PL225488B1

PL225488B1 - System of cathodic protection

Info

Publication number: PL225488B1
Application number: PL411567A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Sollich
Original assignee: Sollich Andrzej Atlas Sollich Zakład Systemów Elektronicznych
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-04-28
Also published as: PL411567A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest system ochrony katodowej. Znajduje on zastosowanie jako uzupełnienie istniejących stacji ochrony katodowej zainstalowanych dla ochrony przed korozją podziemnych konstrukcji, np. zbiorników metalowych, rurociągów narażonych na korozję, która skraca ich żywotność i z tego względu powinny być wyposażone w przeciwkorozyjny system ochrony elektrochemicznej.The subject of the invention is a cathodic protection system. It is used as a supplement to the existing cathodic protection stations installed to protect underground structures against corrosion, e.g. metal tanks, pipelines exposed to corrosion that shortens their service life, and therefore should be equipped with an anti-corrosive electrochemical protection system.

Znane typowe systemy elektrolitycznej ochrony katodowej posiadają stację ochrony katodowej posadowioną na powierzchni ziemi, która połączona jest przewodami z chronioną podziemną metalową konstrukcją, anodą umieszczoną w ziemi w pobliżu chronionej konstrukcji i elektrodą odniesienia. Systemy takie często wyposażane są w dodatkowe elektrody symulujące połączone z zabezpieczaną konstrukcją. Stacja ochrony katodowej wyposażona jest w źródła prądowe lub napięciowe, za pomocą których ustala się określony potencjał elektryczny chronionej konstrukcji, dzięki czemu wywoływane są reakcje na powierzchni konstrukcji zapobiegające utlenianiu, czyli korozji metalu. Elektroda odniesienia, a także elektroda symulująca służą do przeprowadzania pomiarów, na podstawie których ocenia się skuteczność ochrony. Stacje ochrony katodowej wyposażone są zwykle w dodatkowe elementy umożliwiające dokonywanie niezbędnych pomiarów przez operatora. Są to w szczególności zwory elektryczne, za pomocą których rozłączany jest obwód przepływu prądu między chronioną konstrukcją a anodą, w celu dokonania pomiaru potencjału ochrony. W takich podstawowych systemach ochrony katodowej pomiary parametrów ochrony wykonywane są okresowo przez operatora przez chwilowe wyłączenie prądu ochrony katodowej i zmierzenie wartości potencjału zbiornika względem elektrody odniesienia. Zmierzona wartość potencjału ochrony obiektu porównywana jest z wymaganiami normowymi, co pozwala na ocenę skuteczności działania zabezpieczenia przeciwkorozyjnego. W celu monitorowania stanu ochrony katodowej, dla takich podstawowych systemów proponowane są odrębne urządzenia, których podłączenie umożliwia np. wyświetlanie zmierzonych parametrów ochrony.Known typical electrolytic cathodic protection systems have a cathodic protection station located on the ground, which is connected by wires to the protected underground metal structure, an anode placed in the ground near the structure to be protected, and a reference electrode. Such systems are often equipped with additional simulating electrodes connected to the structure to be protected. The cathodic protection station is equipped with current or voltage sources, by means of which a specific electric potential of the protected structure is determined, thanks to which reactions are triggered on the structure's surface to prevent oxidation, i.e. corrosion of the metal. The reference electrode as well as the simulation electrode are used to carry out measurements on the basis of which the effectiveness of the protection is assessed. Cathodic protection stations are usually equipped with additional elements enabling the necessary measurements by the operator. These are, in particular, electric jumpers with which the current flow circuit between the structure to be protected and the anode is disconnected in order to measure the protection potential. In such basic cathodic protection systems, measurements of protection parameters are performed periodically by the operator by temporarily switching off the cathodic protection current and measuring the value of the tank potential with respect to the reference electrode. The measured value of the object protection potential is compared with the standard requirements, which allows for the assessment of the effectiveness of the anti-corrosion protection. In order to monitor the cathodic protection status, separate devices are proposed for such basic systems, the connection of which allows, for example, to display the measured protection parameters.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 212 366 znany jest sygnalizator stanu ochrony podziemnej konstrukcji. W układzie tym przełącznik wyboru elektrod pomiarowych i konstrukcji chronionej p ołączony jest poprzez woltomierz z cyfrowym wyświetlaczem potencjału ochrony oraz poprzez wzmacniacz i komparator z trójstopniowym wskaźnikiem stanu ochrony. Komparator może być także połączony z regulatorami górnego i dolnego progu prawidłowej ochrony. W układzie tym mierzone i wykorzystywane są sygnały analogowe. Znane są także złożone systemy projektowane do pracy autom atycznej, wyposażone w oprogramowane sterowniki, np. mikrokontrolery, za pomocą których sterowany jest automatycznie klucz, który cyklicznie odłącza prąd polaryzacji. Zaawansowane systemy wyposażane są dodatkowo w różnego rodzaju układy i elementy pozwalające na automatyczne dokonywanie pomiarów i przetwarzanie ich wyników, co pozwala na ocenę jakości ochrony.The Polish patent specification no. PL 212 366 describes an indicator of the protection status of an underground structure. In this system, the switch for selecting the measurement electrodes and the protected structure is connected through a voltmeter with a digital display of the protection potential and through an amplifier and comparator with a three-stage protection status indicator. The comparator can also be combined with the regulators of the upper and lower threshold of correct protection. In this system, analog signals are measured and used. There are also complex systems designed for automatic operation, equipped with programmed controllers, e.g. microcontrollers, by means of which the key is automatically controlled and cyclically disconnects the polarization current. Advanced systems are additionally equipped with various types of systems and elements that allow for automatic measurements and processing of their results, which allows the assessment of the quality of protection.

