RU2748188C1

RU2748188C1 - Device of electrochemical protection of steel pipelines from corrosion

Info

Publication number: RU2748188C1
Application number: RU2020135629A
Authority: RU
Inventors: Антон Геннадьевич Бурбулис
Original assignee: Антон Геннадьевич Бурбулис
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2022093074A1

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the protection of objects from corrosion, namely to devices for electrochemical tread protection of oil and gas pipelines – field, well, main pipelines, pipelines of oil refineries, water pipelines, etc. The device contains flanged insert 1 installed in pipeline 2, tribogenerator 3, the working elements of which are made in the form of replaceable cartridges, each of which is disk 4 with holes 5, between which rods 6 are located at opposite ends of the disk. Aluminum current collector 7 is installed at the end of the flanged insert, while the cartridges are connected to each other and to the flanged insert by aluminum wire 8, and the current collector is connected by aluminum wire 9 with aluminum tread element 10 sunk into the ground.

EFFECT: use of the proposed device makes it possible to reduce the corrosion rate of the pipeline by 70-80%, which increases the duration of the inter-repair period of the pipeline and, accordingly, reduces operating costs.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к защите объектов от коррозии, а именно: к устройствам электрохимической защиты стальных нефтепроводов и газопроводов - промысловых, скважинных, магистральных, трубопроводов нефтеперерабатывающих заводов, водопроводов и т.п.The invention relates to the protection of objects from corrosion, namely: to devices for electrochemical protection of steel oil pipelines and gas pipelines - field, borehole, trunk pipelines, oil refineries, water pipelines, etc.

При транспортировке перекачиваемой среды по стальному трубопроводу происходят процессы как химической, так и электрохимической коррозии, вызывая различные виды коррозионного повреждения металла, такие как межкристаллитная коррозия, питтинговая коррозия, структурно-избирательная, подповерхностная, язвенная и т.д., что является основной причиной разгерметизации трубопроводов.When the pumped medium is transported through a steel pipeline, both chemical and electrochemical corrosion processes occur, causing various types of corrosion damage to the metal, such as intergranular corrosion, pitting corrosion, structural selective, subsurface, pitting, etc., which is the main reason for depressurization. pipelines.

Известен гальванический способ и электрохимическое устройство защиты стальных трубопроводов от коррозии, согласно которому защищаемая конструкция контактирует с протекторной пластиной, изготовленной из металла, имеющего меньший, чем у него стандартный электрохимический потенциал, например, никель, цинк, алюминий и их сплавы.A galvanic method and an electrochemical device for protecting steel pipelines from corrosion are known, according to which the protected structure is in contact with a tread plate made of a metal having a lower than its standard electrochemical potential, for example, nickel, zinc, aluminum and their alloys.

(см. Краткая химическая энциклопедия. Статья «Защита металлов электрохимическая - протекторная система катодной защиты» М., Изд-во «Советская энциклопедия»,», 1967 г. т. II, с. 87).(see. Brief chemical encyclopedia. Article "Electrochemical protection of metals - protective system of cathodic protection" M., Publishing house "Soviet encyclopedia", "1967, vol. II, p. 87).

Функцию анода в данном устройстве выполняют оба металла, при этом электрохимическое растворение металла протекторной пластины обеспечивает протекание через защищаемую конструкцию необходимого минимума катодного тока. К недостаткам этого устройства относится быстрое разрушение пластины.The function of the anode in this device is performed by both metals, while the electrochemical dissolution of the metal of the protector plate ensures that the required minimum of the cathodic current flows through the protected structure. The disadvantages of this device include the rapid destruction of the plate.

Известно, также, устройство электрохимической защиты стальных трубопроводов от коррозии, характеризуемое подводом к металлу трубопровода отрицательных электрических зарядов от источника постоянного тока, с возможностью измерения напряжения между металлом трубопровода и Землей.It is also known a device for electrochemical protection of steel pipelines against corrosion, characterized by the supply of negative electric charges to the metal of the pipeline from a direct current source, with the possibility of measuring the voltage between the metal of the pipeline and the Earth.

