RU2376401C2 - Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation - Google Patents
Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376401C2 RU2376401C2 RU2008105335/02A RU2008105335A RU2376401C2 RU 2376401 C2 RU2376401 C2 RU 2376401C2 RU 2008105335/02 A RU2008105335/02 A RU 2008105335/02A RU 2008105335 A RU2008105335 A RU 2008105335A RU 2376401 C2 RU2376401 C2 RU 2376401C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reference electrode
- electrode
- potential
- underground
- auxiliary electrode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Description
Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения и устройство для его реализации (варианты)A method for measuring the polarization potential of an underground metal structure and a device for its implementation (options)
Изобретение относится к области защиты магистральных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для обеспечения контроля поляризационного потенциала (катодной защиты) «металл-земля» подземных металлических сооружений, в частности магистральных нефтегазотрубопроводов.The invention relates to the field of corrosion protection of pipelines and can be used to provide control of the polarization potential (cathodic protection) of metal-to-ground underground metal structures, in particular oil and gas pipelines.
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала, в качестве которого используется серийно выпускаемый насыщенный медно-сульфатный электрод сравнения типа ЭНЕС-1. (Электрод сравнения неполяризующийся ЭНЕС-1. Паспорт. ТОО «ЭНС», г.Ставрополь.) Устройство содержит медную пластину, погруженную в сосуд с электролитом в виде насыщенного раствора CuSO4, и пористую мембрану для обеспечения контакта с грунтом. Электрод успешно используется на магистральных нефтяных и газовых трубопроводах.A device is known for measuring the polarization potential, which is used as a commercially available saturated copper-sulfate reference electrode type ENES-1. (Comparison electrode non-polarizing ENES-1. Passport. ENS LLP, Stavropol.) The device contains a copper plate immersed in a vessel with an electrolyte in the form of a saturated solution of CuSO 4 , and a porous membrane to ensure contact with the soil. The electrode has been successfully used in oil and gas pipelines.
Способ измерения поляризационного потенциала с помощью медно-сульфатного электрода ЭНЕС-1 основан на размещении электрода в грунте и подключении медной пластины к первому входу высокоомного вольтметра, второй вход которого подключается к трубопроводу, например, через контрольно-измерительный пункт (КИП). При проведении измерений электрод обеспечивает надежный контакт с грунтом, не поляризуется, а его собственный потенциал достаточно стабилен.The method for measuring the polarization potential using the ENES-1 copper-sulfate electrode is based on placing the electrode in the ground and connecting a copper plate to the first input of a high-resistance voltmeter, the second input of which is connected to the pipeline, for example, through a control and measurement point (KIP). During measurements, the electrode provides reliable contact with the soil, is not polarized, and its own potential is quite stable.
Однако электроды типа ЭНЕС-1 в связи с наличием электролита имеют ряд существенных недостатков, возникающих в процессе использования, таких как ограниченный срок непрерывной работы из-за вытекания электролита, сложность установки в грунт с предварительным рытьем шурфа, громоздкость и высокая стоимость для массового применения. Кроме того, при стационарной установке электрода в грунт происходит постепенный неконтролируемый сдвиг собственного поляризационного потенциала в связи с постепенным вытеканием электролита в прилегающий грунт, что может привести к существенным ошибкам измерений.However, the electrodes of the ENES-1 type due to the presence of an electrolyte have a number of significant disadvantages that arise during use, such as the limited duration of continuous operation due to leakage of electrolyte, the difficulty of installation in the ground with preliminary digging of a pit, the bulkiness and high cost for mass application. In addition, during stationary installation of the electrode in the soil, a gradual uncontrolled shift of the own polarization potential occurs due to the gradual leakage of electrolyte into the adjacent soil, which can lead to significant measurement errors.
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения (патент РФ №2149919, опубл. 2000.05.27), выполненное в виде зонда, измерительная часть которого состоит из электрода сравнения с капилляром, который проходит через вспомогательный электрод.A device for measuring the polarization potential of an underground metal structure (RF patent No. 2149919, publ. 2000.05.27), made in the form of a probe, the measuring part of which consists of a reference electrode with a capillary, which passes through an auxiliary electrode.
Предлагаемое устройство отличается повышенной точностью измерения поляризационного потенциала, так как измеряемая величина потенциала содержит минимальную составляющую собственного омического падения напряжения, поскольку расстояние между капилляром электрода сравнения и вспомогательным электродом минимально. Однако указанное устройство имеет усложненную конструкцию и не обеспечивает возможности для постоянного и (или) долговременного измерения потенциалов, вследствие наличия капилляра, способствующего вытеканию электролита.The proposed device is characterized by increased accuracy of measuring the polarization potential, since the measured value of the potential contains the minimum component of its own ohmic voltage drop, since the distance between the capillary of the reference electrode and the auxiliary electrode is minimal. However, this device has a complicated design and does not provide opportunities for continuous and (or) long-term measurement of potentials, due to the presence of a capillary that facilitates the flow of electrolyte.