Znany jest z europejskiego zgłoszenia patentowego opublikowanego pod nr EP 2 655 690 sposób i system ochrony katodowej, w którym chroniona metalowa struktura w postaci rury połączona jest z układem zawierającym źródło prądu stałego i anodę oraz aparaturę monitorującą. Aparatura monitorująca ma stację centralną usytuowaną na powierzchni w sąsiedztwie źródła polaryzacji elektrod oraz narzędzie umieszczone wewnątrz rury. Stacja centralna zawiera procesor, pamięć oraz miernik prądu polaryzacji, a także miernik umożliwiający pomiar różnicy potencjału między chronionym obiektem a testowym miejscem, w którym znajduje się struktura pełniąca rolę elektrody odniesienia. Rozwiązanie służy do oceny efektywności ochrony poprzez pomiar potencjału ochrony. W różnych wariantach i odmianach rozwiązania przewidziane są środki do pomiaru potencjału chronionej struktury w odniesieniu do potencjału otoczenia w miejscach położonych w różnej odległości od miejsca połączenia rury ze źródłem prądowym, a także środki do przesyłania danych i sygnałów.There is known from the European patent application published under the number EP 2 655 690 a method and a cathodic protection system, in which a protected metal structure in the form of a tube is connected with a system including a DC source and an anode and a monitoring apparatus. The monitoring apparatus has a central station located on the surface adjacent to the source of electrode polarization and a tool placed inside the tube. The central station contains a processor, memory and a bias current meter, as well as a meter that allows you to measure the potential difference between the protected object and the test location where the structure serving as the reference electrode is located. The solution is used to assess the effectiveness of protection by measuring the protection potential. In various variants and variants of the solution, means are provided for measuring the potential of the protected structure with respect to the potential of the environment at different distances from the connection point of the pipe to the current source, and means for transmitting data and signals.

Elektrochemiczna ochrona katodowa jest skuteczna, jeżeli potencjał ochrony mieści się w ustalonym dla danego obwodu przedziale odporności na korozję. Nowe systemy ochrony katodowej pr ojektowane są z wykorzystaniem technologii umożliwiających kontrolowanie i monitorowanie niezbędnych bieżących parametrów tej ochrony, a także ich regulację. Niedogodnością istniejących, zbudowanych wcześniej systemów jest brak możliwości takiego monitoringu i stałej, ciągłej oceny stanu ochrony. Wynalazek rozwiązuje problem usunięcia tej niedogodności poprzez modyfikację znanego systemu zapewniającą automatyczną bieżącą kontrolę stanu ochrony podziemnej konstrukcji, bez konieczności demontażu istniejących instalacji ochrony katodowej.Electrochemical cathodic protection is effective if the protection potential is within the corrosion resistance range established for a given circuit. New cathodic protection systems are designed with the use of technologies that enable the control and monitoring of the necessary current parameters of this protection, as well as their regulation. The disadvantage of the existing, previously built systems is the lack of the possibility of such monitoring and constant, continuous assessment of the protection status. The invention solves the problem of removing this inconvenience by modifying the known system ensuring automatic, ongoing control of the protection status of the underground structure, without the need to dismantle the existing cathodic protection installations.

