HU194328B

HU194328B - Circuit system with divided anod-arrangement for anticorrosion protection of metallic constructions

Info

Publication number: HU194328B
Application number: HU100785A
Authority: HU
Inventors: Marton Horvath; Akos Kiss; Zoltan Lukacs
Original assignee: Nehezvegyipari Kutato Intezet
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1988-01-28
Also published as: HUT39787A

Abstract

The control equipment enables a number of anodes or groups of anodes each to be supplied with the required current independently of the others. The control equipment may be set manually, or automatically on a continuous basis. In this way stray currents, or in the case of storage tanks, level changes can be compensated for. - In the system anodes or groups of anodes (3) are connected to the D.C. power source through control units. A transistor or thyristor is connected in series with each anode or anode group. The transistor or thyristor are regulated by means of a potentiometer, or continuously, using a reference electrode to produce a signal which is amplified and processed. The supply voltage is controlled by the rectifier unit.

Description

A találmány tárgya a katódos védelem védőáramét szabályozó rendszer, amely egy katódállomásról üzemeltetett több anód esetében többcsatornás megoldással kézi (szakaszos), vagy referenselektród segítségével automatikus (folyamatos) módon beállítja az optimális árameloszlást.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a system for controlling the current of a cathodic protection which, for a plurality of anodes operated from a cathode station, adjusts the optimum current distribution by means of a multichannel solution manually or intermittently using a reference electrode.

A találmány a kóboráram által veszlyeztetett földbefektetett csővezetékek, valamint a korrózfv elektrolitok tárolására szolgáló acéltartályok korrózió elleni védelménél alkalmazható.The present invention is applicable to corrosion protection of earth-moving pipelines and steel tanks for storing corroded electrolytes.

A katódos védelem elektrokémiai korrózióvédelmi eljárás, amelyben a fémszerkezet védettségét immunis állapotot biztosító katódos polarizálással valósítják meg. A katódos védelemhez szükséges villamos energia külső áramforrásból vagy a védőartód oldódásakor felszabaduló energiából biztosítható. Ennek megfelelően megkülönböztethető külső áramforrású katódos védelem és belső áramforrású katódos védelem. Külső áramforrású katódos védelem esetében a védőáramot egyenirányítóval biztosítják, amelynek negatív pólusát a védendő fémszerkezetre, pozitív pólusát az elektrolitban (talajban) célszerűen elhelyezett anódhoz kapcsolják. Az anód vagy anódrendszer elhelyezése olyan, hogy a védendő fémszerkezet felületén a polarizációhoz szükséges áramsűrűség eloszlása a lehető legkedvezőbb legyen.Cathodic protection is an electrochemical corrosion protection process in which the protection of the metal structure is achieved by cathodic polarization providing an immune state. Electricity required for cathodic protection may be provided by an external power source or by the energy released during the dissolution of the protective source. Accordingly, a distinction can be made between external cathodic protection and internal cathodic protection. In the case of external cathodic protection, the protective current is provided by a rectifier whose negative pole is connected to the metal structure to be protected and its positive pole is connected to an anode conveniently located in the electrolyte (soil). The arrangement of the anode or anode system is such that the current density required for polarization on the surface of the metal structure to be protected is as favorable as possible.

Mivel a védendő szerkezet felületén a helyi áramsűrűség mérése nem oldható meg, az acél — elektrolit (talaj) rendszerben az acél potenciáljának célszerűen elhelyezett referenselektróddal történő mérésével határozható meg a védettség foka. A katódos védelem kritériuma is a mérhető elektródpotenciálra, illetve a polarizáció mértékére vonatkozik. A fém potenciáljának 60 mV-os csökkenése a korróziósebességet egy nagyságrenddel csökkenti. Teljesen védettnek tekintjük a szerkezetet, ha réz/rézszulfát referenselektróddal mért elektródpotenciálja kisebb -850 mV-nál. Ugyanakkor -1100 mV potenciál alatt nő a feszültségkorróziós veszély. A teljes védettség tartománya ezek szerint -850 mV-tól -1100 mV-ig terjed.Since the local current density cannot be measured on the surface of the structure to be protected, the degree of protection can be determined by measuring the potential of steel in a steel - electrolyte (soil) system using a suitably positioned reference electrode. The cathodic protection criterion also applies to the measurable electrode potential and the degree of polarization. A 60 mV decrease in the potential of the metal reduces the corrosion rate by an order of magnitude. The structure is considered fully protected if its copper / copper sulfate reference electrode potential is less than -850 mV. At the same time, the potential for voltage corrosion is increasing below -1100 mV potential. The total protection range is thus -850 mV to -1100 mV.