Известен способ измерения поляризационного потенциала подземного сооружения (патент РФ №2023053, опубл. 1994.11.15), который основан на периодической поляризации датчика электрического потенциала и измерении его поляризационного потенциала в интервалах между циклами поляризации для исключения омического падения потенциала из измерений. При этом регулируют длительность интервала поляризации, для чего каждый интервал поляризации формируют из двух следующих друг за другом временных интервалов.A known method of measuring the polarization potential of an underground structure (RF patent No. 2023053, publ. 1994.11.15), which is based on the periodic polarization of the electric potential sensor and the measurement of its polarization potential in the intervals between polarization cycles to exclude ohmic potential drop from measurements. At the same time, the duration of the polarization interval is controlled, for which each polarization interval is formed from two successive time intervals.
Однако указанный способ имеет сложный алгоритм измерений, что снижает эффективность измерений.However, this method has a complex measurement algorithm, which reduces the measurement efficiency.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой группе изобретений является устройство для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений (патент РФ №2109086, опубл. 1998.04.20, заявка №95121503) и реализуемый с его помощью способ измерения поляризационного потенциала. Указанное устройство выполнено в виде зонда, измерительная часть которого представляет заполненный электролитом стакан с крышкой, выполненный из диэлектрического материала, внутри которого расположены вспомогательный электрод, электрод сравнения и поляризующий электрод, закрепленный между вспомогательным электродом и пористой капой, подсоединенной к днищу стакана и заполненной грунтом. Устройство содержит также коммутационный блок, переключатели и вольтметр.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed group of inventions is a device for measuring the polarization potential of underground metal structures (RF patent No. 2109086, publ. 1998.04.20, application No. 95121503) and a method for measuring polarizing potential realized with its help. The specified device is made in the form of a probe, the measuring part of which is a glass filled with an electrolyte with a lid made of dielectric material, inside of which there is an auxiliary electrode, a reference electrode and a polarizing electrode fixed between the auxiliary electrode and a porous cap connected to the bottom of the glass and filled with soil. The device also contains a switching unit, switches and a voltmeter.
Способ измерения поляризационного потенциала с помощью данного устройства основан на установке зонда в специально пробитый шурф, подключении его к схеме измерения, засыпке шурфа и измерении потенциала вспомогательного электрода в момент отключения его от подземного сооружения.The method of measuring the polarization potential using this device is based on installing the probe in a specially punched hole, connecting it to the measurement circuit, filling the hole and measuring the potential of the auxiliary electrode when it is disconnected from the underground structure.
Указанные способ и устройство позволяют исключить омическую составляющую, которая обычно вносит существенную погрешность в измерения поляризационного потенциала и тем самым повысить точность измерений.The specified method and device can eliminate the ohmic component, which usually introduces a significant error in the measurement of the polarization potential and thereby increase the accuracy of the measurements.
Однако данному способу и устройству для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений присущи недостатки, связанные с необходимостью постоянной компенсации вытекания электролита в грунт через пористую мембрану электрода сравнения, а в подземном состоянии компенсация практически невозможна. Устройство также имеет сложную конструкцию и неприменимо в условиях промерзания грунта.However, this method and device for measuring the polarization potential of underground metal structures has inherent disadvantages associated with the need for constant compensation of the flow of electrolyte into the soil through the porous membrane of the reference electrode, and in the underground state, compensation is almost impossible. The device also has a complex structure and is not applicable in conditions of freezing soil.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и устройства измерения поляризационного потенциала (его вариантов), позволяющих производить измерения в полевых условиях в мобильном и стационарном режимах в течение длительного времени без технического обслуживания. Устройство и способ могут функционировать в автономном режиме в течение всего эксплуатационного периода подземного металлического сооружения, например, трубопровода. Технический результат - повышение эффективности и точности измерений путем обеспечения возможности надежных длительных измерений в автономном режиме. Данный результат обеспечивается за счет отсутствия электролита в устройстве и обеспечения возможности непосредственного введения устройства в грунт.The main task to be solved by the claimed invention is directed is the creation of a method and device for measuring the polarization potential (its variants), allowing measurements in the field in mobile and stationary modes for a long time without maintenance. The device and method can function autonomously during the entire operational period of an underground metal structure, for example, a pipeline. The technical result is an increase in the efficiency and accuracy of measurements by providing the possibility of reliable long-term measurements in offline mode. This result is achieved due to the lack of electrolyte in the device and the possibility of direct introduction of the device into the ground.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, включающем установку в грунт устройства измерения поляризационного потенциала, содержащего электрод сравнения, подключение устройства к подземному металлическому сооружению и определение поляризационного потенциала, используют электрод сравнения, выполненный из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома, а перед началом измерений создают электрическую цепь для наводораживания электрода сравнения и проводят его наводораживание. При этом наводораживание электрода сравнения производят до установления на нем постоянного стационарного значения потенциала.The problem is solved in that in a method for measuring the polarization potential of underground metal structures, including installing in the soil a polarization potential measuring device containing a reference electrode, connecting the device to an underground metal structure and determining the polarization potential, use a reference electrode made of porous stainless steel, or nickel, or chromium, and before starting the measurements, an electrical circuit is created to hydrogenate the reference electrode and odyat its hydrogen absorption. In this case, the hydrogenation of the reference electrode is carried out until a constant stationary value of the potential is established on it.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащем металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к одному из выводов вольтметра, и переключатель, один из контактов которого подключен к подземному металлическому сооружению, электрод сравнения выполнен из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома и подключен к другому контакту переключателя, а второй вывод вольтметра соединен с подземным металлическим сооружением.The problem is also solved by the fact that in the device for measuring the polarization potential of underground metal structures containing a metal rod with a pointed tip, which contains a dielectric and a reference electrode connected to one of the terminals of the voltmeter, and a switch, one of the contacts of which is connected to an underground metal the construction, the reference electrode is made of porous stainless steel, or nickel, or chrome and is connected to another switch contact, and the second terminal is a voltmeter and is connected to the underground metal structures.