(см. Краткая химическая энциклопедия. Статья «Защита металлов электрохимическая - катодная защита с наложенным током» М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1967 г. т. II, с. 86)(see Brief chemical encyclopedia. Article "Electrochemical protection of metals - cathodic protection with superimposed current" M., Publishing house "Soviet Encyclopedia", 1967, vol. II, p. 86)

При наложении катодного тока с помощью катодной станции, за счет смещения естественного коррозийного потенциала металла трубопровода в отрицательную сторону, скорость окисления и растворения металла, из которого изготовлен трубопровод, уменьшается.When the cathodic current is applied using the cathode station, due to the displacement of the natural corrosion potential of the pipeline metal in the negative direction, the rate of oxidation and dissolution of the metal from which the pipeline is made decreases.

Ограничением применения этого устройства является необходимость подведения внешнего источника питания и постоянного контроля за величиной подаваемого тока.The limitation of the use of this device is the need to supply an external power source and constant control over the amount of the supplied current.

Этот недостаток преодолен в известном устройстве электрохимической защиты стальных трубопроводов от коррозии, содержащем фланцевую вставку, внутри которой установлен трибоэлектрический генератор, рабочие элементы которого выполнены в виде соединенных между собой перфорированных алюминиевых дисков, установленных внутри трубопровода с возможностью электрического контакта со стенкой трубопровода, и углубленный в грунт протекторный элемент.This drawback is overcome in the known device for electrochemical protection of steel pipelines from corrosion, containing a flange insert, inside which a triboelectric generator is installed, the working elements of which are made in the form of interconnected perforated aluminum disks installed inside the pipeline with the possibility of electrical contact with the pipeline wall, and deepened into soil tread element.

(см. Патент ЕА №031694, МПК C23F 13/02, 2018)(see Patent EA No. 031694, IPC C23F 13/02, 2018)

Указанное устройство по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предлагаемому техническому решению и, поэтому, принято в качестве его прототипа.The specified device in terms of the technical essence and the achieved result is the closest to the proposed technical solution and, therefore, is taken as its prototype.

Согласно известному изобретению устройство содержит автоматический выпрямитель с аналоговым управлением, электрически соединенный со стальной стенкой трубопровода и углубленным в грунт протекторным элементом. Трубопровод оснащен стальной фланцевой вставкой, в проточной части которой, установлен трибоэлектрический генератор (трибогенератор), в виде перфорированных дисков из алюминия Д16, имеющих жесткий контакт со стенкой вставки, а через нее электрический контакт со стенкой трубопровода. Благодаря этому осуществляется дополнительный подвод к стенкам трубопровода отрицательных электрических зарядов, вырабатываемых за счет трения прокачиваемого потока о стенки отверстий.According to the known invention, the device comprises an automatic rectifier with analog control, electrically connected to the steel wall of the pipeline and the tread element recessed into the ground. The pipeline is equipped with a steel flanged insert, in the flow part of which a triboelectric generator (tribogenerator) is installed, in the form of perforated disks made of D16 aluminum, which have rigid contact with the insert wall, and through it electrical contact with the pipeline wall. Due to this, an additional supply of negative electric charges generated by friction of the pumped flow against the walls of the holes is carried out to the walls of the pipeline.

Использование дополнительного источника постоянного тока в виде трибогенератора, позволяет сократить затраты энергии на эксплуатацию внешнего источника постоянного тока.The use of an additional direct current source in the form of a tribogenerator makes it possible to reduce energy costs for operating an external direct current source.

Однако это устройство обладает рядом недостатков, снижающих его эффективность. К их числу относиться низкая выработка статического электричества, а также быстрый износ рабочих элементов. Это требует внеочередных ремонтов, что усложняет эксплуатацию устройства.However, this device has a number of disadvantages that reduce its effectiveness. These include low generation of static electricity, as well as rapid wear of working elements. This requires extraordinary repairs, which complicates the operation of the device.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности устройства электрохимической защиты трубопроводов от коррозии.The technical result of the invention is to improve the efficiency of the device for electrochemical corrosion protection of pipelines.