Az elektrolitban az árameloszlást az ellenállásviszonyok határozzák meg. Ez azt jelenti, hogy ha a védendő felület egy részéhez az áram kisebb ellenállású úton juthat el, akkor ezen a felületrészen az áramsűrűség nagyobb, a mérhető potenciál pedig negatívabb lesz. Ilyen kisebb ellnállás jöhet létre, ha ez a felületrész közelebb van az áram betáplására szolgáló anódhoz, vagy a felületen lévő mesterségesen felvitt, vagy leülepedett rosszul vezető reétegek eltérő vastagságúak. A katódos védelem gyakorlatában az árameloszlás problémáját úgy oldják meg, hogy a cső távvezetékeknél az árambetáplás helyét a csőtől távol alakítják ki (2—3 km), így fellépő nagy ellenállás mellett a kisebb különbségek elhanyagolhatók. Természetesen ez a megoldás növeli a teljesítmény igényt. A védett cső mentén ebben az esetben 10-40 km hosszban biztosított az előirt potenciáltartományban a védettség. (Baeckmann: Taschenbuch für den Kathodischen KorrosionsschutZ.Vulkan-Verlag, Essen 1975). A városi környezetben azonban a kommunális csővezetékek legtöbbször nem lineáris rendszerűek, elágazások, elfordulások vannak. A távol elhelyezett árambetáplálás és a védendő csővezeték közötti térben számos, egyéb rendeltetésű fémszerkezet található, amelyekre a katódos védelem káros kóboráramként lép fel. __________The current distribution in the electrolyte is determined by the resistance conditions. This means that if a part of the surface to be protected is supplied with current by a less resistive path, the current density will be higher on this surface area and the potential to be measured will be more negative. Such lower resistance may occur if this surface portion is closer to the anode for supplying current or the artificially applied or deposited poorly conductive layers on the surface have different thicknesses. In the practice of cathodic protection, the problem of current distribution is solved by locating the current supply point away from the pipe (2-3 km) in the pipeline transmission lines, so that small differences are negligible with high resistance. Of course, this solution increases the demand for performance. In this case, along the protected pipe, protection is ensured for 10-40 km in the prescribed potential range. (Baeckmann: Taschenbuch für den Kathodischen KorrosionsschutZ.Vulkan-Verlag, Essen 1975). However, in the urban environment, communal pipelines are mostly non-linear, with branches and twists. In the space between the remote power supply and the pipeline to be protected, there are a number of other metal structures to which the cathodic protection acts as a harmful stray current. __________

Ezért született az a megoldás, amikor az árarhbetápláló anódokat közvetlenül a védendő csővezeték mellé, illetve alá helyezik el. Egy egyenirányítóról ebben az esetben több anódot látnak el árammal. Az egyenletes árameloszlás biztosítása érdekében az andok áramát ellenállások beiktatásával lehet kiegyen-, líteni. Az egymástól 50-100 m távolságban lévő anódok így egymástól függetlenül szabályozhatók. Ha a védendő Csővezeték térben és időben változó kóboráram terében (pl. villamossín mellett) van, akkor az anódokon betáplált védőáramra a kóboráram szuperponálódik. A kóboráram belépési helyénél a katódos polarizáció ilyen esetben jelentősen meghaladhatja a -1100 mV-ot, káros túlvédelem jöhet létre, A kilépési felületeken pedig az erős anódos polarizáció megszünteti a védettséget, sőt a fém nagysebességű oldódását okozhatja. A villamos vontatás nyomvonalával párhuzamosan haladó csővezetékek osztott anódrendszerrel történő katódos védelme esetén felmerül az igény, hogy a kóboráram káros hatását az időben és helyben változó teljesítményű katódos védőárammal kompenzáljuk.That is why the solution was found to place the anode feed anodes directly next to or under the pipeline to be protected. In this case, multiple anodes are supplied from a rectifier. In order to ensure a steady current distribution, the Andes current can be compensated by the introduction of resistors. The anodes at a distance of 50-100 m from each other can thus be independently controlled. If the Pipeline to be Protected is located in a field of variable stray current (eg near tram rails), the stray current will be superimposed on the protective current fed to the anodes. In this case, the cathodic polarization at the entry point of the stray current can significantly exceed -1100 mV, damaging over-protection can occur, and the strong anodic polarization at the exit surfaces can deactivate and even cause the metal to dissolve at high speed. With the cathodic protection of pipelines parallel to the electric traction path with a split anode system, there is a need to compensate for the deleterious effects of the stray current with a cathodic protective current varying in time and place.

