Расчет длины защищаемого участка при катодной защите МН

Мощность СКЗ определяется:

где:

Jдр – ток СКЗ в точке дренажа, а;

Dj - напряжения на зажимах источника постоянного тока, В.

Общее число СКЗ:

(2)

где:

Lобщ – общая длинна трубопровода, км;

L – расчетная длинна защищаемого участка трубопровода, км.

Расчетную длину защищаемого участка трубопровода можно определить по формуле:

,

(3)

Вышеприведенные потенциалы связаны между собой выражением:

(4)

Величины потенциалов при защите подземных металлических сооружений от коррозии измеряют по отношении к медно-сульфатному электроду сравнения (МСЭ).

Многочисленными сравнениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от –0,23 до –0,72 В, причем практический диапазон изменения Еест составляет от –0,45 до –0,60 В. Поэтому, если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в данном грунте, принято считать Еест=-0,55 В (по МСЭ).

Отсюда, пользуясь формулой (4), легко получить предельные значения наложенного потенциала, для стального изолированного трубопровода:

где:

кв-коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ:

,

(5)

где:

a-постоянная распространения тока вдоль трубопровода:

,

(6)

где:

RТ – продольное сопротивление трубопровода вычисляют по формуле:

,

(7)

где:

rт – удельное электросопротивление трубной стали, rт»0,245 Ом×мм2/м;

D, d - наружный диаметр трубопровода и толщина стенки;

Rиз – сопротивление единицы длинны изоляции, равно:

,

(8)

где:

Rиз(tнс) – сопротивления изоляционного покрытия

Q - коэффициент работы анодного заземления, определяется по формуле:

,

(9)

где:

rг – удельное электросопротивление грунта, равно:

,

(10)

где:

rгi - удельное электросопротивление грунта на участке длинной Li;

 - доля участка длинной Li в обшей протяженности трубопровода L.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему катодной защиты (рис. 1). Как следует из этой схемы, для наиболее простого случая катодной защиты общее сопротивление цепи можно представить как ряд последовательно соединенных отдельных сопротивлении: R1 и R5 - сопротивления соединительных проводов; R2 - сопротивление растеканию тока с анодного заземления в окружающую почву; R3 - сопротивление почвы между анодным заземлением и защищаемым сооружением; R4 - общее сопротивление току на пути «почва - металл защищаемого сооружения - точка дренажа».

Рис.1. Электрическая схема катодной защиты для расчета мощности СКЗ.

Если пренебречь относительно малой величиной сопротивления К3 (из-за большого сечения почвенного проводника), то общее сопротивление цепи катодной защиты

где:

Ra=R2 сопротивление растеканию тока с анодного заземления;
Rпр=R1+R5 - ивление соединительных проводов;
Rк=R4- сопротивление собственно защиты.

Таким образом,

где:

Dja =IдрRа; Djпр =IдрRпр; Djк =IдрRк=

Силу тока в точке дренажа определяют по формуле:

(13)

где:

Zвх – входное сопротивление трубопровода, Ом

(14)

где:

r - удельное электрическое сопротивление грунта, ом×м;

у – расстояние от трубопровода до анодного заземления, м, у=50…500 м;

Сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода в коксовой засыпке (при lа<<4h: da << 21a)

,

(15)

где:

d,da,la – соответственно диаметр электрода, диаметр и длина засыпки (табл. 4);

h – расстояние от поверхности земли до середины электрода;

ra – удельное сопротивление засыпки ом×м; ra=0,2 ом×м.

Оптимальное число электродов анодного заземления

(16)

где:

Сэ – Стоимость электроэнергии, руб\кВт;

hu – коэффициент использования электрода; hu=0,95;

t - время работы СКЗ в году;

(e+s) – норма амортизированных отчислений;

Са – стоимость установки одного электрода, руб.;

h - КПД катодной установки; h=0,7;

hв – коэффициент кранирования электродов при выбранном расстоянии между ними (табл. 2).

Таблица 1

Техническая характеристика комплектных анодных заземлителей

Таблица 2

Коэффициент экранирования вертикальных трубчатых заземлителей,

размещенных в ряд (hв)

(17)

Сопротивление растеканию тока с анодного заземления

Оптимальная плотность тока в дренажной линии

,

(18)

где:

rпр - удельное сопротивление металла проводов, принимаемое rпр=0,029 м×м2/м;

Сl – стоимость прокладки дренажной линии

Оптимальное сечение дренажного провода

(19)

Сопротивление дренажной линии

(20)

Проводник стали

(20)

где:

rпр= удельное сопротивление металла проводов, принимаемое rпр=0,029×10-6 Ом×м.

Sпр= 16 мм2

lпр= длинна проводника.

Среднее значение потребляемой мощности СКЗ r=Jдр×Dj

В зависимости от величины ×Dj подбирается соответствующая марка СКЗ.

На основании закона Фарадея срок анодного заземления ( в годах), установленного в грунт определяется по формуле:

(21)

где:

G – общий вес рабочих электродов заземления, кг;

hи – коэффициент использования электродов; (hи=0,95);

q – электрохимический эквивалент материала электродов, кг/а год.