Указанный технический результат достигается устройством электрохимической защиты стальных трубопроводов от коррозии, содержащем фланцевую вставку, внутри которой установлен трибоэлектрический генератор, рабочие элементы которого выполнены в виде соединенных между собой перфорированных алюминиевых дисков, установленных внутри трубопровода с возможностью электрического контакта со стенкой трубопровода, и углубленный в грунт протекторный элемент, при этом рабочие элементы выполнены в виде заменяемых картриджей, каждый из которых представляет из себя диск с отверстиями, между которыми на противоположных торцах диска расположены стержни, на торце фланцевой вставки установлен алюминиевый токоотвод, при этом рабочие элементы соединены между собой и с фланцевой вставкой алюминиевым проводом, а токоотвод соединен алюминиевым проводом с углубленным в грунт алюминиевым протекторным элементом.The specified technical result is achieved by a device for electrochemical protection of steel pipelines against corrosion, containing a flange insert, inside which a triboelectric generator is installed, the working elements of which are made in the form of interconnected perforated aluminum disks installed inside the pipeline with the possibility of electrical contact with the pipeline wall, and deepened into the ground a protector element, while the working elements are made in the form of replaceable cartridges, each of which is a disk with holes, between which rods are located on the opposite ends of the disk, an aluminum down conductor is installed at the end of the flange insert, while the working elements are connected to each other and to the flange an insert with an aluminum wire, and the down conductor is connected by an aluminum wire with an aluminum tread element recessed into the ground.

Увеличение эффективности устройства достигается за счет обеспечения возможности генерации электрических зарядов в количестве достаточном для защиты металла трубопровода от коррозии, без использования внешнего источника электропитания, при этом заземление рабочих элементов трибогенератора балансирует происходящие электрохимические процессы, что существенно замедляет процесс их разрушения, а их разветвленная поверхность обеспечивает максимальный фрикционный контакт с перекачиваемой средой. Эти положительные факторы являются неожиданным результатом использования предложенного технического решения.An increase in the efficiency of the device is achieved by providing the possibility of generating electric charges in an amount sufficient to protect the metal of the pipeline from corrosion, without using an external power source, while the grounding of the working elements of the tribogenerator balances the ongoing electrochemical processes, which significantly slows down the process of their destruction, and their branched surface provides maximum frictional contact with the pumped medium. These positive factors are an unexpected result of using the proposed technical solution.

Согласно изобретению, используют оборудование соответствующее ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения».According to the invention, equipment is used in accordance with GOST R 51164-98 “Steel main pipelines. General requirements for corrosion protection ”, GOST 9.602-2016“ Unified system of corrosion and aging protection ”.

На фиг. 1 представлена схема устройства электрохимической защиты трубопроводов от коррозии.FIG. 1 shows a diagram of a device for electrochemical corrosion protection of pipelines.

На фиг. 2 - заменяемый картридж трибогенератора.FIG. 2 - replaceable cartridge of the tribogenerator.

Устройство содержит (фиг. 1) фланцевую вставку 1, установленную в трубопроводе 2, трибогенератор 3, рабочие элементы (фиг. 2) которого выполнены в виде сменных картриджей, каждый из которых представляет из себя диск 4 с отверстиями 5, между которыми на противоположных торцах диска расположены стержни 6, на торце фланцевой вставки установлен алюминиевый токоотвод 7, при этом картриджи соединены между собой и с фланцевой вставкой алюминиевым проводом 8, а токоотвод, соединен алюминиевым проводом 9 с углубленным в грунт алюминиевым протекторным элементом 10.The device contains (Fig. 1) a flange insert 1 installed in the pipeline 2, a tribogenerator 3, the working elements (Fig. 2) of which are made in the form of replaceable cartridges, each of which is a disk 4 with holes 5, between which at opposite ends The disc has rods 6, an aluminum down conductor 7 is installed at the end of the flange insert, while the cartridges are connected to each other and to the flange insert by an aluminum wire 8, and the down conductor is connected by an aluminum wire 9 with an aluminum protector element 10 recessed into the ground.

