RU211707U1

RU211707U1 - Extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility

Info

Publication number: RU211707U1
Application number: RU2021137536U
Authority: RU
Inventors: Александр Гарольдович Редекоп
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Завод нефтегазовой аппаратуры Анодъ"
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-06-20

Abstract

Полезная модель относится к области электрохимической защиты, а именно к устройствам катодной защиты от коррозии длинномерных подземных сооружений, и может быть использована в промышленности для защиты от коррозии протяженных металлических конструкций и сооружений, в частности трубопроводов, проложенных в высокоомных грунтах, для транспортирования газов и жидкостей, где применение вертикально расположенных анодов неэффективно. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы протяженного анода системы электрохимической защиты подземного объекта. Протяженный анод системы электрохимической защиты подземного объекта содержит токопроводящую жилу и токопроводящую оболочку. Технический результат достигается за счет того, что токопроводящая жила выполнена из соприкасающихся между собой медной проволоки и гибкого графитосодержащего шнура.

The utility model relates to the field of electrochemical protection, namely to devices for cathodic corrosion protection of long underground structures, and can be used in industry for corrosion protection of extended metal structures and structures, in particular pipelines laid in high-resistivity soils, for transporting gases and liquids where the use of vertically arranged anodes is inefficient. The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability of the extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility. An extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility contains a conductive core and a conductive sheath. The technical result is achieved due to the fact that the conductive core is made of copper wire and a flexible graphite-containing cord that are in contact with each other.

Description

Полезная модель относится к области электрохимической защиты, а именно к устройствам катодной защиты от коррозии длинномерных подземных сооружений. Может быть использована в промышленности для защиты от коррозии протяженных металлических конструкций и сооружений, в частности трубопроводов, проложенных в высокоомных грунтах, для транспортирования газов и жидкостей, где применение вертикально расположенных анодов неэффективно.The utility model relates to the field of electrochemical protection, namely to cathodic corrosion protection devices for long underground structures. It can be used in industry for corrosion protection of extended metal structures and structures, in particular pipelines laid in high-resistivity soils, for transporting gases and liquids, where the use of vertically located anodes is inefficient.

Известен гибкий анод по патенту Китая на полезную модель CN206706213, C23F 13/10, 2017. Устройство состоит из кабеля с медным сердечником, анодного провода, коксового наполнения, трубы для газа, тканевой сетки, оптоволоконной оболочки. В устройстве есть точка соединения анодного провода, то есть место стыка медных сердечников и соединение их с анодным проводом. Кабель с медным сердечником, анодный провод и труба для газа расположены коаксиально внутри коксового наполнения. Труба для газа отводит газ, образующийся в оболочках и сетке. Недостатком устройства является применение медного сердечника, так как медь имеет высокое значение растворимости, при растворении сердечника сокращается зона действия электрохимической защиты. В случае плохого отведения газа из трубы для газа может произойти накопление большого количества газа в оболочке, которое может привести к отслоению оболочки от анодного провода и кабеля с медным сердечником, или разрыву оболочки. А при повреждении целостности оболочки происходит быстрое растворение медного сердечника. Все это снижает надежность работы гибкого анода. При этом, в случае недостаточно плотного стыка медных сердечников, зона действия устройства сокращается, что также приводит к снижению надежности.A flexible anode is known according to the Chinese patent for utility model CN206706213, C23F 13/10, 2017. The device consists of a cable with a copper core, an anode wire, coke filling, a gas pipe, a fabric mesh, a fiber optic sheath. The device has a connection point for the anode wire, that is, a junction of copper cores and their connection to the anode wire. Copper core cable, anode wire and gas pipe are arranged coaxially inside the coke filling. The gas pipe removes the gas formed in the shells and the grid. The disadvantage of the device is the use of a copper core, since copper has a high solubility value, when the core is dissolved, the coverage area of electrochemical protection is reduced. In the event of poor venting of gas from the gas pipe, a large amount of gas can accumulate in the sheath, which can lead to sheath peeling from the anode wire and copper core cable, or rupture of the sheath. And if the integrity of the shell is damaged, the copper core quickly dissolves. All this reduces the reliability of the flexible anode. At the same time, in the case of an insufficiently tight joint of copper cores, the coverage area of the device is reduced, which also leads to a decrease in reliability.

