RU2194093C1

RU2194093C1 - Method for assembling deep-seated anode earthing device

Info

Publication number: RU2194093C1
Application number: RU2001128756A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Зенцов; М.Д. Акульшин; Д.Л. Рахманкулов; М.В. Кузнецов; А.М. Кузнецов
Original assignee: Зенцов Вячеслав Николаевич; Акульшин Михаил Дмитриевич; Рахманкулов Дилюс Лутфуллич; Кузнецов Михаил Васильевич; Кузнецов Андрей Михайлович; Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: equipment for protecting underground constructions and pipelines from electrochemical corrosion. SUBSTANCE: method involves assembling individual ready-made electrically and mechanically connected anode earthing devices into chain, each of earthing devices comprising central electrode axially surrounded with activator layer made in the form of cylinder. Chain assembly is obtained by tightening joined ends of central electrodes of adjacent anode earthing devices by means of metal coupler, with ends of central electrodes being provided with conical external thread and ends of metal coupler being provided with internal thread. Rubber or fluoroplastic sealing rings are positioned between coupler and electrode at both ends of coupler, or ends of coupler are welded or soldered to electrode for sealing threaded joints of adjacent anode earthing devices. Outer diameter of coupler is selected so as to provide for equal strength of coupler section and electrode section, with electrochemical abrasion value being taken into account. Space in the vicinity of adjacent anode earthing devices between activator cylinder ends, which are made in the form of outer cones having acute taper, is filled with activator or cognate material up to common outer surface of cylinders. EFFECT: increased service life of earthing devices due to strong joints and enhanced reliability in operation. 4 dwg

Description

Изобретение относится к защите подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии, в частности, к способу сборки глубинного анодного заземлителя. The invention relates to the protection of underground structures and pipelines from electrochemical corrosion, in particular, to a method for assembling a deep anode ground electrode system.

Известен способ сборки глубинного анодного заземлителя, описанный в Авт. свид. СССР 852969, C 23 F 13/00, БИ 29, 1981 г. A known method of assembling a deep anode ground electrode system, described in Auth. testimonial. USSR 852969, C 23 F 13/00, BI 29, 1981

Известный способ сборки заключается в том, что две концентрически расположенные стальные трубы собирают по длине последовательно в гирлянду путем сварки отдельных трубных элементов ограниченной длины, величина которых определяется сортаментом поставляемых промышленностью труб, пространство между трубами заполняют коксовой мелочью, причем к внутренней трубе по всей длине ее рабочей части приваривают стальные элементы, выполненные, например, в виде дисков, охватывающих трубу. При этом приварку дисков, засыпку коксовой мелочью и изоляцию труб производят по мере спуска заземлителя в скважину. A known method of assembly is that two concentrically arranged steel pipes are collected successively in length into a garland by welding individual pipe elements of a limited length, the size of which is determined by the assortment of pipes supplied by the industry, the space between the pipes is filled with coke breeze, and to the inner pipe along its entire length the working part is welded steel elements, made, for example, in the form of disks covering the pipe. At the same time, welding of the disks, backfilling with coke breeze and pipe insulation is performed as the earthing switch is lowered into the well.

Недостатком известного способа сборки глубинного анодного заземлителя является то, что сварной шов между отдельными трубными элементами не обеспечивает надежной электрической и механической связи по длине глубинного анодного заземлителя, так как при любом виде сварки: электродуговой, контактной, трением, лазерной, давлением, электронной и пр. всегда имеют место подрезы, непровары, поры, раковины, резкие переходы от сварного шва к основному металлу, то есть всегда вероятны сопряжения поверхностей, образующих острые грани, которые являются не только концентраторами механических напряжений, но и концентраторами электрических потенциалов, что ведет к интенсификации электрохимической коррозии в этом месте по сравнению с остальной гладкой частью трубных элементов и к ускоренному разрушению сварного шва, что приводит в конечном счете к нарушению электрической и механической связей между отдельными трубными элементами и преждевременному разрушению глубинного анодного заземлителя в целом. Упомянутая в известном техническом решении установка изоляции, возможно предусматривающая защиту сварных швов от прямого воздействия электролита грунта и тем самым от интенсивной электрохимической коррозии, неэффективна по причинам: во-первых, электрическая изоляция без специально предпринятых мер, о чем в описании нет упоминания, не обеспечивает гарантированной герметизации места изоляции, и поэтому возможен доступ электролита к сварному шву, а во-вторых, наложение изоляции сокращает эффективную рабочую длину глубинного анодного заземлителя, что противоречит цели создания глубинного анодного заземлителя. A disadvantage of the known method of assembling a deep anode ground electrode system is that the weld between the individual pipe elements does not provide reliable electrical and mechanical connection along the length of the deep anode ground electrode system, since with any type of welding: electric arc, contact, friction, laser, pressure, electronic, etc. There are always undercuts, imperfections, pores, shells, sharp transitions from the weld to the base metal, that is, conjugation of surfaces forming sharp edges that are I am not only concentrators of mechanical stresses, but also concentrators of electrical potentials, which leads to intensification of electrochemical corrosion in this place compared to the rest of the smooth part of the pipe elements and to accelerated destruction of the weld, which ultimately leads to a violation of the electrical and mechanical bonds between individual pipe elements and premature destruction of the deep anode ground electrode system as a whole. The insulation installation mentioned in the well-known technical solution, possibly providing for the protection of welds from direct exposure to soil electrolyte and thereby from intense electrochemical corrosion, is ineffective for the reasons: firstly, electrical insulation without specially taken measures, which are not mentioned in the description, does not provide guaranteed sealing of the insulation place, and therefore, the electrolyte can access the weld, and secondly, the application of insulation reduces the effective working length of the deep anode earth lead, which is contrary to the goal of a deep anode bed.