A védőáram igény időben történő változásának követésére alkalmaznak automatikus vezérlésű katód· állomásokat. (Krivián: A talajba fektetett acélszerke zetek katódos védelmének automatizálása. Korróziói Figyelő 13. 4. (1973). 168-172). Ezeket referens elektród segítségével érzékelik a védőpotencíált éí mindig a szükséges védőáramsűrííséget állítják be a referenselektródhoz közeli fémfelületen. Általában a referenselektród az egyenirányítót vezérli, így az egy pontban szükséges változás az anódrendszer egész hatáskörzetében érvényesül. (Mamedov és társai: Az olajiparban használt állandó tengeri létesítmények oszlopai katódos védelmének automatizálása. Korrozija i Zascsita 12. (1973) 18-20.; Ahmedov, Ali-zade: A fémszerkezetek automatikus katódos védelmének néhány kérdése. Korrozija Zascsita 8. (1978) 14-16).Automatically controlled cathode stations are used to track changes in the protective current demand over time. (Krivian: Automation of cathodic protection of steel structures in soil. Corrosion Fig. 13. 4. (1973) 168-172). These are detected with the help of a reference electrode and always set the required protective current density on a metal surface close to the reference electrode. Usually, the reference electrode controls the rectifier, so the change required at a single point applies throughout the anode system. (Mamedov et al.: Automation of cathodic protection of columns of permanent offshore installations used in the oil industry. Korrozija i Zaschita 12. (18-20) (1973); Ahmedov, Ali-zade: Some Issues in Automatic Cathodic Protection of Metal Structures. Korrozija Zaschita 8. (1978). 14-16).

Ugyanakkor a kóboráram káros hatása a vontató géppel együtt végighalad a nyomvonalon és nemcsak időben, hanem a hely függvényében is változik. Az ismertt automatikus katódállomások esetében ennek a hatásnak optimális kompenzálásához több nagyértékű berendezésre lenne szükség.At the same time, the detrimental effect of the stray current along with the towing machine goes along the trail and varies not only in time but also in location. Known automatic cathode stations would require more high-value equipment to optimize this effect.

Az osztott anódrendszer alkalmazása egy egyenirányítóval és az anódelemeket vagy anódcsoportokat egyenként szabályozó több, találmányunk tárgyát képező vezérlőberendezéssel gazdaságosan megoldja a fent vázolt problémát.The use of a split anode system with a rectifier and a plurality of control devices of the present invention that control the anode elements or anode groups individually solves the problem outlined above.

