RU63808U1

RU63808U1 - SYSTEM OF ELECTROCHEMICAL PROTECTION OF REMOTE CORROSION AND ENVIRONMENTAL MONITORING

Info

Publication number: RU63808U1
Application number: RU2007103150/22U
Authority: RU
Inventors: Богдан Владимирович Будзуляк; Николай Георгиевич Петров; Виталий Алексеевич Нестеров; Владимир Валерьевич Жаров; Андрей Олегович Ивченков; Наталья Владимировна Попова
Original assignee: Ооо "Парсек"
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-06-10

Abstract

Полезная модель относится к электрохимической защите от коррозии, предназначена для оперативного контроля параметров электрохимической защиты и состояния окружающей среды, а также дистанционного управления работой устройств катодной защиты магистральных газо- и продуктопроводов. В основу полезной модели положена задача создания такой системы катодной защиты, коррозионного и экологического мониторинга, которая обеспечивала бы эффективную электрохимическую защиту магистральных подземных трубопроводов, удаленный контроль параметров окружающей среды, а также удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты по средствам сотовой и спутниковой связи. Поставленная задача достигается тем, что в систему коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных подземных трубопроводов, включающую в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок измерения параметров защиты, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, дополнительно введен блок экологического мониторинга, в состав которого входят датчики парниковых газов, датчики влажности, температуры и давления. Данная система обеспечивает эффективную и надежную электрохимическую защиту магистральных подземных газо- и продуктопроводов, удаленный контроль параметров окружающей среды, а также удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты по средствам сотовой и спутниковой связи. 1 илл.The utility model relates to electrochemical protection against corrosion; it is intended for the operational control of the parameters of electrochemical protection and the environment, as well as remote control of the cathodic protection of gas and product pipelines. The utility model is based on the task of creating such a system of cathodic protection, corrosion and environmental monitoring, which would provide effective electrochemical protection of underground pipelines, remote control of environmental parameters, as well as convenient and reliable remote control of electrochemical protection facilities by means of cellular and satellite communications. The task is achieved by the fact that in the system of corrosion monitoring and electrochemical protection of main underground pipelines, which includes two power supplies, a primary and a backup, an automatic reserve input unit, two cathodic protection units, a primary and a backup, deep anode grounding, joint protection unit, polarization potential sensors by the number of pipelines, corrosion rate sensors by the number of pipelines, hydrogen pick-up sensors by the number of pipelines, extended anode earths, located along each pipeline, comparison electrodes by the number of pipelines, a protection parameter measuring unit, a control and communication unit that processes information from the measurement unit, including a cellular communication modem, and transfers the processed information to a control center equipped with an automated workstation, an additional unit is introduced environmental monitoring, which includes greenhouse gas sensors, humidity, temperature and pressure sensors. This system provides effective and reliable electrochemical protection of trunk underground gas and product pipelines, remote control of environmental parameters, as well as convenient and reliable remote control of electrochemical protection facilities by means of cellular and satellite communications. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к электрохимической защите от коррозии, предназначена для оперативного контроля параметров электрохимической защиты и состояния окружающей среды, а также дистанционного управления работой устройств катодной защиты магистральных газо- и продуктопроводов.The utility model relates to electrochemical protection against corrosion; it is intended for the operational control of the parameters of electrochemical protection and the environment, as well as remote control of the cathodic protection of gas and product pipelines.

Известно устройство для катодной защиты металлических и/или металлосодержащих подземных сооружений от коррозии [Патент РФ №2051989, кл. C23F 13/02, 1996 год], содержащее автоматический входной выключатель, блок формирования управляющих импульсов, переключатель режима, инвертор, источник опорного напряжения, блок контроля и защиты, вспомогательный электрод, расположенный вблизи защищаемого подземного объекта и подсоединенный к блоку выделения контролируемого потенциала, который соединен с блоком формирования управляющих импульсов. Устройство также имеет электрод сравнения, блок сравнения, который соединен с переключателем режима защиты, блок контроля и защиты соединен с источником опорного напряжения и с автоматическим входным выключателем и/или с входами фазосдвигающего блока. При этом электрод сравнения и вспомогательный электрод расположены между защищаемым подземным сооружением и анодным заземлителем. Однако данное устройство недостаточно эффективно и не обеспечивает надежную защиту.A device is known for the cathodic protection of metal and / or metal-containing underground structures against corrosion [RF Patent No. 2051989, class. C23F 13/02, 1996], comprising an automatic input switch, a control pulse generating unit, a mode switch, an inverter, a reference voltage source, a monitoring and protection unit, an auxiliary electrode located near the protected underground object and connected to a controlled potential isolation unit, which connected to the control pulse generation unit. The device also has a comparison electrode, a comparison unit, which is connected to a protection mode switch, a control and protection unit is connected to a reference voltage source and to an automatic input switch and / or to the inputs of the phase-shifting unit. In this case, the reference electrode and the auxiliary electrode are located between the protected underground structure and the anode ground electrode. However, this device is not effective enough and does not provide reliable protection.