Поставленная задача может быть решена другим вариантом устройства для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащим металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к вольтметру, вспомогательный электрод, элемент сопротивления и переключатель, один из контактов которого подключен к вспомогательному электроду, а второй контакт соединен с подземным металлическим сооружением, при этом вспомогательный электрод выполнен из нелегированной стали, а электрод сравнения из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома и соединен с элементом сопротивления, один вывод которого соединен с вольтметром, а другой вывод подключен к вспомогательному электроду.The problem can be solved by another version of the device for measuring the polarization potential of underground metal structures, containing a metal rod with a pointed tip, which contains a dielectric and a reference electrode connected to a voltmeter, an auxiliary electrode, a resistance element and a switch, one of the contacts of which is connected to the auxiliary electrode, and the second contact is connected to an underground metal structure, while the auxiliary electrode is made of non-light ovannoy steel, and a reference electrode made of porous stainless steel, or nickel, or chromium and is connected to the resistance element, one terminal of which is connected to a voltmeter, and the other terminal is connected to the auxiliary electrode.
Целесообразно в устройстве по второму варианту вспомогательный электрод и элемент сопротивления установить в заостренном наконечнике металлической штанги.It is advisable in the device according to the second embodiment, the auxiliary electrode and the resistance element to be installed in the pointed tip of the metal rod.
Поставленная задача может быть решена третьим вариантом устройства для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащим металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к одному из выводов вольтметра, и вспомогательный электрод, соединенный с подземным металлическим сооружением, при этом вспомогательный электрод и электрод сравнения выполнены из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома, а другой вывод вольтметра соединен с подземным металлическим сооружением.The problem can be solved by the third version of the device for measuring the polarization potential of underground metal structures, containing a metal rod with a pointed tip, which houses a dielectric and a reference electrode connected to one of the terminals of the voltmeter, and an auxiliary electrode connected to the underground metal structure, the auxiliary electrode and the reference electrode are made of porous stainless steel, or nickel, or chromium, and the other terminal of the voltmeter is connected with an underground metal structure.
Предпочтительно в устройстве по третьему варианту вспомогательный электрод установить в заостренном наконечнике металлической штанги.Preferably, in the device according to the third embodiment, the auxiliary electrode is installed in the pointed tip of the metal rod.
Оптимально, чтобы устройство по третьему варианту дополнительно содержало балластный резистор, подключенный между вспомогательным электродом и подземным металлическим сооружением.It is optimal that the device according to the third embodiment further comprises a ballast resistor connected between the auxiliary electrode and the underground metal structure.
В устройствах по первому, второму и третьему вариантам целесообразно металлическую штангу снабдить рукоятками и выполнить с возможностью отсоединения заостренного наконечника.In the devices according to the first, second and third options, it is advisable to provide the metal rod with handles and to perform with the possibility of disconnecting the pointed tip.
В устройствах по второму и третьему вариантам предпочтительно диэлектрик выполнить двуслойным.In the devices of the second and third options, it is preferable to make the dielectric bilayer.
В устройствах по первому, второму и третьему вариантам оптимально выполнить все соединительные контакты загерметизированными.In devices according to the first, second and third options, it is optimal to make all the connecting contacts sealed.
Заявляемый способ и устройство (его варианты) позволяют повысить точность измерений, за счет исключения погрешностей измерений, которые возникают в устройстве-прототипе вследствие естественной убыли электролита, приводящей к снижению точности. Кроме того, установка устройства для измерения поляризационного потенциала (его вариантов) непосредственно в грунт в отличие от прототипа, в котором необходимо устанавливать устройство в шурф, пробитый в грунте, позволяет сохранить структуру грунта. Данное обстоятельство позволяет повысить точность измерений за счет исключения попадания кислорода в зону измерения потенциала катодной защиты подземного металлического сооружения.The inventive method and device (its variants) can improve the accuracy of measurements by eliminating measurement errors that occur in the prototype device due to the natural loss of electrolyte, leading to a decrease in accuracy. In addition, the installation of a device for measuring the polarization potential (its variants) directly in the ground, in contrast to the prototype, in which it is necessary to install the device in a pit punched in the ground, allows you to save the structure of the soil. This circumstance makes it possible to increase the accuracy of measurements by eliminating the ingress of oxygen into the measurement zone of the cathodic protection potential of an underground metal structure.
Заявляемое устройство (его варианты) работает в стационарном состоянии, и стационарный потенциал электрода сравнения формируется под действием тока, при этом электролитом является влага грунта.The inventive device (its variants) operates in a stationary state, and the stationary potential of the reference electrode is formed under the action of current, while the electrolyte is soil moisture.
Основной элемент заявляемого устройства (его вариантов) электрод сравнения по ряду факторов (неравновесность, область применения, рабочий диапазон значений рН, стабильность, время выхода на рабочий режим) не является полным аналогом известных водородных электродов, (см. например В.В.Скорчеллетти. Теоретическая электрохимия. «Химия». ЛО. 1974, стр.288).The main element of the inventive device (its variants) is a comparison electrode for a number of factors (nonequilibrium, field of application, operating range of pH values, stability, time to reach the operating mode) is not a complete analogue of known hydrogen electrodes, (see, e.g., V.V. Scorcheletti. Theoretical electrochemistry. “Chemistry.” LO. 1974, p. 288).
