RU2117184C1 - Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines - Google Patents

Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2117184C1
RU2117184C1 RU96124206A RU96124206A RU2117184C1 RU 2117184 C1 RU2117184 C1 RU 2117184C1 RU 96124206 A RU96124206 A RU 96124206A RU 96124206 A RU96124206 A RU 96124206A RU 2117184 C1 RU2117184 C1 RU 2117184C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
pipelines
current
cathodic protection
polarization
Prior art date
Application number
RU96124206A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96124206A (en
Inventor
А.А. Болотов
Original Assignee
Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий filed Critical Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий
Priority to RU96124206A priority Critical patent/RU2117184C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2117184C1 publication Critical patent/RU2117184C1/en
Publication of RU96124206A publication Critical patent/RU96124206A/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)

Abstract

FIELD: corrosion protection of oil, gas, and water intake wells. SUBSTANCE: current- conversion system includes polarization-voltage pulse amplitude shaping unit; pulse length is found from equation
Figure 00000003
, where τp is pulse length; τpot is time required to shape permissible potential Umax; U(t) is current value of polarization voltage. EFFECT: enlarged service life of anodic grounding electrodes. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимзащиты от почвенной коррозии подземных нефте- и газопроводов. The invention relates to the field of electrochemical protection against soil corrosion of underground oil and gas pipelines.

Оно может также найти применение для катодной защиты нефтяных и газовых скважин, водоводов и других сооружений нефтяной, химической и строительной отраслей. It can also find application for the cathodic protection of oil and gas wells, water pipelines and other structures of the oil, chemical and construction industries.

Общепринятым способом защиты подземных конструкций (трубопроводов, скважин и др. ) от почвенной коррозии является комплексная защита, осуществляемая с помощью изоляционных покрытий и катодной поляризации. A common way to protect underground structures (pipelines, wells, etc.) from soil corrosion is through comprehensive protection using insulation coatings and cathodic polarization.

Основным параметром, характеризующим катодную защиту, служит минимальная разность потенциалов "труба-грунт", которая равна минус 0,85 B по медно-сульфатному электроду сравнения. Максимально допустимая разность потенциалов цепи "труба-грунт" в месте присоединения отрицательного электрода (катода) источника тока к трубе должна быть не более минус 1,5 В, так как увеличение разности потенциалов отрицательно влияет на связь изоляционного покрытия с трубой [1]. The main parameter characterizing cathodic protection is the minimum tube-to-ground potential difference, which is minus 0.85 V for the copper-sulfate reference electrode. The maximum allowable potential difference of the pipe-to-ground circuit at the point of attachment of the negative electrode (cathode) of the current source to the pipe should be no more than minus 1.5 V, since an increase in the potential difference negatively affects the connection of the insulation coating with the pipe [1].

В настоящее время наибольшее распространение в качестве источника тока электрохимзащиты трубопроводов получили сетевые источники тока. Однако вдольтрассовые линии электропередач (ЛЭП) напряжением 6-10 кВ, используемые для питания катодных станций, вследствие большой протяженности и сложных климатических условий обходятся очень дорого, например, для условий г. Новый Уренгой в Тюменской области 1 км трассы ЛЭП стоит более 200 мил. рублей. В этой связи, с учетом значительных ветроэнергетических ресурсов районов со средней годовой скоростью ветра 4 м/с и более, в которых размещены трубопроводы, представляются перспективными ветроэлектростанции катодной защиты, удельная стоимость которых для защиты 1 км трубопровода на 1-2 порядка ниже по сравнению с сетевыми источниками. Currently, the most widely used as a current source of electrochemical protection of pipelines are network current sources. However, 6-10 kV long-distance power lines (power lines) used to power cathode stations are very expensive due to their long length and difficult climatic conditions, for example, for conditions of Novy Urengoy in the Tyumen Region, 1 km of a power line cost more than 200 mil. rubles. In this regard, taking into account the significant wind energy resources of regions with an average annual wind speed of 4 m / s or more in which the pipelines are located, cathodic protection wind farms are promising, the specific cost of which for protecting 1 km of the pipeline is 1-2 orders of magnitude lower compared to network sources.

Ветроэлектрическая станция катодной защиты представляет собой автономный энергоисточник, что особенно важно в условиях большой протяженности магистральных нефте- и газопроводов. The wind power cathodic protection station is an autonomous energy source, which is especially important in conditions of a long length of oil and gas pipelines.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является ветроэлектрическая катодная станция (ВКС) [2], содержащая ветроколесо, генератор, аккумуляторную батарею и преобразователь тока. Closest to the invention in technical essence is a wind electric cathode station (VKS) [2] containing a wind wheel, a generator, a battery and a current converter.