При сборке устройства, трибогенератор 3, в виде соединенных между собой алюминиевым проводом 8 картриджей, таким же проводом подсоединяют к фланцевой вставке 1 и устанавливают в проточной части трубопровода, а затем заземляют, соединяя токоотвод 7 алюминиевым проводом 9 с углубленным в грунт протекторным элементом 10. Для трубопроводов, в полости которых производится очистка при помощи прогона поршней, устройство монтируется в лупинге. Использование нескольких точек трибоэлектрической генерации постоянного тока на одном участке эксплуатируемого трубопровода с возможностью заземления, создает максимальный уровень защиты металла трубопровода от коррозии.When assembling the device, the tribogenerator 3, in the form of cartridges connected to each other by an aluminum wire 8, is connected with the same wire to the flange insert 1 and installed in the flowing part of the pipeline, and then grounded, connecting the down conductor 7 with an aluminum wire 9 with a protector element 10 deepened into the ground. For pipelines in the cavity of which cleaning is carried out using a piston run, the device is mounted in a looping. The use of several points of triboelectric generation of direct current in one section of the operated pipeline with the possibility of grounding creates the maximum level of protection of the pipeline metal from corrosion.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При открытых задвижках (на чертеже не показаны) на трубопроводе 2 прокачиваемый поток (показан стрелкой) проходит по трубопроводу, внутри которого установлен трибогенератор 3, где электризуется за счет трения о разветвленную поверхность его рабочих элементов - отверстий 5 и стержней 6 на дисках 4, соединенных друг с другом при помощи многожильного алюминиевого провода 8. Получаемый при этом постоянный электрический ток, который возникает на рабочих элементах, по такому же проводу подается на фланцевую вставку 1, и используется для снижения разности потенциалов между стенками трубопровода и потоком перекачиваемой среды. Поскольку все детали трибогенератора изготовлены из алюминия, имеющего значение стандартного электродного потенциала меньшее, по сравнению с железом, из которого изготовлен трубопровод, электрохимическое растворение металла рабочих элементов трибогенератора обеспечивает протекание через стенки трубопровода необходимого количества катодного тока. За счет отведения избыточного потенциала, через токоотвод 7 на землю, путем присоединения его алюминиевым проводом 9 к углубленному в грунт алюминиевому протекторному элементу 10, поддерживают требуемое значение потенциалов, что существенно замедляет процесс их разрушения.With open valves (not shown in the drawing) on pipeline 2, the pumped flow (shown by an arrow) passes through the pipeline, inside which a tribogenerator 3 is installed, where it is electrified due to friction against the branched surface of its working elements - holes 5 and rods 6 on disks 4 connected with each other by means of a stranded aluminum wire 8. The resulting constant electric current, which occurs on the working elements, is fed through the same wire to the flange insert 1, and is used to reduce the potential difference between the pipeline walls and the flow of the pumped medium. Since all parts of the tribogenerator are made of aluminum, which has a lower standard electrode potential than the iron from which the pipeline is made, the electrochemical dissolution of the metal of the working elements of the tribogenerator ensures that the required amount of cathodic current flows through the walls of the pipeline. By diverting the excess potential through the down conductor 7 to the ground, by connecting it with an aluminum wire 9 to the aluminum tread element 10 recessed into the ground, the required value of the potentials is maintained, which significantly slows down the process of their destruction.

Использование предложенного устройства позволяет на 70-80% снизить скорость коррозии трубопроводов, что увеличивает срок межремонтного периода трубопроводов и, соответственно, сокращает эксплуатационные расходы.The use of the proposed device allows to reduce the corrosion rate of pipelines by 70-80%, which increases the turnaround time of pipelines and, accordingly, reduces operating costs.

Claims

A device for electrochemical protection of a steel pipeline from corrosion, containing a flange insert, inside which a triboelectric generator is installed, the working elements of which are made in the form of interconnected perforated aluminum disks installed inside the pipeline with the possibility of electrical contact with the pipeline wall, and a protector element recessed into the ground, characterized in that the working elements are made in the form of replaceable cartridges, each of which is a disk with holes, between which rods are located on the opposite ends of the disk, an aluminum down conductor is installed at the end of the flange insert, while the working elements are connected to each other and to the flange insert aluminum wire, and the down conductor is connected by an aluminum wire with an aluminum tread element recessed into the ground.