Más jellegű, de hasonló megoldást kívánó probléma lép fel kis fajlagos ellenállású, erősen korrózív tulajdonságú oldatok tárolótartályainak hatásos védelménél. A legtöbbször hengeres tartályokban a védőáram eloszlása biztosítható lenne egy, a geometriai központban elhelyezett anóddal. Ugyanakkor gyakran előfordul, hogy a berendezésekben valamilyen technológiai berendezés (keverő, csővezeték stb.) akadályozza a centrális anódelhelyezést. Ilyen esetekben a legkedvezőbb árameloszlást több, a fal közelében elhelyezett anóddel érhetjük el. Ezeket az anódokat θ9Υ egyenirányító táplálja árammal, vagyis ezt is nevezhetjük osztott anódrendszernek. _Az egyenletes árameloszlás biztosítása érdekében az égyesáriödok áramkörében az ellenállást ki kell egyenlíteni. Nagyobb ellenállású elektrolitban (ivóvíz, üzemi víz) az anódvezetékekbe Iktatott ellenállásokkal ez a probléma megoldható (Smith: Electrical Protection of Steel Water Trake Against Corrosion. Engineering and Contract Record 60 (1947) 42-46.). Egy bizonyos elektrolit vezetőképesség érték felett azonban olyanAnother problem that deserves a similar solution is the effective protection of storage tanks for solutions with low specific resistance and highly corrosive properties. In most cylindrical tanks, the distribution of the shielding current could be ensured by an anode located in the geometric center. However, it is often the case that some technological equipment (agitator, pipeline, etc.) in the equipment obstructs the central anode placement. In such cases, the most favorable current distribution can be achieved by multiple anodes located near the wall. These anodes are powered by a rectifier θ9Υ, which can also be called a split anode system. _To ensure a steady current distribution, the resistance in the four-circuit circuit must be balanced. Higher Resistance Electrolyte (Drinking Water, Service Water) to Anode Pipes This problem can be solved by resistor insertions (Smith: Electrical Protection of Steel Water Trake Against Corrosion 60: 1947-46). However, it is above a certain electrolyte conductivity

194.328 kölcsönhatások lépnek fel, hogy az egyik anódágyba beépített ellenállás az egész árameloszlási rendszert megváltoztatja. így az ellenállások beszabályozása lehetetlenné válik. A megoldást csak olyan aktív szabályozó teszi lehetővé, amely a többi anódkörtől független beállítást enged meg. A szabályozás lehet kézi beállítású, vagy referenselektród segítségével automatikus. Az automatikus vezérlésre legtöbbször akkor van szükség, ha a sűrűn változó folyadékszint miatt a védőáramot is gyakran kell változtatni.194,328 interactions occur that a resistor built into one of the anode beds changes the entire current distribution system. This makes it impossible to adjust the resistors. The solution is only enabled by an active controller that allows settings independent of the other anode circuits. The control may be manual or automatic using a reference electrode. Automatic control is often needed when, due to the fluctuating fluid level, the protective current needs to be changed frequently.

Auatomatikus védőáram szabályozással működik a DE 29 16 934 sz. szabadalmi leírásban ismerteti módszer. Ennek lényege, hogy a szerintük hibaforrást jelentő referenselektródot és a védőáram szabályozásához a védendő acélszerkezet és az árambetápláló anód közötti feszültséget használják fel. Ez a feszültség azonban a vezérléshez nem elég stabi, ezért 40 mikroszekundum időre kikapcsolják a védőáramot, és a kikapcsolás alatt mérik meg az anód-katód feszültséget. Azért, hogy az anód-katód feszültség a katódos védelem megfelelő beállításához szükséges elektródpotenciállal kapcsolatba hozható legyen, anódként inért fémet, elsősorban platinázott titánt alkalmaznak. Ebben az esetben a védőáram kikapcsolásának ideje alatt az anód oxigén elektródként, mint referenselektród iműködik. A kikapcsolás az adott időállandókkal periódikus és a mért feszültséget vezérlő adatként az üzemidő alatt memóriában tárolják. A periódikus ki-be kapcsoláshoz az elektronika kétállású kapcsolókat és órajelgenerátort is tartalmazó védőelemeket tartalmaz. Az alapjelet, a mért feszültséget a berendezés integrátorral formálja és erősíti. A módszer tehát csak homogén elektrolitban és inért anódda) alkalmazható. Talajban az ilyen oxigénelektród potenciálját nem vehetjük olyan stabilnak, hogy mint referenciaelektródot, a védőáram szabályozásához alapjelként használjuk. A szabadalmi leírásban mutatott elektronika a periódikus üzemmód miatt bonyolult és drága.Works with automatic current control in DE 29 16 934. U.S. Pat. The essence of this is that they use the reference electrode which they claim to be the source of the error and the voltage between the steel structure to be protected and the current supplying anode to regulate the protective current. However, this voltage is not stable enough for control, so the protective current is turned off for 40 microseconds and the anode-cathode voltage is measured during shutdown. In order to associate the anode-cathode voltage with the electrode potential required to properly adjust the cathodic protection, anodized metal, especially platinum-plated titanium, is used as the anode. In this case, the anode acts as an oxygen electrode as a reference electrode during the protective current shutdown. The shut-off is stored in memory as periodic data with the given time constants and for controlling the measured voltage during operation. For periodic on / off switching, the electronics include protective elements including dual position switches and a clock generator. The setpoint and the measured voltage are formed and amplified by the device integrator. The method can therefore only be used in a homogeneous electrolyte and an anode anode. In soil, the potential of such an oxygen electrode cannot be considered so stable that, as a reference electrode, it is used as a reference for regulating the protective current. The electronics shown in the patent are complicated and expensive due to the periodic mode.