Принцип работы ВКС состоит в следующем: кинетическая энергия ветра вращает колесо с генератором переменного тока, преобразующим механическую энергию в электрическую. Переменный ток в преобразователе тока трансформируется и выпрямляется. Постоянный ток используется для катодной поляризации, при этом "минус" источника тока присоединяется к трубопроводу, а "плюс" - к анодным заземлителям. В связи с пульсирующим характером ветра в ВКС предусмотрен резервный блок с аккумуляторной батареей. Батарея заряжается от преобразователя и в безветренную погоду она автоматически выполняет функции источника тока катодной защиты. The principle of VKS operation is as follows: kinetic wind energy rotates a wheel with an alternator, which converts mechanical energy into electrical energy. The alternating current in the current transformer is transformed and rectified. Direct current is used for cathodic polarization, while the minus of the current source is connected to the pipeline, and the plus to the anode earthing. Due to the pulsating nature of the wind, a backup unit with a battery is provided in the VKS. The battery is charged from the converter and in calm weather it automatically performs the functions of a cathodic protection current source.

Основной недостаток этой ветроэлектростанции, взятой за прототип, состоит в невысокой надежности. Это обусловлено тем, что электрохимзащита непрерывным постоянным током вызывает быстрое растворение анодных заземлителей. Например, при использовании непрерывного постоянного тока величиной 30 А для катодной поляризации потери массы электрода из стали могут составлять 10 кг/А.год. [1]
Задачей изобретения является повышение надежности электрохимзащиты трубопроводов.
The main disadvantage of this wind farm, taken as a prototype, is its low reliability. This is due to the fact that continuous direct current electrochemical protection causes the rapid dissolution of anode grounding conductors. For example, when using a constant current of 30 A for cathodic polarization, the mass loss of the steel electrode can be 10 kg / A.year. [1]
The objective of the invention is to increase the reliability of electrochemical protection of pipelines.

Технический результат изобретения состоит в увеличении срока службы анодных заземлителей. The technical result of the invention is to increase the service life of anode grounding conductors.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что ветроэлектростанция катодной защиты, включающая ветродвигатель, генератор, блок аккумуляторов и электрическую систему преобразования тока, в отличии от прототипа снабжена блоком формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации, длительность которых определяется выражением

Figure 00000004

где
τи - длительность импульса;
τп - время формирования максимально допустимого потенциала Uм;
Ut - текущее напряжение поляризации.The task and technical result are achieved in that the cathodic protection wind farm, including a wind turbine, generator, battery pack and electric current conversion system, in contrast to the prototype, is equipped with a unit for generating the amplitude of the polarization voltage pulses, the duration of which is determined by the expression
Figure 00000004

Where
τ and - pulse duration;
τ p - the time of formation of the maximum allowable potential U m ;
U t is the current polarization voltage.

Таким образом, изобретение отвечает критерию "новизна". Thus, the invention meets the criterion of "novelty."

Использование изобретения позволит достичь результат, удовлетворяющий потребность. Using the invention will achieve a result that meets the need.

Таким образом, изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень". Thus, the invention meets the criterion of "inventive step".

На чертеже показана схема, где блок формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации содержит: два электронных ключа 1 и 2, схему управления электронными ключами 3, два компаратора 4 и 5, два источника, порогового напряжения 6 и 7 и медно-сульфатный электрод сравнения 8. The drawing shows a diagram where the unit for generating the amplitude of the pulses of the polarization voltage contains: two electronic keys 1 and 2, a control circuit for electronic keys 3, two comparators 4 and 5, two sources, a threshold voltage of 6 and 7, and a copper sulfate reference electrode 8.

Принцип работы схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации состоит в следующем. The principle of operation of the circuit for generating the amplitude of the polarization voltage pulses is as follows.