Поэтому установка изоляции в данном случае не может быть признана самодостаточным способом защиты от преждевременного разрушения сварного шва. Therefore, the installation of insulation in this case cannot be recognized as a self-sufficient way of protection against premature destruction of the weld.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ сборки скважинного анодного заземлителя (Авт. свид. СССР 1339164, C 23 F 13/00, БИ 35, 1987 г.), включающий сборку в гирлянду электрически и механически последовательно соединенных между собой анодных заземлителей. Сборку осуществляют следующим образом. В предварительно пробуренную скважину опускают центральный электрод, затем на него последовательно нанизывают необходимое количество анодных заземлителей. Между наружной поверхностью заземлителя и внутренней поверхностью скважины нагнетается электропроводный бетон, который проникает также в стык между сеток, с помощью которых закрывают торцы отдельных заземлителей между внутренней поверхностью тонкостенного кожуха и наружной поверхностью трубчатого элемента, и которые являются перегородкой между заземлителями, предохраняющей от высыпания активатора (коксовой обсыпки). Собранный таким образом глубинный анодный заземлитель представляет собой единый проводник электрического тока. The closest technical solution to the claimed invention is a method of assembling a borehole anode earthing switch (Auth. Certificate. USSR 1339164, C 23 F 13/00, BI 35, 1987), which includes assembling anode earthing switches electrically and mechanically connected in series with each other. Assembly is as follows. The central electrode is lowered into the pre-drilled well, then the required number of anode ground electrodes are sequentially stringed onto it. Electrically conductive concrete is injected between the outer surface of the ground electrode and the inner surface of the well, which also penetrates the joint between the grids, with which they close the ends of the individual ground electrodes between the inner surface of the thin-walled casing and the outer surface of the tubular element, and which are the partition between the ground electrodes that protects against activator spilling ( coke dusting). Thus assembled deep anode ground electrode is a single conductor of electric current.

Недостатком известного способа сборки является небольшой срок службы заземлителя из-за невозможности сохранения прочности соединений между отдельными анодными заземлителями полной заводской готовности, из которых собран глубинный анодный заземлитель, на весь период его работы (что обусловлено разрушением сварных швов центрального электрода электрохимической коррозией), так как электропроводный бетон, нагнетаемый между наружной поверхностью скважины, в силу своей гигроскопичности не способен предотвратить проникновение электролита грунта в стык между анодными заземлителями и далее к сварным швам центрального электрода. A disadvantage of the known assembly method is the short lifetime of the ground electrode due to the impossibility of maintaining the strength of the connections between the individual anode ground electrodes of full factory readiness, from which the deep anode ground electrode is assembled, for the entire period of its operation (due to the destruction of the welds of the central electrode by electrochemical corrosion), since conductive concrete injected between the outer surface of the well, due to its hygroscopicity, is not able to prevent the penetration of electrolytes This soil in the joint between the anode grounding and further to the welds of the Central electrode.

Технической задачей данного изобретения является увеличение срока службы глубинного анодного заземлителя за счет обеспечения прочности соединений между отдельными анодными заземлителями полной заводской готовности на весь период эксплуатации. The technical task of this invention is to increase the service life of the deep anode earthing switch by ensuring the strength of the connections between the individual anode earthing switches of full factory readiness for the entire period of operation.