System ochrony katodowej mający stację ochrony katodowej, której jeden zacisk połączony jest przewodami z konstrukcją chronioną i elektrodą symulującą, drugi zacisk z anodą, trzeci zacisk z elekPL 225 488 B1 trodą odniesienia i wyposażony w mikrokontroler z dołączonym do niego blokiem sygnalizacji oraz blokiem komunikacji według wynalazku charakteryzuje się tym, że na przewodzie konstrukcji chronionej dołączony jest separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu z wyjściem dołączonym do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze. Do mikrokontrolera dołączone jest także wyjście różnicowego wzmacniacza pomiarowego z wejściami dołączonymi do przewodu konstrukcji chronionej i przewodu elektrody odniesienia, a do przewodu anody dołączony jest separowany galwanicznie szybki klucz połączony z wyjściem mikrokontrolera.A cathodic protection system having a cathodic protection station, one terminal of which is connected by wires to the protected structure and the simulating electrode, the second terminal to the anode, the third terminal to the reference electrode and equipped with a microcontroller with a signaling block connected to it and a communication block according to the invention It is characterized by a galvanically separated inductive current measurement converter with an output connected to the input of the analog-to-digital converter in the microcontroller. The microcontroller is also equipped with the output of a differential measuring amplifier with inputs connected to the wire of the protected structure and the wire of the reference electrode, and to the anode wire there is a galvanically separated fast key connected to the output of the microcontroller.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem przedstawiającym schemat blokowy systemu ochrony katodowej.The invention is explained in more detail on the example of the illustrated drawing showing a block diagram of the cathodic protection system.

W przykładowej realizacji system ochrony katodowej zbudowany jest w oparciu o dowolną stację ochrony katodowej 1 zbudowaną na powierzchni ziemi, której zaciski połączone są przewodami przebiegającymi częściowo na ziemi, a częściowo pod ziemią, z elektrodami obwodu elektrycznego przepływu prądu ochrony katodowej i elektrodami pomiarowymi. Pierwszy zacisk stacji ochrony katodowej 1 połączony jest ze znajdującą się pod ziemią metalową konstrukcją chronioną 2 i z elektrodą stymulującą 3, drugi zacisk połączony jest z elektrodą odniesienia 4 umieszczoną w pobliżu konstru kcji chronionej 2 stanowiącej katodę obwodu elektrycznego ochrony katodowej, a trzeci zacisk z umieszczoną pod ziemią anodą 5. Na powierzchni ziemi umieszczony jest automatyczny blok kontroli zawierający separowany galwanicznie szybki klucz 6, separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu 7, różnicowy wzmacniacz pomiarowy 8, mikrokontroler 9 z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, blok sygnalizacji 10, blok komunikacji 11 oraz zasilacz napięcia stałego 12. Wejście separowanego galwanicznie indukcyjnego przetwornika pomiaru prądu 7 dołączone jest do przewodu łączącego konstrukcję chronioną 2 ze stacją ochrony katodowej 1, a jego wyjście do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego mikrokontrolera 9. Wejścia wzmacniacza różnicowego włączone są do przewodu łączącego konstrukcję chronioną 2 ze stacją ochrony katodowej 1 i do przewodu łączącego elektrodę odniesienia 4 ze stacją ochrony katodowej 1, a jego wyjście dołączone jest także do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze 9. Natomiast do przewodu łączącego anodę 5 ze stacją ochrony katodowej 1 dołączony jest separowany galwanicznie szybki klucz 6, którego wejście połączone jest z wyjściem mikrokontrolera 9. Do jednego z wyjść mikrokontrolera 9 dołączony jest blok sygnalizacji 10, który może zawierać dowolne znane urządzenia, w szczególności wyświetl acze służące do wyświetlania bieżących zmierzonych parametrów ochrony, a także sygnalizatory świetlne, dźwiękowe itp. służące do sygnalizacji przekroczenia granic prawidłowej polaryzacji w obwodzie ochrony. Do wyjścia mikrokontrolera 9 dołączony jest także dowolny znany blok komunikacji 11 umożliwiający przesyłanie sygnałów separowanym torem do odległych urządzeń.In an exemplary implementation, the cathodic protection system is built on the basis of any cathodic protection station 1 built on the ground, the terminals of which are connected by conductors running partly on the ground and partly underground, with the electrodes of the electric circuit of the cathodic protection current flow and with measuring electrodes. The first terminal of the cathodic protection station 1 is connected to the underground protected metal structure 2 and to the stimulating electrode 3, the second terminal is connected to the reference electrode 4 placed near the protected structure 2 constituting the cathode of the cathodic protection electric circuit, and the third terminal to anode 5. An automatic control block is placed on the ground surface, containing a galvanically separated high-speed key 6, a galvanically separated inductive current measurement converter 7, a differential measuring amplifier 8, a microcontroller 9 with an analog-to-digital converter, signaling block 10, communication block 11 and a voltage supply constant 12. Input of a galvanically separated inductive current measurement converter 7 is connected to the wire connecting the protected structure 2 with the cathodic protection station 1, and its output to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller 9. The inputs of the differential amplifier are connected to the p the cable connecting the protected structure 2 with the cathodic protection station 1 and the cable connecting the reference electrode 4 with the cathodic protection station 1, and its output is also connected to the input of the analog-to-digital converter in the microcontroller 9. However, to the cable connecting the anode 5 with the cathodic protection station 1 a galvanically separated high-speed key 6 is connected, the input of which is connected to the output of the microcontroller 9. One of the outputs of the microcontroller 9 is connected to a signaling block 10, which may contain any known devices, in particular displays for displaying the current measured protection parameters, as well as light and sound signaling devices, etc. used to signal the exceeding of the correct polarity limits in the protection circuit. Also connected to the output of the microcontroller 9 is any known communication block 11 enabling the transmission of signals along a separate path to distant devices.