Указанный водородный электрод выполнен из металлической платины и погружен в сосуд с водным нейтральным, кислотным или щелочным электролитом, насыщенным газообразным водородом. Недостатком данного водородного электрода, как и медно-сульфатного и хлорид серебряного, является громоздкость, наличие электролита и необходимость перед каждым измерением насыщать электролит молекулярным водородом.The specified hydrogen electrode is made of platinum metal and immersed in a vessel with an aqueous neutral, acidic or alkaline electrolyte saturated with hydrogen gas. The disadvantage of this hydrogen electrode, as well as copper-sulfate and silver chloride, is the bulkiness, the presence of an electrolyte and the need to saturate the electrolyte with molecular hydrogen before each measurement.
Кроме того, для обеспечения требуемых параметров необходимо практически перед каждым измерением через раствор электролита пропускать чистый газообразный водород до его насыщения, что в сочетании с высокой стоимостью платины практически исключает возможность массового производства и применения водородного электрода в полевых условиях. Причем чистый водород получают путем электролиза дистиллированной воды или в специальных громоздких и дорогостоящих генераторах водорода.In addition, to ensure the required parameters, it is necessary to pass pure hydrogen gas through the electrolyte solution before each measurement until it is saturated, which, combined with the high cost of platinum, virtually eliminates the possibility of mass production and use of a hydrogen electrode in the field. Moreover, pure hydrogen is obtained by electrolysis of distilled water or in special bulky and expensive hydrogen generators.
В заявляемом устройстве с учетом использования водорода в процессе работы электрод сравнения можно определить как псевдоводородный. Для стабильной работы заявляемой группы изобретений достаточно наводородить только влагу, находящуюся в порах его электрода сравнения, минимальный объем которой соответственно требует и минимального количества электричества и времени выхода электрода на рабочий режим. Кроме того, в порах электрода влага, насыщенная водородом, дольше сохраняется и позволяет увеличить продолжительность и точность измерений.In the inventive device, taking into account the use of hydrogen in the process, the reference electrode can be defined as pseudo-hydrogen. For the stable operation of the claimed group of inventions, it is enough to hydrogenate only the moisture located in the pores of its reference electrode, the minimum volume of which accordingly requires the minimum amount of electricity and the time the electrode takes to operate. In addition, in the pores of the electrode, moisture saturated with hydrogen is stored longer and allows to increase the duration and accuracy of measurements.
Заявляемые способ и устройство (его варианты) для измерения поляризационного потенциала (его варианты) взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел.The inventive method and device (its variants) for measuring the polarization potential (its variants) are so interconnected that they form a single inventive concept.
Действительно, специально для реализации способа измерения было создано устройство (его варианты) с оригинальным электродом сравнения, с помощью которого перед началом измерений создают электрическую цепь, обеспечивающую наводораживание электрода сравнения.Indeed, specifically for the implementation of the measurement method, a device (its variants) was created with an original reference electrode, with which an electric circuit is created before the start of measurements, which ensures the hydrogenation of the reference electrode.
Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.Therefore, the claimed invention satisfy the requirement of unity of invention.
Изобретения поясняются примерами и следующими чертежами.The invention is illustrated by examples and the following drawings.
На фиг.1 схематично представлена конструкция устройства по первому варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.Figure 1 schematically shows the design of the device according to the first embodiment and the electrical circuit of its connection to an underground metal structure.
На фиг.2 схематично представлена конструкция устройства по второму варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.Figure 2 schematically shows the design of the device according to the second embodiment and the electrical circuit for its connection to an underground metal structure.
На фиг.3 схематично представлена конструкция устройства по третьему варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.Figure 3 schematically shows the design of the device according to the third embodiment and the electrical circuit of its connection to an underground metal structure.
