінному струмі - підвищення точності, коректність моделювання.