Техническая задача решается тем, что в способе сборки глубинного анодного заземлителя, включающем сборку в гирлянду электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных полной заводской готовности анодных заземлителей, каждый из которых содержит центральный электрод со слоем активатора вокруг него в виде соосного ему цилиндра. Согласно изобретению сборку в гирлянду осуществляют путем стягивания сопряженных концов центральных электродов смежных анодных заземлителей с конической наружной резьбой металлической муфтой с коническими внутренними резьбами по концам, затем между муфтой и электродом с двух концов муфты устанавливают резиновые или фторопластовые уплотнительные кольца либо сваривают или припаивают концы муфты с электродом для обеспечения герметизации мест резьбовых соединений смежных анодных заземлителей, причем наружный диаметр муфты выбирают такой величины, чтобы обеспечить равнопрочность кольцевого сечения муфты сечению электрода с учетом величины электрохимическго износа, а пространство между концами цилиндров активатора, выполняемых в виде наружных конусов с острым углом конусности в месте соединения смежных анодных заземлителей, заполняют активатором или родственным ему материалом вплоть до общей наружной поверхности цилиндров. The technical problem is solved in that in a method for assembling a deep anode earthing switch, which includes assembling into a garland electrically and mechanically sequentially connected to each other individual prefabricated anode earthing switches, each of which contains a central electrode with an activator layer around it in the form of a cylinder aligned with it. According to the invention, the garland is assembled by tightening the conjugated ends of the central electrodes of adjacent anode grounding conductors with a conical external thread by a metal coupling with tapered internal threads at the ends, then rubber or fluoroplastic sealing rings are installed between the coupling and the electrode at the two ends of the coupling, or the ends of the coupling are welded or soldered with an electrode to ensure sealing of the threaded joints of adjacent anode grounding conductors, and the outer diameter of the coupling is chosen such a value as to ensure equal strength of the annular section of the coupling to the electrode cross section, taking into account the magnitude of the electrochemical wear, and the space between the ends of the activator cylinders, made in the form of external cones with an acute taper angle at the junction of adjacent anode grounding conductors, is filled with an activator or related material up to the total external cylinder surfaces.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где изображен общий вид и фрагменты соединения отдельных анодных заземлителей: на фиг.1 - общий вид, на фиг. 2 - фрагмент фиг.1, изображающий верхний конец глубинного анодного заземлителя с сечением муфты и уплотнительными кольцами, на фиг.3 - фрагмент фиг.1, изображающий соединение смежных анодных заземлителей с сечением муфты с уплотнительными кольцами, на фиг.4 - фрагмент фиг.1, изображающий соединение смежных анодных заземлителей, с сечением муфты и сваркой ее с электродами. The invention is illustrated in the drawings, which shows a General view and fragments of the connection of individual anode ground electrodes: in Fig.1 is a General view, in Fig. 2 is a fragment of FIG. 1, depicting the upper end of a deep anode earthing switch with a coupling section and sealing rings, FIG. 3 is a fragment of FIG. 1, depicting a connection of adjacent anode grounding conductors with a coupling section with sealing rings, FIG. 4 is a fragment of FIG. 1, depicting the connection of adjacent anode grounding conductors, with a section of the coupling and welding it with electrodes.

Глубинный анодный заземлитель собирают из отдельных полной заводской готовности анодных заземлителей 1, которые имеют центральный электрод 2 со слоем активатора 3 вокруг него в виде соосного с ним цилиндра 4; концы электрода 2 имеют коническую наружную резьбу 5, при этом следует отметить, что профили конических резьб: дюймовой, трубной или буровой, применяемых в настоящее время, имеют вершины и впадины плавных очертаний, описанных радиусами; нижний конец электрода 2 имеет также лыски 6, предназначенные для инструмента при монтаже. The deep anode ground electrode system is assembled from separate fully operational readiness of the anode ground electrode system 1, which has a central electrode 2 with a layer of activator 3 around it in the form of a cylinder 4 coaxial with it; the ends of the electrode 2 have a tapered external thread 5, it should be noted that the profiles of tapered threads: inch, pipe or drill, currently used, have peaks and troughs of smooth shape, described by radii; the lower end of the electrode 2 also has flats 6, intended for the tool during installation.