Устройство для реализации способа по первому, второму и третьему вариантам содержит диэлектрик 1, который может быть двухслойным. Например, первый слой готовится путем механической обработки заготовки из диэлектрика, в котором делается отверстие, а второй - путем заливки расплавленного диэлектрика. В отверстие первого нижнего слоя запрессовывается электрод сравнения 2, выполненный из электрохимически инертного металла, например из пористой нержавеющей стали, или никеля или хрома, например, в виде шайбы, соединенной с проводником, который выходит с другого конца отверстия и соединяется с электрической цепью устройства и его вариантов. Место соединения заливается для герметизации и изоляции расплавленным вторым слоем диэлектрика. При защите рабочей поверхности электрода сравнения и его пор от попадания в них расплавленного диэлектрика или при избыточных объемах электрода сравнения 2 диэлектрик 1 может быть выполнен однослойным и изготовлен, например, по литейной технологии. Электрод сравнения 2 электрически соединен с входом измерительного устройства 3, выполненного, например, в виде вольтметра 3.A device for implementing the method according to the first, second and third options contains a dielectric 1, which may be two-layer. For example, the first layer is prepared by machining a preform from a dielectric in which a hole is made, and the second by pouring a molten dielectric. A
Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит также переключатель 4, к одному из контактов которого подключен электрод сравнения 2, а другой контакт переключателя 4 подключен к контролируемому подземному металлическому сооружению 5 (ПС). Второй контакт вольтметра 3 также подключен к ПС 5. При необходимости ручного введения в грунт диэлектрик 1 и электрод сравнения 2 могут быть, например, размещены в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9, которая имеет рукоятки 10. При размещении заявляемого устройства в траншее при укладке ПС заостренный наконечник 11 и металлическая штанга 9 с рукоятками 10 могут отсутствовать. В случае необходимости ограничения тока в электрическую цепь наводораживания последовательно с электродом сравнения 2 может быть включен резистор, который может быть переменным (на фиг.1 не показан). При установке резистора в цепь переключателя 4 он позволяет с помощью вольтметра 3 контролировать ток наводораживания. Во всех вариантах устройства соединительные контакты всех электрических цепей загерметизированы. В устройстве по первому, второму и третьему вариантам вспомогательный электрод 6(8) диэлектрик 1, электрод сравнения 2 предпочтительно разместить в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9.The device according to the first embodiment (figure 1) also contains a
Устройство по второму варианту (фиг.2) помимо вышеуказанных диэлектрика 1, электрода сравнения 2 и измерительного устройства 3 содержит вспомогательный электрод, выполненный из электрохимически активного металла, например из нелегированной стали, и элемент сопротивления 7. Электрод сравнения 2 и вспомогательный электрод 6 электрически соединены через элемент сопротивления 7. В устройстве по второму варианту заостренный наконечник 11 и штанга 9 могут выполнять функцию вспомогательного электрода 6. В предпочтительной реализации устройства по второму варианту вспомогательный электрод 6 может быть подсоединен к одному из контактов дополнительно введенного переключателя 4, другой контакт которого подключен к ПС 5.The device according to the second embodiment (figure 2) in addition to the
Устройство по третьему варианту (фиг.3) в отличие от устройства по второму варианту содержит вспомогательный электрод 8, выполненный также как и электрод сравнения 2 из электрохимически инертного металла, например из пористой нержавеющей стали. В устройстве по третьему варианту диэлектрик 1, электрод сравнения 2 и вспомогательный электрод 8 могут быть также размещены в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9 с рукоятками 10. Предпочтительно в цепь соединения вспомогательного электрода 8 и ПС 5 включить балластный резистор, который может быть переменным.The device according to the third embodiment (Fig. 3), in contrast to the device according to the second embodiment, contains an
Каждый из вариантов устройства реализует способ измерения поляризационного потенциала. Способ измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений основан на установке в грунт устройства измерения (его вариантов) поляризационного потенциала, выполненного с электродом сравнения, подключении устройства к подземному металлическому сооружению и определении поляризационного потенциала. При этом перед началом измерений создают электрическую цепь для наводораживания электрода сравнения. Наводораживание осуществляют путем обеспечения насыщения электрода сравнения и прилегающего грунта водородом до установления на электроде сравнения постоянного стационарного значения потенциала.Each device variant implements a method for measuring the polarization potential. The method for measuring the polarization potential of underground metal structures is based on installing a polarization potential measuring device (its variants) in the soil made with a reference electrode, connecting the device to an underground metal structure and determining the polarization potential. In this case, before starting the measurements, an electric circuit is created for the hydrogenation of the reference electrode. Encoding is carried out by saturating the reference electrode and adjacent soil with hydrogen until a constant stationary potential value is established on the reference electrode.
Заявляемый способ и устройство (его варианты) реализуются и работают следующим образом. При установке в грунт устройства по первому варианту (фиг.1) и замыкании переключателя 4 создается электрическая цепь для наводораживания электрода сравнения: грунт - электрод сравнения 2 - переключатель 4 - ПС 5 - грунт. В случае идеальной изоляции металлического подземного сооружения электрическая цепь включает в себя станцию катодной защиты (СКЗ) подземного сооружения, его заземление и грунт. Под действием возникшего тока на электроде сравнения 2 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта и одновременно обратная реакция окисления молекул водорода до ионов водорода. При этом потенциал электрода сравнения 2 начинает смещаться в отрицательную сторону до тех пор, пока не достигнет стационарного (стабильного) состояния, когда можно считать, что потоки восстановления, окисления и диффузии водорода примерно равны. Величина установившегося постоянного стационарного значения потенциала с точки зрения измерений потенциала поляризации несущественно зависит от плотности тока на электроде сравнения 2. Для большинства случаев при допускаемых потенциалах трубопровода, удельных сопротивлениях, кислотности и засоленности грунтов, установленных в соответствии с ГОСТ Р 9602-2005 (М. Стандартинформ, 2006 г.) для типовых грунтов пролегания трубопроводов (глинистых, песчаных, торфяных и т.д), плотность тока может меняться в пределах двух порядков. Однако при этом смещение установившегося значения стационарного потенциала электрода сравнения 2 не превышает ±0.05 В и составляет в среднем 0.240 В относительно стандартного водородного электрода. При необходимости стабильность потенциала электрода сравнения 2 может быть повышена до ±0.005 В путем уменьшения диапазона изменения плотности тока наводораживания введением в цепь наводораживания резистора (на фиг.1 не показан), ограничивающего величину тока. Кроме того, включение резистора последовательно с переключателем 4 позволяет контролировать величину плотности тока поляризации с помощью вольтметра 3 для дополнительного снижения нестабильности потенциала электрода сравнения 2.The inventive method and device (its variants) are implemented and work as follows. When installed in the soil of the device according to the first embodiment (Fig. 1) and the closure of