Известен протяженный гибкий анод по патенту РФ на полезную модель №93085, C23F 13/06, 2009. Данное устройство состоит из токопроводника, токопроводящей оболочки, медной оплетки. Токопроводник состоит из скрученных в жилу медных проволок. В состав токопроводящей оболочки включены каучук, технический углерод и графит. Недостатком устройства является применение медных проволок в качестве сердечника, так как медь имеет высокую степень растворимости, сердечник быстро растворяется, сокращается зона действия электрохимической защиты объекта. При повреждении оболочки анода, скорость разложения медного сердечника увеличивается. Все это снижает надежность работы гибкого анода.An extended flexible anode is known according to the RF patent for utility model No. 93085, C23F 13/06, 2009. This device consists of a conductor, a conductive sheath, a copper braid. The current conductor consists of copper wires twisted into a core. The composition of the conductive sheath includes rubber, carbon black and graphite. The disadvantage of the device is the use of copper wires as a core, since copper has a high degree of solubility, the core quickly dissolves, and the coverage area of the electrochemical protection of the object is reduced. If the anode shell is damaged, the rate of decomposition of the copper core increases. All this reduces the reliability of the flexible anode.

В качестве ближайшего аналога выбран протяженный анодный заземлитель по патенту РФ на полезную модель №193633, C23F 13/16, 2019. Данное устройство содержит металлический токопровод, полимерную оболочку, дополнительный титановый электрод, минеральную оболочку, токопроводящую оболочку, оплетку. Титановый электрод расположен коаксиально металлическому проводу в минеральной оболочке, титановых электродов может быть несколько в зависимости от длины анодного заземлителя. Металлический токопровод выполняют из гибкой медной проволоки. Минеральная оболочка выполнена из углеродной засыпки с графитовой мукой. Недостатком устройства является невысокая надежность устройства, так как применяется медная проволока в качестве сердечника, которая обладает высоким значением растворимости под действием тока, а при разрушении проволоки сокращается зона действия электрохимической защиты. В случае повреждения оболочки разрушение медной проволоки ускоряется. Расположение титанового электрода на малом расстоянии от металлического токопровода может снизить уровень электрохимической защиты, так как титановый электрод и металлический токопровод будут работать как два независимых анода, создавая свои электрические поля и препятствуя работе друг друга. Кроме того, титановый электрод является твердым и негибким, что при изгибах анодного заземлителя может привести к нарушению целостности оболочки.An extended anode ground electrode according to the RF patent for utility model No. 193633, C23F 13/16, 2019 was chosen as the closest analogue. This device contains a metal conductor, a polymer sheath, an additional titanium electrode, a mineral sheath, a conductive sheath, a braid. The titanium electrode is located coaxially to the metal wire in the mineral sheath; there may be several titanium electrodes depending on the length of the anode ground electrode. The metal conductor is made of flexible copper wire. The mineral shell is made of carbon filling with graphite flour. The disadvantage of the device is the low reliability of the device, since copper wire is used as a core, which has a high solubility value under the action of current, and when the wire is destroyed, the electrochemical protection area is reduced. If the sheath is damaged, the destruction of the copper wire is accelerated. The location of the titanium electrode at a small distance from the metal conductor can reduce the level of electrochemical protection, since the titanium electrode and the metal current conductor will work as two independent anodes, creating their own electric fields and preventing each other from working. In addition, the titanium electrode is hard and inflexible, which, when the anode ground electrode is bent, can lead to a violation of the integrity of the shell.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы протяженного анода системы электрохимической защиты подземного объекта.The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability of the extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility.

Технический результат достигается тем, что в протяженном аноде системы электрохимической защиты подземного объекта, содержащем токопроводящую жилу и токопроводящую оболочку, согласно полезной модели токопроводящая жила выполнена из соприкасающихся между собой медной проволоки и гибкого графитосодержащего шнура.The technical result is achieved by the fact that in the extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility, containing a conductive core and a conductive sheath, according to the utility model, the conductive core is made of copper wire and a flexible graphite-containing cord in contact with each other.

