RU2677U1 - Анодное заземление - Google Patents

Description

Аводвое зазавшевве

Полезная модель относится к электротехнике и может бБ1ть использована в системах катодной защиты магистральных нефтеи газопроводов от подземной коррозии.

Известно анодное заземление для устройства катодной защиты от коррозии подземных протяженных металлических сооружений, содержащее магистральный проводник и электроды из малораствориморо полимерного материала с константными элекрическими характеристиками (Р.Ж. Коррозия и згицита от коррозии N 5, 1978, с. 12), Однако, применение короткомерных электродов (1-3 м), являющихся точечными источниксши тока, приводит к наличию большого (до несколько сот) количества узлов соединений, что резко снижает надежность анодного заземления в целом.

Прототипом полезной модели является анодное заземление систем катодной защиты металлических сооружений от подземной коррозии, содержащее магистральный проводник и электропроводящую полимерную оболочку (патент РФ N 951885, 1993 г.). Однако данное анодное заземление обладает низкой степенью надежности вследствие многослойности оболочки и наличия адгезионного слоя, нанесенного по всей поверхности магистрального проводника.

Помимо этого анодное заземление по прототипу обладает низким значением предельно допустимого значения анодного тока, повышение которого приводит к разогреву оболочки и образованию высокоомной оксидной пленки на границах раздела магистральный проводник -адгезионный слой, адгезионный слойнепрерывная гибкая оболочка.

Следствием этого является низкая надежность работы анодного заземлителя, его недолговечность.

Технической задачей, решаемой полезной моделью, является повБшение надежности работы анодного заземления

путем снижения электрического сопротивления оболочки и повышения предельно допустимого значения анодного тока при одновременном сохранении высокой эластичности анодного заземления.

Эта задача решается за счет того, что в анодном заземлении систем катодной защиты металлических сооружений от подземной коррозии, содержащем магистральнБш проводник и электропроводящую полимерную оболочку, указанный магистральный проводник непосредственно контактирует с электропроводящей полимерной оболочкой, выполненной из полимерного связующего и металлооксидуглеродного наполнителя.

В частном исполнении анодного заземления в качестве металлооксидуглеродного наполнителя используются углеродсодержащие отходы металлургических производств.

На фиг. 1 представлены кривые зависимости токпотенциал для анодного заземления, изготовленного с различнБ1ми полимерными оболочксши, на фиг. 2 показан поперечный разрез предлагаемого анодного заземления.

Электропроводящая полимерная оболочка представляет собой композиционный материал на основе полимерного связующего и металлооксидуглеродного наполнителя и получается традиционным способом на традиционном смесительном оборудовании, при следующем содержании компонентов, масс.%:

полимерное связующее - 46-68

металлооксидуглероднБШ

наполнитель- 32-54

Металлооксидуглероднвга наполнитель получают из смеси графитосодержащих отходов металлургических производств: чугуного скрапа, доменного шлака, графита и газовой пыли металлургических заводов, путем их смешения, измельчения и магнитной сепарации, при этом содержание оксидов металлов в металлооксидуглеродном наполнителе следующее:

оксиды железа - 30-79%

оксиды Mg,Cu,Mn,Al,Su,

Pb,Ca,K,Si и др. - 1-4% углерод- 20-66%.

Мефаллоксидная и углеродная сосо авляющие в мефаллооксидуглеродном наполнителе органически связаны между собой, при этом углеродная составляющая обеспечивает адсорбцию макромолекул полимера на своей поверхности, тем сгшым обуславливая прочиую токопроводную структуру эластомерной матрицы за счет электронной проводимости.

В свою очередь, металлооксидная составляющая за счет ионной проводимости обеспечивает возможность повышения предельно допустимого значения анодного тока. Помимо этого, магнитные моменты доменов металлооксидуглеродного наполнителя за счет ориентационного эффекта магнитных полей, возникающих при прохождении электрического тока через электрод, меняют кинетику электрохимического растворения оболочки, тем самым также повышая предельно допустимые значения анодного тока при одновременном сохранении эластичности.

Этот эффект не является аддитивным и очевидным по следующим причинам:

1.Металлы и металлооксиды адсорбционно не воздействуют с эластомерной матрицей и при низких (до 50 масс %) степенях наполнения не обеспечивают высокой электропроводности полимерной композиции. При степени наполнения полимеров металлическими порошками более 70 масс % происходит обргицение фаз и материгш становится электропроводным, однако теряет свою эластичность, гибкость и начинает быстро растворяться в почвенных элекролитах.

2.При высоких степенях наполнения металлом (более

70 масс %), резко возрастают окислительные процессы в полимерах, материал начинает рассыпаться, следствием чего является быстрый выход оболочки из строя. Срок службы такого анодного заземления определяется сроком электрохимического растворения металла и скоростью окисления полимера.

3. Высоконаполненные металлом полимерные компознцнн не могут перерабатываться в нзделня (анодное заземленне) по траднцнонной технологнн, на траднцнонном оборудовании и требуют разработки нового оборудования и новых технологий.

Иллюстрацией вышеизложеиного служат данные таблиц 1-3, в которых показана зависимость удельного электросопротивления и эластичности оболочки от содержания металлооксидуглеродного наполнителя и полимерного связующего.

В свою очередь, нспользование только углеродной составляющей не обеспечивает высокой плотности анодного тока и электропроводности, а это ие дает возможности их использования в грунтах с высоким удельным сопротивлением.

Совместное, органически не связанное, использование металлов или их оксидов с электропроводящим техническим углеродом также не обеспечивает необходимого комплекса электротехнических свойств оболочки по следующим причинам.