Munkánk célja olyan vezérlési megoldás, amely a katódos védelem egyenirányítója és az anódok közé beépítve az egy egyenirányítóhoz kapcsolt több anód esetében az anódok áramát egymástól függetlenül beállíthatóvá teszi, illetve referenciaelektród érzékelővel kiegészítve, az időben változó védőáramigényt anódként automatikusan kielégíti. Találmányunkhoz az a felismerés vezetett, hogy ha az egy egyenirányítóhoz kapcsolódó több anód , illetve anódcsoport áramkörében külön-külön tirisztort vagy tranzisztort építünk be, akkor megfelelő vezérlőáramkör segítségével az egy egyenirányítóról üzemeltetett több anód ilyen vezérlőberendezésekkel egymástól függetlenül szabályozhatóvá válik.The aim of our work is a control solution which, when installed between the rectifier of the cathode protection and the anodes, makes the current of the anodes independently adjustable for each anode connected to a single rectifier, or automatically completes the time-varying protection current as anode. It has now been found that by incorporating a thyristor or a transistor in a circuit of a plurality of anodes or groups of anodes connected to a single rectifier, a plurality of anodes operated from one rectifier can be independently controlled by means of a suitable control circuit.

Találmányunk szerinti megoldás olyan vezérlőberendezésekkel ellátott anódrendszer, amelynek segítségével a katódos védelem áramát az egyes anódokhoz közeli védendő felület védőáramigényének megfelelően elektronikus úton szabályozhatjuk. A szabályozás kézi vagy referenselektród segítségével automatikus módon történik,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an anode system with control means for electronically controlling the current of the cathodic protection according to the protection current requirement of the surface to be protected near each anode. Control is done manually or by reference electrode,

Az áramkörbe sorosan illesztett tranzisztor vagy tirisztor vezérlést potenciométerrel beállított alapjel, illetve automatikus üzemmódban az alapjel és integrált áramkörrel erősített és formált referenciajel összege oldja meg. A referencia jelet referenselektród szolgáltatja. A soros tranzisztor vagy tirisztor vezérlő elektronikus áramköre külön tápfeszültség ellátást nem igényel. A működtetéshez szükséges feszültséget az anódáramot szolgáltató feszültségből (egyenirányítón beállított feszültség) biztosítjuk.The control of a transistor or thyristor connected in series to a circuit is solved by the sum of a setpoint set with a potentiometer or, in automatic mode, the sum of a setpoint and a reference signal amplified and shaped by an integrated circuit. The reference signal is provided by a reference electrode. Serial transistor or thyristor controller electronic circuit does not require separate power supply. The operating voltage is supplied by the anode current supply voltage (rectifier set voltage).

A vezérlőberendezésekkel ellátott osztott anódrendszer elvi rajzát az 1. ábrán mutatjuk be. Az 1 katódosan védett fémszerkezet (példánkon csővezeték) védőáramát a 2 egyenirányító a 3 anódok segítségével biztosítja. Az n db 3 anód és a 2 egyenirányító közé építjük be az m db 4 vezérlőberendezést. Az n szám az egyenirányító teljesítményétől és védett létesítmény felületének nagyságától függ, célszerűen nem haladja meg az ötvenet. Az m szám az n-nél kisebb is lehet, ebben az esetben a 4 vezérlőberendezés egyidejűleg több 3 anód áramát szabályozza. Minden egyes 4 vezérlőberendezés tartalmazza a sorosan kapcsolt 5 tranzisztort vagy tirisztort, és az ezt működtető párhuzamos áramkörben lévő 6 szabályozót, amelynek vezérlését a 7 mintavételező és a 8 alapjel beállító potenciométer jelének különbsége végzi.A schematic drawing of a distributed anode system with control devices is shown in Figure 1. The protective current of the cathodically protected metal structure 1 (for example, pipeline) is provided by the rectifier 2 by means of the anodes 3. Between the n anodes 3 and the rectifier 2, the m 4 controls are installed. The number n depends on the power of the rectifier and the surface area of the protected facility, preferably not exceeding fifty. The number m may be less than n, in which case the control device 4 simultaneously controls the currents of several anodes. Each control device 4 comprises a series-connected transistor or thyristor 5 and a controller 6 in a parallel circuit driving it, controlled by the difference between the signal of the sampler 7 and the potentiometer 8.