При установке в грунт устройства по второму варианту (фиг.2) в электрической цепи наводораживания: грунт - электрод сравнения 2 - элемент сопротивления 7 (резистор) - вспомогательный электрод 6 - грунт возникает ток, под действием которого на электроде сравнения 2 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта, и в отличие от первого варианта устройства на вспомогательном электроде 6 протекает реакция окисления электроактивного металла вспомогательного электрода 6. Благодаря наличию вспомогательного электрода 6 и резистору 7 во втором варианте заявляемого устройства плотность тока наводораживания в отличие от устройства по первому варианту меняется в узком интервале. При этом нестабильность потенциала электрода сравнения 2 составляет порядка ±0.005 В. Переключатель 4 предназначен для подключения вспомогательного электрода 6 к ПС 5 в интервалах между измерениями, что позволяет увеличить срок службы устройства за счет его катодной защиты.When installing the device according to the second embodiment (FIG. 2) into the soil in an electric hydrogenation circuit: soil - reference electrode 2 - resistance element 7 (resistor) - auxiliary electrode 6 - soil, a current arises under the influence of which a direct reduction reaction occurs hydrogen from soil moisture, and in contrast to the first embodiment of the device, an oxidation reaction of the electroactive metal of the
При установке в грунт устройства по третьему варианту (фиг.3) в электрической цепи наводораживания: грунт - вспомогательный электрод 8-ПС 5-СКЗ - грунт возникает ток, под действием которого на вспомогательном электроде 8 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта. Выделяемый водород перенасыщает поры вспомогательного электрода 8 и прилегающую влагу и затем насыщает поры электрода сравнения 2. При этом плотность тока наводораживания, интенсивность выделения водорода и соответственно нестабильность потенциала электрода сравнения 2 изменяется в меньшей степени, чем в первом варианте устройства. При необходимости стабильность потенциала электрода сравнения 2 может быть повышена путем уменьшения диапазона изменения плотности тока наводораживания ведением в цепь наводораживания балластного резистора 12, ограничивающего величину тока.When installing the device in the soil according to the third embodiment (Fig. 3) in an electric hydrogenation circuit: soil - an auxiliary electrode 8-PS 5-SKZ - soil, a current arises under the influence of which a direct reaction of hydrogen reduction from soil moisture proceeds on
Устройство и его варианты могут эксплуатироваться в мобильном (переносном) и стационарном режимах. В процессе работы электрод сравнения 2 устройства (его вариантов) заглублен в грунт вблизи контрольно-измерительного пункта (КИП), например, до глубины укладки ПС 5, при помощи металлической штанги 9 с рукоятками 10. В мобильном режиме штанга 9 с наконечником 11 и электродом 2 извлекаются после завершения измерений, а в стационарном режиме устройство остается в грунте длительное время, а его контакт(ы) подключаются к контактам КИП. В целях более экономичного использования устройства (его вариантов) при стационарных режимах работы металлическая штанга 9 после установки может быть механически отсоединена от заостренного наконечника 11 с электродом 2 и извлечена из грунта. После этого необходимо контакт(ы) электрода сравнения 2 подключить к КИП. Таким образом, во всех случаях работы электрод сравнения 2 всегда устанавливается вблизи КИП и независимо от режима эксплуатации принцип работы всех вариантов устройств практически одинаков.The device and its variants can be operated in mobile (portable) and stationary modes. In the process, the
По первому варианту (фиг.1) в мобильном режиме электрод сравнения 2 через переключатель 4 подключают к ПС 5 и к одному из контактов измерительного устройства 3, другой контакт которого также подключают к ПС 5. Замыкают переключатель 4 на время (например, 1-5 мин), необходимое для установления на электроде стационарного значения потенциала, что свидетельствует о достаточной степени наводораживания электрода 2. Затем размыкают переключатель 4 и снимают показание вольтметра 3.According to the first option (Fig. 1) in the mobile mode, the
При работе с устройством по второму варианту (фиг.2), аналогично работе устройства по первому варианту один конец вольтметра 3 подключают к электроду сравнения 2, а второй - к ПС 5. В мобильном и стационарном режимах переключатель 4 должен быть разомкнут. После установления постоянного стационарного значения потенциала на электроде сравнения 2, установленного в грунт, снимают показание вольтметра 3. Время измерения не ограничено. Для увеличения срока службы устройства при его многолетней эксплуатации переключатель 4 в паузах между измерениями может быть замкнут.When working with the device according to the second embodiment (figure 2), similarly to the operation of the device according to the first embodiment, one end of the
При работе с устройством по третьему варианту (фиг.3), аналогично работе устройств по первому и второму вариантам один контакт вольтметра 3 подключают к электроду сравнения 2, второй к ПС 5, к которому также подключают вспомогательный электрод 8. Через 1-5 мин (время установления постоянного стационарного значения потенциала) после установки устройства в грунт снимают показание вольтметра 3. Время измерения не ограничено. Целесообразно для увеличения надежности и точности измерений в электрическую цепь вспомогательного электрода 8 включить балластный резистор 12, который может быть переменным.When working with the device according to the third embodiment (Fig. 3), similarly to the operation of the devices according to the first and second variants, one contact of the
Практическая реализация способа и устройства иллюстрируется следующими примерами.The practical implementation of the method and device is illustrated by the following examples.