Известно устройство управления катодной станции [Патент РФ №2031978, кл. C23F 13/00, 1995 год], содержащее источник питания, синхронизатор, соединенные между собой последовательно генератор и блок смещения. Имеется магнитный дифференциальный элемент с пятью обмотками: обмотка считывания, обмотка смещения и выходные обмотки, подключенные к тиристорам катодной станции. Катодная станция содержит трансформатор и полууправляемый мостовой выпрямитель. Учитывая низкое входное сопротивление цепи трубопровод - заземлитель в цепи измерительной обмотки возможна установка фильтра с большим сопротивлением для переменной составляющей сигнала на выходе дифференциального магнитного элемента. Одновременно фильтр выполняет функции уменьшения пульсаций управляющего сигнала. Недостатком данного устройства является сложность управления объектами защиты.A control device for a cathode station is known [RF Patent No. 2031978, cl. C23F 13/00, 1995], comprising a power supply, a synchronizer, a generator and an offset unit connected in series. There is a magnetic differential element with five windings: a read winding, a bias winding and output windings connected to the thyristors of the cathode station. The cathode station contains a transformer and a semi-controlled bridge rectifier. Given the low input impedance of the pipeline - grounding circuit in the measuring winding circuit, it is possible to install a filter with high resistance for the variable signal component at the output of the differential magnetic element. At the same time, the filter performs the function of reducing ripple of the control signal. The disadvantage of this device is the difficulty of managing protection objects.

Наиболее близким техническим решением является система коррозионного мониторинга и электрохимической защиты [Патент РФ №59071, кл. C23F 13/22, 2006 год] включающая в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки The closest technical solution is a system of corrosion monitoring and electrochemical protection [RF Patent No. 59071, cl. C23F 13/22, 2006] comprising two power supplies, a primary and a backup, an automatic reserve input unit, two installations

катодной защиты, основную и резервную, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок коммутации и измерения параметров защиты, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, который посредством модема сотовой связи передает обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом.cathodic protection, primary and backup, deep anode grounding, joint protection unit, polarization potential sensors by the number of pipelines, corrosion rate sensors by the number of pipelines, hydrogenation sensors by the number of pipelines, extended anode earths located along each pipeline, comparison electrodes by the number of pipelines, a switching and measuring unit for protection parameters, a control and communication unit that processes information from the measuring unit, which transmits about processed information to a control room equipped with an automated workstation.

Недостатком прототипа является невозможность использования системы для экологического мониторинга.The disadvantage of the prototype is the inability to use the system for environmental monitoring.

В настоящий момент в Российской Федерации и ряде других промышленно развитых стран ратифицирован и выполняется Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов. Парниковыми газами считается группа газов, поглощающие в атмосфере земли тепловое излучение и тем самым создающие разогревающий эффект атмосферы, мерой которого является потенциал глобального потепления (ПГП). При добыче, транспортировке, хранении природного газа имеются технологические и аварийные утечки метана (ПГП (СН₄)=21). По взятым на себя Российской Федерацией обязательствам необходимо соблюдать уровень выбросов парниковых газов, в том числе и метана. В связи с этим штрафы за превышение предельно-допустимой концентрации (ПДК) метана в атмосферном воздухе значительно повысились. Возникла необходимость контроля за утечками метана. Также посредством постоянного контроля ПДК метана возможно предотвращение пожаров и аварий на продуктопроводах, в местах добычи и хранения нефти и газа.Currently, the Kyoto Protocol on the limitation of greenhouse gas emissions has been ratified and is being implemented in the Russian Federation and a number of other industrialized countries. Greenhouse gases are a group of gases that absorb thermal radiation in the earth’s atmosphere and thereby create a warming effect of the atmosphere, a measure of which is the global warming potential (GWP). During the extraction, transportation, storage of natural gas, there are technological and emergency methane leaks (GWP (CH ₄ ) = 21). For obligations undertaken by the Russian Federation, it is necessary to comply with the level of greenhouse gas emissions, including methane. In this regard, fines for exceeding the maximum permissible concentration (MPC) of methane in atmospheric air have increased significantly. There was a need to control methane leaks. Also, through constant monitoring of methane maximum concentration limits, it is possible to prevent fires and accidents at product pipelines, in places of oil and gas production and storage.