Постоянное напряжение с выпрямителя ветроэлектростанции через электронный ключ 1 подается на трубопровод и анодные заземлители. Идет процесс поляризации. Изменение потенциала "труба-грунт" контролируется электродом сравнения 8, сигнал с которого через ключ 1 подается на один из входов компаратора 4, на другой вход которого подано пороговое напряжение минус 1,5 B с источника 6. В момент равенства напряжений Uм = Ut компаратор 4 вырабатывает сигнал на схему управления ключами 3, сигнал которой разрывает цепь ключа 1, коммутирует цепь ключа 2 и выключает ток в цепи "трубопровод-анодные заземлители". При этом длительность τи импульса напряжения поляризации равна времени τп формирования максимально допустимого потенциала (минус 1,5В) на границе "труба-грунт".Constant voltage from the rectifier of the wind farm through an electronic switch 1 is supplied to the pipeline and anode ground electrodes. There is a polarization process. The change in the potential "pipe-soil" is controlled by a comparison electrode 8, the signal from which is supplied through a key 1 to one of the inputs of the comparator 4, to the other input of which a threshold voltage minus 1.5 V from source 6 is applied. At the moment of equal voltage U m = U t the comparator 4 generates a signal to the key management circuit 3, the signal of which breaks the circuit of the key 1, switches the circuit of the key 2 and turns off the current in the pipeline-anode earthing circuit. In this case, the duration of τ and the polarization voltage pulse is equal to the time τ p of the formation of the maximum allowable potential (minus 1.5 V) at the pipe-ground boundary.

При выключенном токе в цепи "труба-грунт" идет процесс деполяризации, вызывающий снижение потенциала, которое контролируется электродом сравнения 8. Сигнал с электрода сравнения 8 подается на один из входов компаратора 5, на другой вход которого с источника 7 порогового напряжения подано напряжение минус 0,85 В. When the current is turned off in the pipe-to-ground circuit, a depolarization process occurs, causing a decrease in potential, which is controlled by the comparison electrode 8. The signal from the comparison electrode 8 is fed to one of the inputs of the comparator 5, the other input of which is supplied from the threshold voltage source 7 minus 0 , 85 V.

В момент равенства потенциалов компаратор 5 вырабатывает сигнал, который через схему управления 3 разрывает цепь ключа 2, коммутирует цепь ключа 1 и возвращает устройство формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации в исходное состояние. At the moment of equal potentials, the comparator 5 generates a signal that breaks the circuit of the key 2 through the control circuit 3, commutates the circuit of the key 1 and returns the device for generating the amplitude of the polarization voltage pulses to the initial state.

Известно [3], что отношение времени процесса поляризации к времени процесса деполяризации порядка 0,1 и менее. Поэтому использование схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволяет в 10 и более раз увеличить срок службы анодных заземлителей, а следовательно, и надежность электрохимзащиты по сравнению с ветроэлектростанцией [2], принятой за прототип. It is known [3] that the ratio of the time of the polarization process to the time of the depolarization process is of the order of 0.1 or less. Therefore, the use of a circuit for generating the amplitude of polarization voltage pulses makes it possible to increase the service life of anode earthing switches by 10 or more times, and therefore, the reliability of electrochemical protection compared to a wind power plant [2], adopted as a prototype.

При отсутствии ветра электрохимзащита осуществляется от аккумуляторных батарей. В связи с большим током поляризации, емкости батарей у известной ветроэлектрической катодной станции [2], непрерывно питающей цепь "труба-анодные заземлители", хватает на сутки. Использование схемы формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволит снизить расход электроэнергии, увеличить время работы аккумуляторов и тем самым повысить надежность электрохимзащиты. In the absence of wind, electrochemical protection is carried out from storage batteries. Due to the high polarization current, the battery capacity of the well-known wind-power cathode station [2], which continuously supplies the pipe-anode ground electrode circuit, lasts for a day. The use of a circuit for generating the amplitude of polarization voltage pulses will reduce the energy consumption, increase the operating time of the batteries, and thereby increase the reliability of electrochemical protection.

Кроме того, использование в предлагаемой ветроэлектростанции катодной защиты блока формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации позволяет учесть сезонные изменения удельного электрического сопротивления грунта и автоматизировать процесс электрохимзащиты трубопровода. In addition, the use of cathodic protection in the proposed wind farm of the unit for generating the amplitude of the polarization voltage pulses allows us to take into account seasonal changes in the electrical resistivity of the soil and automate the process of electrochemical protection of the pipeline.

Использованная литература. References.

1. Инструкция по проектированию и расчету электрохимической защиты магистральных трубопроводов и промысловых объектов. -М.: ВНИИСТ, 1980, с. 37-53. 1. Instructions for the design and calculation of electrochemical protection of trunk pipelines and field facilities. -M .: VNIIST, 1980, p. 37-53.