1.Являясь жестко не связанными, вследствие отсутствия адсорбционного взаимодействия с эластомером, они выполняют роль плавающих мостиков между токопроводными углеродными структурами, что приводит к местным перенапряжениям за счет высоких коитактных сопротивлений, следствием чего является быстрый выход анодного заземления из строя.

2.Введение металлов или их оксидов в эластомертехуглеродную матрицу резко снижает эластичность оболочки, требуя разработки новых полимерных технологий.

3.В жесткой эластомер-углеродной матрице резко снижается магнитная ориентация металлических наполнителей в магнитном поле, что приводит к увеличению анодной растворимости оболочки.

Результатом вышеизложеиного является снижение надежности работы анодного заземления и уменьшение срока его службы.

Как видно из таблиц 1-3, в выбранном диапазоне степеней наполнения полимерная оболочка, содержащая металлооксидуглеродный наполнитель, обеспечивает снижение удельного объеьшого электросопротивления по сравнению с

оболочкой, наполненной чистым железом и его оксидами на несколько порядков, при некотором увеличении эластичности (6-12 %),что дает возможность при одном слое оболочки использовать анодное заземление в грунтах с различной проводимостью, т.е. достигается дифференциация электросопротивления анодного заземления.

Одновременно происходит изменение хода поляризационных кривых (фиг. 1), что указывает на влияние типа наполнителя на кинетику электрохимических реакций анодного заземления.

Кривые, приведенные на фиг. 1, показывают зависимость ток-потенциал для анодного заземления, изготовленного с различныьш полимерными оболочками:

по прототипу:

1-54 масс % железа +46 масс % полимера;

2-54 масс % электропроводного тех. углерода П-367Э + 46 масс % полимера ;

3-54 масс % графита +46 масс % полимера;

4-54 масс % П-367Э и РеЮз по 50 %+ 46 масс % полимера;

по предлагаемому решению: 5-54 масс % П-3673 и металлооксидуглеродного

наполнителя по 50 % + 46 масс % полимера; 6-54 масс % металлооксидуглеродный наполнитель +46

масс % полимера.

Повышение плотности анодного тока при малых значениях электрического потенциала (0,1-1,0 В) для кривых 5, 6 прямо показывает на повышение анодного тока анодного заземления с предлагаемыми оболочксшн.

В таблице 4 приведены технические характеристики для анодного заземления с однослойной полимерной оболочкой, наполненной металлооксидуглеродным наполнителем и его комбинацией с 11-367Э, а также анодного заземления по прототипу.

Анодное заземление изготавливают по традиционной кабельной технологии путем наложения на магистральный

-7

У ,1/ЛУ1 I

проводник 1 (см. фиг. 2), изготовлениый из меди, латунированной стали и т.д., полимерной электропроводящей оболочки 2 в один слой. Геометрические размеры анодного заземления (длина, диаметр) определяются геометрическими параметрами защищаемых метгшлических сооружений. Электрические параметры оболочки анодного заземления регулируются технологическими приемами.

Анализ данных табл. 4 показывает, что предлагаемое анодное заземление обеспечивает, по сравнению с прототипом, снижение удельного объемного электросопротивления в среднем в два раза, повышение эластичности на 20-30 % и увеличение токовой нагрузки в 10-15 раз.

В таблице 5 приведены примеры сочетаний в полимерной оболочке технического углерода и металлооксидуглеродного наполнителя и характеристики осиовных параметров получаемых анодных заземлений при девяти вариантах процентных содержаний этих компонентов:0, 15, 20, 25, 50, 75, 80, 85, 100 %.

Из данных табл. 5 видно, что при общем содержании комбинации технического углерода и металлооксидуглеродного наполнителя менее 32 масс %, имеет место низкая электропроводность композиции и низкое значение допустимой токовой нагрузки.

При степени наполнения 32 масс % начинает образовываться токопроводная структура в полимерной матрице за счет образования цепочечных структур технического углерода и резко снижается удельное объемное электросопротивление оболочки. Однако только чистый технический углерод, без металлооксидуглеродного наполнителя, не обеспечивает допустимой токовой нагрузки для анодного заземления.

С повышением общей степени наполнения оболочки, влияние соотношения компонентов на комплекс электрофизических свойств заземления нивелируется, поскольку в этой области начинает в большей степени проявляться эффект самостоятельного действия наполнителей. Значение соотношения

компонентов начинает также проявляться прн верхнем критическом (заявляемом) пределе наполнения 54 масс %, где при степени наполнения чистым техническим углеродом имеет место предельно допустимое значение токовой нагрузки 0,5 Л, а при наполнении чистым металлооксидуглеродным наполнителем (54 масс %) при высоких токовых нагрузках резко возрастает скорость анодного растворения анодного заземления с 0,3 до 0,5 кг/А,год.

При увеличении содержания наполнителя более 54 масс % растет скорость анодного растворения оболочки, что также делает неприемлемым использование такого материала для получения долговечного анодного заземления.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемое техническое решение приводит к повышению надежности эксплуатации анодного заземления, снижению трудозатрат при его изготовлении.

В целом это позволит увеличить срок службы анодного заземления на 50 % по сравнению с прототипом.

Одновременно решается актуальная задача по улучшению экологической ситуации в регионах, поскольку полимерн 1я оболочка анодного заземления содержит отходы металлургических производств.

Зам.Генерального директора

Н.А.Стефова

Claims (2)

1. Анодное заземление систем катодной защиты металлических сооружений от подземной коррозии, содержащее магистральный проводник и электропроводящую полимерную облочку, отличающееся тем, что магистральный проводник непосредственно контактирует с электропроводящей полимерной оболочкой, выполненной из полимерного связующего и металлооксидуглеродного наполнителя.

2. Заземление по п. 1, отличающееся тем, что в качестве металлооксидуглеродного наполнителя используются углеродсодержащие отходы металлургических производств.