Технический результат обеспечивается за счет выполнения жилы из двух материалов, обладающих разной проводимостью и характеризующихся разной скоростью растворения при использовании их в качестве анода в электрохимической защите от коррозии. Графитосодержащий шнур обладает более высоким удельным сопротивлением, чем медная проволока, поэтому дольше разрушается, обеспечивая более длительную защиту сооружений и конструкций. Медная проволока обладает малым удельным сопротивлением, хорошо распределяет токовую нагрузку на анод по всей длине и смещает собственный потенциал объекта в сторону больших отрицательных значений быстрее, чем графитосодержащий шнур. Применение одновременно двух материалов в одной жиле позволяет повысить надежность работы протяженного анода. При локальном растворении медной проволоки, например, в месте нарушения целостности полимерной оболочки, протяженный анод продолжает выполнять свою функцию по электрохимической защите подземного объекта, т.к. графитосодержащий шнур разрушается дольше медной проволоки и продолжает работать на всей длине жилы. Применение графитосодержащего материала в виде шнура, а не оболочки с графитовой засыпкой, как в указанных аналогах, обеспечивает более высокую степень его проводимости и позволяет расположить его непосредственно возле медной проволоки по всей длине анода. Расположение медной проволоки и графитосодержащего шнура таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом, обеспечивает создание единого защитного поля, которое защищает объект, предотвращая при этом создание двух самостоятельных электромагнитных полей, которые могут препятствовать работе друг друга. Применение гибкого графитосодержащего шнура позволяет избежать повреждений при транспортировке и укладке протяженного анода, так как гибкий материал не ломается при сгибании, что так же повышает надежность работы протяженного анода.The technical result is achieved by making the strands of two materials with different conductivity and different dissolution rates when used as an anode in electrochemical corrosion protection. Graphite-containing cord has a higher resistivity than copper wire, so it takes longer to break down, providing longer-term protection of structures and structures. Copper wire has a low resistivity, distributes the current load on the anode well along its entire length, and shifts the object's own potential towards large negative values faster than a graphite-containing wire. The simultaneous use of two materials in one core makes it possible to increase the reliability of the operation of an extended anode. In case of local dissolution of the copper wire, for example, in the place where the integrity of the polymer shell is broken, the extended anode continues to perform its function of electrochemical protection of the underground object, since the graphite-containing cord is destroyed longer than the copper wire and continues to work along the entire length of the core. The use of a graphite-containing material in the form of a cord, rather than a shell with graphite backfill, as in these analogues, provides a higher degree of its conductivity and allows you to place it directly next to the copper wire along the entire length of the anode. Placing the copper wire and graphite cord so that they are in contact with each other provides a single protective field that protects the object, while preventing the creation of two separate electromagnetic fields that can interfere with each other's work. The use of a flexible graphite-containing cord makes it possible to avoid damage during transportation and laying of an extended anode, since the flexible material does not break when bent, which also increases the reliability of the extended anode.

На фигуре 1 представлены протяженный анод и защищаемый объект.The figure 1 shows an extended anode and protected object.

На фигуре 2 представлен поперечный разрез протяженного анода.The figure 2 shows a cross section of an extended anode.

Протяженный анод содержит жилу 1, оболочку 2. Жила 1 состоит из медной проволоки 3 и графитосодержащего шнура 4. Оболочку 2 выполняют из токопроводящих полимерных материалов, например углерода, графита, резины и других. Медную проволоку 3 и графитосодержащий шнур 4 располагают внутри оболочки 2 таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом по всей длине, например, скручивают или размещают параллельно друг другу. В качестве графитосодержащего шнура 4 применяют стандартный шнур, используемый в уплотнительных устройствах. Материалом оболочки 2 может служить токопроводящий полимер или токопроводящая резина, типа ПАРМ.The extended anode contains a core 1, a shell 2. The core 1 consists of a copper wire 3 and a graphite-containing cord 4. The shell 2 is made of conductive polymeric materials, such as carbon, graphite, rubber, and others. The copper wire 3 and the graphite-containing cord 4 are placed inside the sheath 2 in such a way that they are in contact with each other along the entire length, for example, they are twisted or placed parallel to each other. As graphite-containing cord 4, a standard cord used in sealing devices is used. The material of the sheath 2 can be a conductive polymer or conductive rubber, such as PARM.