Automatikus vezérlés esetén a 4 vezérlő berendezésben levő sorosan kapcsolt 5 tranzisztort vagy tirisztort a párhuzamos áramkörben levő 6 szabályozó működteti, amelynek vezérlését a 8 alapjel beállító potenciométer és a 8 referenselektród jelének különbsége végzi. A 9 referenselektród jelét a 10 erősítő és a 11 illesztő egység formálja. A 7 mintavételező ebben az esetben áram, illetve feszültségkorlátozást végez.In the case of automatic control, the serially connected transistor 5 or thyristor in the control device 4 is controlled by the controller 6 in the parallel circuit, which is controlled by the difference between the reference potentiometer 8 and the reference electrode 8. The signal of the reference electrode 9 is formed by the amplifier 10 and the adapter 11. In this case, the sampler 7 will limit current or voltage.

A találmány szerinti megoldás főbb előnyei az alábbiakban foglalhatók össze:The main advantages of the present invention can be summarized as follows:

A kézi beállítású vezérlőberendezés segítségéve! az egy egyenirányítóról működtetett több anód esetében minden anód vagy anódcsoport a közelében lévő védendő felület áramigényének megfelelő nagyságú katódos védőáramot a többi anódtól vagy anódcsoporttó, függetlenül biztosítja.With the help of the manual control unit! in the case of multiple anodes operated from a single rectifier, each anode or group of anodes shall provide a cathodic protection current corresponding to the current requirement of the adjacent surface to be protected, independently of the other anodes or group of anodes.

Az automatikus vezérlőberendezés segítségével az egy egyenirányítóról működtett több anód esetében minden anód vagy anódcsoport a közelében lévő védendő felület időben változó áramigényét a többi anód működtetésétől függetlenül biztosítja. Az áramigény változását okozó kóboráramnak vagy tartályok belsejében az elektrolit szintváltozásának hatása így az idő és a hely függvényében kompenzálható.In the case of multiple anodes operated from a single rectifier by means of an automatic control device, each anode or group of anodes provides a time-varying power requirement for the area to be protected, independently of the operation of the other anodes. The effect of the change in electrolyte level inside the stray current or tanks causing the change in power demand can thus be compensated for by time and place.

A vezérlőberendezések alkalmazása gazdaságosabbá teszi a katódos védelmet, mert több drágább egyenirányító beépítése megtakarítható.The use of control devices makes cathodic protection more economical, since the installation of more expensive rectifiers can be saved.

Claims

A split anode system for routing circuit protection for corrosion protection of metal structures, wherein a negative terminal of a rectifier is connected to the protected metal structure and a positive terminal is connected to the anodes disposed along the metal structure, characterized in that 4) comprising in the control devices (4) a series-connected transistor or thyristor (5) and a controller (6) in a parallel circuit for controlling it, and a reference potentiometer (8) for controlling it (7) and a controller (6). ).

A split anode system circuit arrangement for corrosion protection of metal structures, wherein a rectifier negative terminal is connected to the protected metal structure and a positive terminal is connected to the anodes disposed along the metal structure, characterized in that the anodes (3) and the rectifier

194.328 (2) includes a serially connected automatic control device (4) in a connecting line, which control device (4 '| is connected in series to a transistor or thyristor) and a control circuit (6) for controlling this in a parallel circuit for controlling it, a setpoint potentiometer (8) connected to the sampler (7) and a reference electrode (9) formed by an amplifier (10) and an adapter (11) connected to the controller (6).