Электроды 2 анодных заземлителей 1 собирают между собой с помощью металлических муфт 7 в гирлянду последовательно, обеспечивая механическую и электрическую связи между анодными заземлителями 1. Муфты 7 для облегчения монтажных работ имеют проточку 9 и лыски 10. Сопряжение концов электродов 2 и муфты 7 герметизируют резиновыми или фторопластовыми уплотнительными кольцами 11 в одном случае; в другом - сварным или паяным швом 12. Герметизация надежно защищает резьбовое сопряжение от проникновения электролита грунта. The electrodes 2 of the anode earthing switches 1 are assembled together using metal couplings 7 in a string, providing mechanical and electrical connections between the anode earthing switches 1. The couplings 7 have a groove 9 and flats 10 to facilitate installation work. The ends of the electrodes 2 and the coupling 7 are sealed with rubber or PTFE sealing rings 11 in one case; in the other, by a welded or soldered seam 12. Sealing reliably protects the threaded coupling from the penetration of soil electrolyte.

Сопряжение наружных конических резьб 5 на концах электрода 2 с внутренними коническими резьбами 8 муфты 7 обеспечивает равнопрочность соединения электрода 2. Наружный диаметр муфты 7 выбирают такой величины, чтобы обеспечить равнопрочность кольцевого сечения муфты 7 электроду 2 с учетом величины электрохимического износа. The coupling of the external tapered threads 5 at the ends of the electrode 2 with the internal tapered threads 8 of the sleeve 7 provides equal strength in the connection of the electrode 2. The outer diameter of the sleeve 7 is chosen such that the ring cross section of the sleeve 7 of the electrode 2 is equal in strength taking into account the amount of electrochemical wear.

Пространство между коническими концами 13 цилиндров активатора 4 смежных анодных заземлителей 1 заполняют массой активатора 14 таким образом, чтобы образовать непрерывную цилиндрическую поверхность 15 между смежными цилиндрами активатора 4. The space between the conical ends 13 of the activator cylinders 4 of the adjacent anode ground electrodes 1 is filled with the mass of the activator 14 so as to form a continuous cylindrical surface 15 between the adjacent cylinders of the activator 4.

Способ сборки глубинного анодного заземлителя и реализация способа в эксплуатации осуществляется следующим образом. The method of assembly of the deep anode ground electrode system and the implementation of the method in operation is as follows.

Глубинный анодный заземлитель собирают последовательно в гирлянду из отдельных полной заводской готовности анодных заземлителей 1 с помощью металлической муфты 7. Соединение обеспечивает механическую и электрическую связи между анодными заземлителями 1. Каждый отдельный анодный заземлитель 1 может служить как самостоятельный анод в системе электрохимической защиты. Для этого его на заводе оснащают муфтой 7, навинченной на верхний конец электрода 2, и уплотнительным кольцом 11 или же сварным (паяным) швом 12 между муфтой 7 и электродом 2. При ввинчивании нижнего конца электрода 2 верхнего анодного заземлителя 1 в муфту 7 на верхнем конце нижнего анодного заземлителя 1 устанавливают уплотнительное кольцо 11 между муфтой 7 и электродом 2 или же сваривают (паяют) муфту 7 с электродом 2. Тем самым герметизируют равнопрочное резьбовое соединение муфты 7 с электродами 2 смежных анодных заземлителей 1 от проникновения электролита грунта, и прочность этого соединения не нарушается электрохимической коррозией весь срок эксплуатации. При таком способе защиты соединения само место соединения не исключается из работы глубинного анодного заземлителя, в отличие от аналога. Затем пространство между коническими торцами 13 цилиндров активатора 4 смежных анодных заземлителей 1 заполняют массой активатора 14, что позволяет обеспечить слой активатора 3 на всю длину глубинного анодного заземлителя без разрывов, щелей и пор. При усадке заполняемой массы активатора 14 перемещение ее частиц на границе конического торца 13 цилиндров активатора 4 (см. фиг.4) направлено по стрелке N под углом α^° к оси, определяемому геометрическим сложением усадок: по радиусу К и по оси L, но этому препятствует коническая поверхность торца 13, в результате чего масса активатора 14 ложится на коническую поверхность торца 13 с натягом без щелей и зазоров. Для достижения данного эффекта угол конусности торца β^° выбирают такой величины, чтобы обеспечить неравенство α^°>>1/2β^°. В практике величина α^° редко приближается к значению 45^o, поэтому величину β^° выбирают значительно меньшей 90^o, т. е. остроугольной.The deep anode ground electrode system is assembled in a garland from the individual factory-ready anode ground electrodes 1 using a metal coupling 7. The connection provides mechanical and electrical connections between the anode ground electrodes 1. Each individual anode ground electrode 1 can serve as an independent anode in the electrochemical protection system. To do this, it is equipped at the factory with a coupling 7 screwed onto the upper end of the electrode 2 and a sealing ring 11 or a welded (soldered) seam 12 between the coupling 7 and the electrode 2. When the lower end of the electrode 2 of the upper anode ground electrode 1 is screwed into the coupling 7 on the upper at the end of the lower anode ground electrode 1, a sealing ring 11 is installed between the coupling 7 and the electrode 2, or the coupling 7 is welded (soldered) to the electrode 2. Thereby, an equal-strength threaded connection of the coupling 7 to the electrodes 2 of adjacent anode grounding conductors 1 is sealed from penetration ektrolita soil, and the strength of the connection is not broken electrochemical corrosion Lifetime. With this method of protecting the connection, the connection itself is not excluded from the work of the deep anode ground electrode, in contrast to the analogue. Then the space between the conical ends of the 13 cylinders of the activator 4 adjacent anode ground electrodes 1 is filled with the mass of the activator 14, which allows to provide a layer of activator 3 for the entire length of the deep anode ground electrode without gaps, cracks and pores. When the shrinkage of the filled mass of the activator 14, the movement of its particles at the boundary of the conical end 13 of the cylinders of the activator 4 (see figure 4) is directed along the arrow N at an angle α ^° to the axis determined by the geometric addition of the shrinkage: along the radius K and along the axis L, but prevents the conical surface of the end face 13, as a result of which the mass of the activator 14 rests on the conical surface of the end face 13 with an interference fit without cracks and gaps. To achieve this effect, the cone angle of the end face β ^{° is} chosen so as to ensure the inequality α ^° >> 1 / 2β ^° . In practice, the value of α ^° rarely approaches the value of 45 ^o , therefore, the value of β ^{° is} chosen much less than 90 ^o , i.e. acute-angled.