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

Оболочку 2 с жилой 1 укладывают вдоль защищаемого объекта 5, например трубопровода, расположенного в грунте с высоким сопротивлением, то есть высокоомном грунте, на глубине до трех метров. Оболочку 2 с жилой 1 укладывают на глубине до трех метров, так как в высокоомном грунте сопротивление самого грунта уменьшает область действия анодной защиты, делая вертикально установленные аноды на большой глубине неэффективными. Укладка протяженного анода горизонтально позволяет увеличить зону действия электрохимической защиты. Длина оболочки 2 с жилой 1 зависит от длины защищаемого объекта 5 и может составлять несколько километров. Оболочка 2 не должна касаться защищаемого объекта 5. Жилу 1 соединяют с положительным полюсом станции катодной защиты 6. Медная проволока 3 и графитосодержащий шнур 4 могут быть присоединены к станции катодной защиты 6 одной общей клеммой или двумя отдельными клеммами. Защищаемый объект 5 соединяют с отрицательным полюсом станции катодной защиты 6. Станцию катодной защиты 6 включают, и образуется замкнутая цепь, где ток течет со станции катодной защиты 6 на жилу 1, с жилы 1 ток через грунт идет на защищаемый объект 5, с защищаемого объекта 5 - на станцию катодной защиты 6. При протекании тока через жилу 1 электроны с жилы 1 переходят через грунт на защищаемый объект 5, смещая его потенциал в более отрицательное значение (от -0,8 В до -1,5 В), при котором замедляется коррозия. Во время работы станции катодной защиты 6 жила 1, состоящая из медной проволоки 3 и графитосодержащего шнура 4, создает единое электромагнитное поле, которое защищает объект 5. При протекании тока по жиле 1 в ней не создаются отдельные электромагнитные поля, препятствующие работе друг друга.The shell 2 with the core 1 is laid along the protected object 5, for example, a pipeline located in high-resistance soil, that is, high-resistance soil, at a depth of up to three meters. Shell 2 with core 1 is laid at a depth of up to three meters, since in high-resistance soil the resistance of the soil itself reduces the scope of the anode protection, making vertically installed anodes at great depths ineffective. Laying an extended anode horizontally allows you to increase the coverage area of electrochemical protection. The length of the shell 2 with core 1 depends on the length of the protected object 5 and can be several kilometers. Sheath 2 must not touch protected object 5. Core 1 is connected to the positive pole of cathodic protection station 6. Copper wire 3 and graphite-containing cord 4 can be connected to cathodic protection station 6 with one common terminal or two separate terminals. The protected object 5 is connected to the negative pole of the cathodic protection station 6. The cathodic protection station 6 is turned on, and a closed circuit is formed, where the current flows from the cathodic protection station 6 to the core 1, from the core 1 the current through the ground goes to the protected object 5, from the protected object 5 - to the cathodic protection station 6. When current flows through core 1, electrons from core 1 pass through the ground to the protected object 5, shifting its potential to a more negative value (from -0.8 V to -1.5 V), at which corrosion slows down. During the operation of the cathodic protection station 6, core 1, consisting of copper wire 3 and a graphite-containing cord 4, creates a single electromagnetic field that protects the object 5. When current flows through core 1, separate electromagnetic fields are not created in it, preventing each other from working.

Полимерная оболочка 2 защищает жилу 1 от внешней окружающей среды, а также от передавливания и перегибов при эксплуатации, транспортировке или хранении. При нарушении целостности оболочки 2 начинается ускоренное разрушение жилы 1. Так как медная проволока 3 обладает малым удельным сопротивлением, она быстро разрушается под действием тока. При разрушении медной проволоки 3 нарушается целостность жилы 1, что приводит к размыканию электрической цепи. Графитосодержащий шнур 4 обладает удельным сопротивлением большим, чем удельное сопротивление медной проволоки 3, поэтому разрушается медленнее в месте повреждения оболочки 2, сохраняя электрическую цепь замкнутой и обеспечивая работу жилы 1 на всей длине. В случае нарушения целостности оболочки 2 медная проволока 3 будет работать на промежутке от места подключения к станции катодной защиты 6 до места разрушения оболочки 2, а графитосодержащий шнур 4 будет продолжать работать по всей своей длине. В итоге, электрохимическая защита защищаемого объекта 5 не прекращается при нарушении целостности оболочки 2 или частичного разрушения жилы 1, потенциал на защищаемом объекте 5 снижается, но остается в установленном диапазоне.The polymer sheath 2 protects the core 1 from the external environment, as well as from crushing and bending during operation, transportation or storage. If the integrity of the shell 2 is violated, the accelerated destruction of the core 1 begins. Since the copper wire 3 has a low resistivity, it is quickly destroyed under the influence of current. When the copper wire 3 is destroyed, the integrity of the core 1 is violated, which leads to the opening of the electrical circuit. Graphite-containing cord 4 has a specific resistance greater than that of copper wire 3, therefore, it breaks down more slowly at the site of damage to the sheath 2, keeping the electrical circuit closed and ensuring the operation of the core 1 along its entire length. If the integrity of the shell 2 is broken, the copper wire 3 will work in the interval from the place of connection to the cathodic protection station 6 to the point of destruction of the shell 2, and the graphite-containing cord 4 will continue to work along its entire length. As a result, the electrochemical protection of the protected object 5 does not stop when the integrity of the shell 2 is violated or the core 1 is partially destroyed, the potential on the protected object 5 decreases, but remains within the established range.

Таким образом, полезная модель позволяет повысить надежность работы протяженного анода системы электрохимической защиты подземного объекта.Thus, the utility model makes it possible to improve the reliability of the extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility.

Claims

An extended anode of the electrochemical protection system of an underground facility, containing a conductive core and a conductive sheath, characterized in that the conductive core is made of copper wire and a flexible graphite-containing cord in contact with each other.