При перекачке нефти и газа большое значение имеет температура и влажность окружающей среды.When pumping oil and gas, temperature and humidity are of great importance.

Таким образом, существует потребность в постоянном экологическом мониторинге в местах добычи, транспортировке и хранении природного газа и нефти.Thus, there is a need for continuous environmental monitoring at the places of production, transportation and storage of natural gas and oil.

В основу полезной модели положена задача создания такой системы катодной защиты, коррозионного и экологического мониторинга, которая обеспечивала бы эффективную электрохимическую защиту магистральных подземных трубопроводов, удаленный контроль параметров окружающей среды, а также удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты по средствам сотовой и спутниковой связи.The utility model is based on the task of creating such a system of cathodic protection, corrosion and environmental monitoring, which would provide effective electrochemical protection of underground pipelines, remote control of environmental parameters, as well as convenient and reliable remote control of electrochemical protection facilities by means of cellular and satellite communications.

Поставленная задача достигается тем, что в систему электрохимической защиты, коррозионного и экологического мониторинга, включающую в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основная и резервная, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, датчики поляризационного потенциала по числу трубопроводов, датчики скорости коррозии по числу трубопроводов, датчики наводороживания по числу The task is achieved by the fact that in the system of electrochemical protection, corrosion and environmental monitoring, which includes two power supplies, a primary and a backup, an automatic reserve input unit, two cathodic protection units, a primary and a backup, deep anode grounding, joint protection unit, sensors polarization potential by the number of pipelines, corrosion rate sensors by the number of pipelines, hydrogenation sensors by the number

трубопроводов, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения по числу трубопроводов, блок измерения параметров защиты, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, дополнительно введен блок экологического мониторинга, в состав которого входят датчики парниковых газов, датчик влажности, температуры и атмосферного давления.pipelines, extended anode earths located along each pipeline, comparison electrodes by the number of pipelines, a protection parameter measurement unit, a control and communication unit that processes information from the measurement unit, including a cellular communication modem, and transfers the processed information to a control room equipped with an automated a workstation, an additional environmental monitoring unit has been introduced, which includes greenhouse gas sensors, a humidity, temperature and atmospheric pressure sensor eniya.

В разработанной системе используются линии космической и сотовой связи между диспетчерским и контролируемым пунктом, обладающие большой устойчивостью, помехозащищенностью и цифровым кодированием. Для линий связи этого типа свойственна большая кратность резервирования. Система работает в диапазоне частот от 1 до 36 ГГц, что дополнительно повышает надежность и стабильность связи. Нет ограничений по дальности передачи информации.The developed system uses space and cellular communication lines between the control room and the controlled point, which have great stability, noise immunity and digital coding. For communication lines of this type, a large redundancy ratio is characteristic. The system operates in the frequency range from 1 to 36 GHz, which further increases the reliability and stability of communication. There are no restrictions on the range of information transfer.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой системы. Она содержит два блока питания 1, 2, основной и резервный соответственно, блок автоматического ввода резерва 3, две установки катодной защиты 4, 5 основная и резервная соответственно, глубинное анодное заземление 6, блок совместной защиты 7, трубопроводы 8, протяженные анодные заземления 9, блок измерения и обработки информации 10, блок коммутации и измерения параметров защиты 11, электрод сравнения 12, датчик поляризационного потенциала 13, датчик скорости коррозии 14, датчик наводороживания и телерегулирования 15, блок экологического мониторинга 16, блок управления и связи 17, антенна 18.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed system. It contains two power supplies 1, 2, the main and reserve, respectively, the automatic input of the reserve 3, two cathodic protection units 4, 5 main and reserve, respectively, deep anode grounding 6, joint protection unit 7, pipelines 8, extended anode grounding 9, information measuring and processing unit 10, switching and measuring unit for protection parameters 11, reference electrode 12, polarization potential sensor 13, corrosion rate sensor 14, hydrogenation and teleregulation sensor 15, environmental monitoring unit 1 6, the control and communication unit 17, the antenna 18.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

При подаче напряжения переменного тока от основного или резервного блоков питания 1, 2 соответственно блок автоматического ввода резерва 3 подает питание на основную установку катодной защиты 4 от основного блока питания 1, которая начинает работать и через блок совместной защиты 7 обеспечивает подачу и распределение по ниткам трубопроводов 8 защитных токов Iз, которые, в общем случае, зависят от диаметра трубопровода, удельного переходного сопротивления грунта и переходного сопротивления изоляции.When AC voltage is supplied from the main or standby power supply units 1, 2, respectively, the automatic reserve transfer unit 3 supplies power to the main cathodic protection unit 4 from the main power supply unit 1, which starts to work and through the joint protection unit 7 ensures the supply and distribution of pipelines 8 protective currents Iz, which, in general, depend on the diameter of the pipeline, the specific transient resistance of the soil and the transient insulation resistance.