2. Сидоров В.В. Ветроэлектрические станции для катодной защиты трубопроводов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, N 2, 1983, с.54-55. - прототип. 2. Sidorov V.V. Wind power stations for cathodic protection of pipelines. The mechanization and electrification of agriculture, N 2, 1983, S. 54-55. - prototype.

3. Никитенко Е.А. Автоматизация и телеконтроль электрохимической защиты магистральных газопроводов. -М.: Недра, 1976, с.28-31. 3. Nikitenko EA Automation and telecontrol of electrochemical protection of gas pipelines. -M .: Nedra, 1976, p. 28-31.

Claims (1)

Ветроэлектростанция катодной защиты, включающая ветродвигатель, генератор, блок аккумуляторов и электрическую систему преобразования тока, отличающаяся тем, что система преобразования тока содержит блок формирования амплитуды импульсов напряжения поляризации, длительность которых определяется выражением
Figure 00000005

где τи - длительность импульса;
τп - время формирования максимально допустимого потенциала Uм;
u(t) - текущее напряжение поляризации.
A cathodic protection wind farm including a wind turbine, a generator, a battery pack and an electric current conversion system, characterized in that the current conversion system comprises a unit for generating the amplitude of the polarization voltage pulses, the duration of which is determined by the expression
Figure 00000005

where τ and is the pulse duration;
τ p - the time of formation of the maximum allowable potential U m ;
u (t) is the current polarization voltage.
RU96124206A 1996-12-24 1996-12-24 Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines RU2117184C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96124206A RU2117184C1 (en) 1996-12-24 1996-12-24 Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96124206A RU2117184C1 (en) 1996-12-24 1996-12-24 Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2117184C1 true RU2117184C1 (en) 1998-08-10
RU96124206A RU96124206A (en) 1999-02-20

Family

ID=20188475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96124206A RU2117184C1 (en) 1996-12-24 1996-12-24 Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2117184C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486289C2 (en) * 2011-08-11 2013-06-27 Анатолий Александрович Анашкин Device for cathodic protection with self-contained power supply

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сидоров В.В. Ветроэлектрические станции для катодной защиты трубопроводов. Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983, N 2, с. 54-55. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486289C2 (en) * 2011-08-11 2013-06-27 Анатолий Александрович Анашкин Device for cathodic protection with self-contained power supply

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2441105C2 (en) Using cathode protection system with external current for supply of electric devices
NO20015811L (en) Wind power plants
CN101831657B (en) Sea mud/ seawater biofuel cell system for protecting metallic corrosion cathode
CN102345131A (en) Potentiostat for resisting metal corrosion and networked constant potential supply system composed of the potentiostat
CN103726057A (en) Corrosion resistant system and method of offshore wind power generating set base
RU2394943C1 (en) Installation for cathode protection of gas lines and underground constructions
RU2117184C1 (en) Wind-electric generating plant for cathodic protection of pipelines
CN115449801B (en) Reinforced concrete impressed current cathodic protection system
CN211036112U (en) Device for realizing corrosion resistance of seawater equipment by utilizing solar power generation
JPH0491638A (en) Energy system
CN203639561U (en) Corrosion prevention system offshore of wind turbine generator base
CN220914948U (en) Power supply system based on metal structure micro-electricity collection
CN201459240U (en) Solar energy electrochemistry anti-corrosion protection device for pipeline or tank
CN209162197U (en) A kind of novel cathodic protection system power supply unit
Ma et al. Study of cathodic protection system for oil well casings based on pulse current
Artyukhov et al. Use of photovoltaic converters in electrochemical protection systems for underground pipelines
CN110768293A (en) Offshore wind power generation system and control method thereof
CN111856973A (en) Intelligent control system for buried steel pipe and rail drainage
CN220622058U (en) Sea snake array type wave energy power generation device
CN213977886U (en) Electrochemical corrosion prevention device with protection function
CN221652300U (en) Sea water net cage utilizing offshore wind power plant
CN211645397U (en) Steel water gate cathode protection potential automatic acquisition and monitoring system
Alhashimi et al. Review on generation sources of electrical power
CN211181697U (en) Cable protection architecture in corrosive ground of photovoltaic power plant
RU37735U1 (en) AUTONOMOUS CORROSION PROTECTION STATION WITH PULSE CURRENT

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 22-1998 FOR TAG: (73)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081225

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110110

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110324

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151225