Пример 1. В соответствии с ГОСТ Р 9.602-2005 (М. Стандартинформ, 2006 г.) на расстоянии 0,5 метров от КИП газопровода был установлен на расчищенный грунт (удален верхний слой, 5-10 см) стандартный электрод сравнения типа ЭНЕС-1, используемый в прототипе, между выводом которого и выводом трубы на КИП был подключен образцовый вольтметр. С противоположной стороны КИП (симметрично) на таком же расстоянии от трубы, на такую же глубину были установлены три устройства по соответствующим трем вариантам заявляемого устройства. Поляризационный потенциал газопровода варьировался от 0.9 до 3 вольт относительно электрода сравнения прототипа путем регулирования выходного напряжения станции катодной защиты (СКЗ). Измерения поляризационного потенциала относительно электрода сравнения прототипа (Еэ) и заявляемых устройств (Еу) проводились в соответствии с ГОСТ через 5 минут после установки их в грунт. При этом выбирали КИП, расположенные на типовых характерных грунтах: глине, песке и болоте. В качестве измерительного устройства 3 (фиг.1-3) использовался мультиметр MY60 с входным сопротивлением 10 мОм. При измерениях с помощью заявленных устройств по варианту 1 (фиг.1) и 2 (фиг.2) переключатель 4 разомкнут.Example 1. In accordance with GOST R 9.602-2005 (M. Standartinform, 2006), at a distance of 0.5 meters from the instrumentation of the gas pipeline, a standard reference electrode of the ENES type was installed on the cleared soil (the top layer was removed, 5-10 cm) 1, used in the prototype, between the output of which and the output of the pipe to the instrumentation was connected exemplary voltmeter. On the opposite side of the instrumentation (symmetrically) at the same distance from the pipe, three devices were installed at the same depth according to the three options of the claimed device. The polarization potential of the gas pipeline ranged from 0.9 to 3 volts relative to the reference electrode of the prototype by adjusting the output voltage of the cathodic protection station (SCZ). Measurement of the polarization potential relative to the reference electrode of the prototype (EE) and the inventive devices (EU) were carried out in accordance with
Результаты измерений и статистической обработки полученных данных приведены в таблице 1.The results of measurements and statistical processing of the obtained data are shown in table 1.
Константа приведения измеряемых величин поляризационного потенциала с помощью медно-сульфатного электрода (типа ЭНЕС-1) и электрода сравнения в заявляемых устройствах, установленная из справочных материалов, равная 0,580, вычиталась из измеряемых значений потенциалов контролируемой трубы с помощью заявляемых устройств для приведения их к одной шкале. В последней строке таблицы приведены максимальные значения отклонений разности потенциалов Δ=Еэ-Еу, находящиеся в пределах опытной ошибки. Их величины настолько незначительны, что ими можно пренебречь. Из таблицы 1 следует, что во всех рассматриваемых случаях предлагаемое устройство сохраняет работоспособность.The constant for bringing the measured values of the polarization potential with the help of a copper sulfate electrode (type ENES-1) and a reference electrode in the inventive devices, established from reference materials equal to 0.580, was subtracted from the measured potential values of the controlled pipe using the inventive devices to bring them to one scale . The last row of the table shows the maximum values of the deviations of the potential difference Δ = Ee-Eu, which are within the experimental error. Their values are so insignificant that they can be neglected. From table 1 it follows that in all cases considered, the proposed device remains operational.
Пример 2. Проверка точности (стабильности).Example 2. Verification of accuracy (stability).
Испытания проводились в лабораторных условиях. В ванну с сухим песком с влажностью 10% (на расстоянии друг от друга 20 см были установлены на глубину 5 см электрод сравнения, используемый в прототипе, и заявляемое устройство по варианту 2 без переключателя 4. Собственные потенциалы сравниваемых электродов измерялись ежемесячно относительно образцового ЭНЕС-1, установленного между испытуемыми электродами с помощью вольтметра 3 в течение 14 месяцев. Влажность на уровне 10% поддерживалась путем укрывания ванны с электродами полиэтиленом и добавлением влаги при необходимости. Влажность контролировалась по изменению веса отобранного из ванны песка до и после высушивания. В течение 14 месяцев испытуемые электроды находились в одном и том же положении, а образцовый ЭНЕС-1 устанавливался в ванну только на время измерений (до 1-й мин) один раз в месяц. Кроме того, он хранился по инструкции в условиях, исключающих вытекание из него электролита.The tests were carried out in laboratory conditions. In the dry sand bath with a moisture content of 10% (at a distance of 20 cm from each other, a reference electrode used in the prototype and the inventive device according to
Из результатов обработки данных, приведенных в таблице 2, следует, что через 2 месяца погрешность (нестабильность) потенциала испытуемого электрода сравнения прототипа (Е1э) начинает падать и через 4 месяца достигает почти 0,300, что делает его непригодным для измерений. В тех же условиях погрешность потенциала электрода сравнения заявляемых устройств (E1y) остается в пределах опытной ошибки, не зависит от времени и носит стационарный (случайный) характер, что говорит о его более высокой временной стабильности (точности).From the data processing results shown in table 2, it follows that after 2 months the error (instability) of the potential of the tested prototype reference electrode (E1e) begins to fall and after 4 months reaches almost 0.300, which makes it unsuitable for measurements. Under the same conditions, the error in the potential of the comparison electrode of the claimed devices (E1y) remains within the experimental error, does not depend on time and is stationary (random) in nature, which indicates its higher temporal stability (accuracy).