Верхний конец самого верхнего анодного заземлителя 1 в гирлянде оканчивает муфтой 7 с уплотнительным кольцом 11, что предоставляет возможность установки токоввода и грузового кольца для удержания глубинного анодного заземлителя в скважине на весу. The upper end of the uppermost anode earthing switch 1 in the garland ends with a coupling 7 with a sealing ring 11, which makes it possible to install a current lead and a load ring to hold the deep anode earthing switch in the borehole in weight.

Нижний конец самого нижнего анодного заземлителя 1 в гирлянде заканчивается концом электрода 2 с наружной конической резьбой 5, что дает возможность подключения дополнительного токоподвода к глубинному анодному заземлителю. Нижний конец изолируют активаторной массой 14 по аналогии с изоляцией мест соединения на месте монтажа глубинного анодного заземлителя или же на заводе по месту изготовления отдельных анодных заземлителей 1. The lower end of the lowest anode ground electrode 1 in the garland ends with the end of the electrode 2 with an external conical thread 5, which makes it possible to connect an additional current supply to the deep anode ground electrode. The lower end is isolated with an activator mass 14 by analogy with isolation of the joints at the installation site of the deep anode ground electrode system or at the factory at the place of manufacture of the individual anode ground electrode system 1.

Применение способа позволит получать работоспособный на весь предполагаемый технически и экономически обоснованный срок эксплуатации глубинный анодный заземлитель. The application of the method will allow you to get a workable for the entire expected technically and economically justified service life of the deep anode ground electrode.

Claims

A method of assembling a deep anode ground electrode system, including assembling into a garland of electrically and mechanically sequentially connected separate factory-ready anode ground electrodes, each of which contains a central electrode with an activator layer around it, made in the form of a cylinder coaxial to it, characterized in that the assembly is in a garland carried out by tightening the conjugate ends of the central electrodes of adjacent anode grounding conductors with a tapered external thread with a metal coupling with tapered with internal threads at the ends, then rubber rings are installed between the coupling and the electrode at both ends of the coupling, or the ends of the coupling are welded or soldered to ensure sealing of the threaded joints of adjacent anode grounding conductors, the outer diameter of the coupling being chosen to ensure equal strength of the ring section of the coupling and the electrode section taking into account the magnitude of electrochemical wear, and the space between the ends of the activator cylinders, made in the form of external cones with an acute angle of taper in those connecting adjacent anode beds fill activator or a related material it up to the total outer surface of the cylinders.