W systemie według wynalazku bieżący prąd ochrony katodowej płynący w obwodzie konstrukcji chronionej 2 mierzony jest przez separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu 7 w czasie włączenia przepływu prądu w tym obwodzie przez separowany galwanicznie szybki klucz 6, natomiast w czasie rozłączenia przepływu przez ten klucz, za pomocą różnicowego wzmacniacza pomiarowego 8 i przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze 9 mierzona jest różnica potencjałów między elektrodą odniesienia 4 i konstrukcją chronioną 2, będąca tzw. potencjałem ochrony, który powinien mieścić się w założonym przedziale skutecznej ochrony. Automatyczne sterowanie separowanym galwanicznie szybkim kluczem 6 rozłączającym w określonych odstępach czasu prąd polaryzacji realizuje oprogramowany mikrokontroler 9, który zgodnie z założonym algorytmem przetwarza także wyniki pomiarów przekształcone na sygnały cyfrowe, porównuje z wartościami granic przedziału prawidłowej ochrony i generuje odpowiednie sygnały wyjściowe do bloku sygnalizacji 10 i bloku komunikacji 11 zapewniającego transmisję do urządzeń zewnętrznych.In the system according to the invention, the current cathodic protection current flowing in the circuit of the protected structure 2 is measured by a galvanically separated inductive current measuring transducer 7 at the time of switching on the current flow in this circuit through a galvanically separated high-speed switch 6, while when the flow is disconnected through this key, by means of the differential measuring amplifier 8 and the analog-to-digital converter in the microcontroller 9, the potential difference between the reference electrode 4 and the protected structure 2, which is the so-called protection potential, which should be within the assumed range of effective protection. Automatic control of a galvanically separated fast disconnecting key 6 at specific time intervals, the polarization current is realized by a programmed microcontroller 9, which, according to the assumed algorithm, also converts the measurement results into digital signals, compares them with the values of the limits of the correct protection range and generates appropriate output signals to the signaling block 10 and communication block 11 for transmission to external devices.

W systemach ochrony katodowej zaopatrzonych w dodatkową elektrodę stymulującą 3, prąd polaryzacji stacji ochrony katodowej 1 jest sumą prądu konstrukcji chronionej 2 i prądu elektrody s ymulującej 3. Tradycyjnie dokonywany w istniejących systemach pomiar tego prądu w obwodzie anody 5 obarczony jest błędem równym wartości prądu płynącego do elektrody stymulującej 3, a w obwód konstrukcji chronionej 2 nie można włączyć żadnego elementu, który mógłby spowodować zmianę polaryzacji tej konstrukcji. Zastosowanie separowanego galwanicznie indukcyjnego przetwornika pomiaru prądu 7 eliminuje tę niedogodność i umożliwia monitorowanie parametrów ochrony bez naruszania istniejącej autonomicznej instalacji ochrony katodowej - lokalnie za pomocą bloku sygnalizacji 10 i zdalnie - za pośrednictwem bloku komunikacji 11.In cathodic protection systems equipped with an additional stimulating electrode 3, the bias current of the cathodic protection station 1 is the sum of the current of the protected structure 2 and the current of the simulating electrode 3. Traditionally, the measurement of this current in the anode 5 circuit carried out in existing systems is subject to an error equal to the value of the current flowing to stimulation electrode 3, and no element may be included in the circuit of the protected structure 2 that could cause the polarity of the structure to change. The use of a galvanically separated inductive current measuring transducer 7 eliminates this inconvenience and allows the monitoring of protection parameters without disturbing the existing autonomous cathodic protection installation - locally via signaling block 10 and remotely - via communication block 11.

Claims

Patent claim

A cathodic protection system having a cathodic protection station, one terminal of which is connected by wires with the protected structure and the simulating electrode, the second terminal with the anode, the third terminal with the reference electrode and equipped with a microcontroller with a signaling block and a communication block connected to it, characterized by the fact that on wire of the protected structure (2), a galvanically separated inductive current measuring converter (7) is connected with the output connected to the input of the analog-to-digital converter in the microcontroller (9), to which also the output of the differential measuring amplifier (8) is connected with the inputs connected to the structure lead of the protected electrode (2) and the reference electrode lead (4), and to the anode lead (5) a galvanically separated quick key (6) connected with the output of the microcontroller (9) is connected.