При этом во всем диапазоне временного интервала измерений 14 месяцев потенциал электрода сравнения заявляемого устройства принимает значения:Moreover, in the entire range of the measurement time interval of 14 months, the potential of the comparison electrode of the claimed device takes on the following values:
Еу=Еср±σ=-0,581±0,002,Eu = Esr ± σ = -0.581 ± 0.002,
где Еср - среднее значение потенциала электрода сравнения заявляемого устройства, σ - средне квадратичное отклонение.where Esr is the average value of the potential of the comparison electrode of the claimed device, σ is the standard deviation.
Заметим, что через 14 месяцев заявляемое устройство было извлечено из грунта, очищено от грунта и ржавчины и взвешено. Разность между первоначальным и конечным весом составляла 2,5%, что позволяет прогнозировать срок безотказной работы порядка десятилетий.Note that after 14 months the inventive device was removed from the ground, cleaned of soil and rust and weighed. The difference between the initial and final weight was 2.5%, which allows us to predict the uptime of about decades.
Приведенные примеры практической реализации заявляемых способа и устройства (его вариантов) показывают, что их использование позволит повысить точность измерений, за счет исключения погрешностей измерений, которые возникают вследствие естественной убыли электролита.The examples of practical implementation of the proposed method and device (its variants) show that their use will improve the accuracy of measurements, by eliminating measurement errors that arise due to the natural loss of electrolyte.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105335/02A RU2376401C2 (en) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105335/02A RU2376401C2 (en) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008105335A RU2008105335A (en) | 2009-08-20 |
| RU2376401C2 true RU2376401C2 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41150690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008105335/02A RU2376401C2 (en) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2376401C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499270C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Method to measure polarisation potential of underground metal structure |
| RU175969U1 (en) * | 2017-04-03 | 2017-12-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Portable device for determining the location of an oil product leak in an underground pipeline using various metal probes |
| RU2747444C1 (en) * | 2020-01-06 | 2021-05-05 | Общество с ограниченной ответственностью «КБ СпецПроект» | Method for measurement of polarizing potential of metal underground structure |
-
2008
- 2008-02-12 RU RU2008105335/02A patent/RU2376401C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499270C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Method to measure polarisation potential of underground metal structure |
| RU175969U1 (en) * | 2017-04-03 | 2017-12-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Portable device for determining the location of an oil product leak in an underground pipeline using various metal probes |
| RU2747444C1 (en) * | 2020-01-06 | 2021-05-05 | Общество с ограниченной ответственностью «КБ СпецПроект» | Method for measurement of polarizing potential of metal underground structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008105335A (en) | 2009-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Angst et al. | On the applicability of the Stern–Geary relationship to determine instantaneous corrosion rates in macro‐cell corrosion | |
| Miles et al. | The oxygen evolution reaction on platinum, iridium, ruthenium and their alloys at 80 C in acid solutions | |
| Cheng et al. | Mechanism for hydrogen evolution reaction on pipeline steel in near-neutral pH solution | |
| US2898282A (en) | Electrolytic oxygen analysis | |
| Omosebi et al. | Continuous operation of membrane capacitive deionization cells assembled with dissimilar potential of zero charge electrode pairs | |
| KR100592553B1 (en) | Corrosion monitoring sensor of reinforced steel embedded in concrete | |
| CA1039810A (en) | Dissolved oxygen probe | |
| US1001589A (en) | Electrolytic cell. | |
| EP3101411A1 (en) | Permanent reference eletrode for the potential measurement of buried metallic structures | |
| CN103424313B (en) | In-situ tensile and hydrogen content monitoring device, and method for monitoring content of hydrogen by using same | |
| CN102565157B (en) | Electrochemical half cell, electrochemical sensor and method for measuring at least one measured variable of a measured medium with an electrochemical sensor | |
| RU2376401C2 (en) | Method of measurement of polarisation potential of underground metallic structure and device for its implementation | |
| US20150198518A1 (en) | Cathodic protection reference cell article and method | |
| Murray et al. | Utilization of the specific pseudocapacitance for determination of the area of corroding steel surfaces | |
| JP5571711B2 (en) | Corrosion sensor | |
| WO2004063737A1 (en) | Corrosion/anticorrosion state evaluation method, potential measuring instrument, and reference electrode | |
| RU152911U1 (en) | TWO CHAMBER COPPER-SULPHATE COMPARISON NON-POLARIZING ELECTRODE | |
| RU2307338C1 (en) | Electrode | |
| Ferraris et al. | Measuring system for enhanced cathodic corrosion protection | |
| RU2471171C1 (en) | Evaluation device of protection against corrosion as to value of deflection from natural potential | |
| KR100955629B1 (en) | Standard electrode subsidiary apparatus | |
| O'Halloran et al. | AC and DC cyclic voltammetry of Mn (II) at mercury with applications to anodic stripping analysis | |
| US3471394A (en) | Salt bridge reference electrode | |
| JP4099444B2 (en) | Electrical conductivity measurement device over time | |
| RU167867U1 (en) | COMPARISON ELECTRODE NON-POLARIZING |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190213 |