При включении основной установки катодной защиты 4 на одном из ее выходов формируется сигнал, который поступает в блок автоматического ввода резерва 3 и блокирует в нем цепи включения резервной установки катодной защиты 5. Одновременно защищаемые нитки трубопроводов 8 начинают поляризоваться отрицательным потенциалом относительно анодного заземления 6 и протяженного заземления 9 и на них появляется разность потенциалов относительно электрода сравнения 12, которая с одной из ниток (в рассматриваемом случае с первой нитки трубопровода 8) подается на выходы установок катодной защиты 4, 5.When the main installation of cathodic protection 4 is turned on, a signal is generated at one of its outputs, which enters the automatic input unit for reserve 3 and blocks the circuit for switching on the backup cathodic protection unit 5 at the same time. At the same time, protected piping strings 8 begin to polarize with negative potential relative to anode ground 6 and extended grounding 9 and a potential difference appears on them relative to the reference electrode 12, which, with one of the threads (in the case under consideration, from the first thread of the pipeline 8) It gives the output of cathodic protection systems 4, 5.

Работающая установка 4 сравнивает это напряжение с предварительно заданным и в соответствии с величиной отсчета изменяет ток до требуемого значения.A working installation 4 compares this voltage with a predetermined one and, in accordance with the magnitude of the reference, changes the current to the desired value.

Для выравнивания распределения защитных потенциалов по всей длине защищаемых ниток трубопроводов 8 устройство содержит протяженные анодные заземления 9, расположенные в непосредственной близости от трубопроводов 8. В случае выхода из строя основного блока питания 1 блок автоматического ввода резерва 3 автоматически переключается на работу от резервного блока питания 2. При выходе из строя установки катодной защиты 4 на блок 3 не поступает сигнал, запрещающий работу резервной установки катодной защиты 5, которая начинает работать и с нее в этом случае поступает сигнал в блок 3, запрещающий работу основной установки катодной защиты 4. Установка 5 начинает работать, обеспечивая требуемый защитный потенциал на нитках трубопроводов 8 относительно анодного заземления 6 и протяженных анодных заземлений 9. Удаленный коррозионный и экологический мониторинг, а также дистанционный контроль и регулирование режимов электрохимической защиты всех ниток трубопроводов 8 осуществляет телеметрическая система, состоящая из блока измерения и обработки информации 10, блока коммутации и измерения параметров защиты 11, блока экологического мониторинга 16, датчиков поляризационного потенциала 13, датчиков скорости коррозии 14, датчиков наводороживания 15, блока управления и связи 17 с антенной 18.To equalize the distribution of protective potentials along the entire length of the protected threads of pipelines 8, the device contains extended anode earths 9 located in the immediate vicinity of pipelines 8. In the event of a failure of the main power supply unit 1, the automatic input reserve unit 3 automatically switches to work from the backup power supply 2 . In the event of a failure of the cathodic protection unit 4, the signal 3 does not receive a block prohibiting the operation of the backup cathodic protection unit 5, which starts to work with it In this case, a signal arrives at block 3, which prohibits the operation of the main cathodic protection unit 4. Installation 5 starts to work, providing the required protective potential on the pipelines 8 with respect to the anode ground 6 and extended anode ground 9. Remote corrosion and environmental monitoring, as well as remote monitoring and the regulation of the electrochemical protection of all the threads of the pipelines 8 is carried out by a telemetric system consisting of a unit for measuring and processing information 10, a switching unit and Nia protection parameters 11, environmental monitoring unit 16, sensors 13, the polarization potential, the corrosion speed sensors 14, sensors 15, hydrogenation, and communication control unit 17 to the antenna 18.

С диспетчерского пункта оснащенного автоматизированным рабочим местом (АРМ) по сотовой или спутниковой связи осуществляется вызов данной системы по средствам модема сотовой связи и блок управления и связи 17 начинает работу в режиме контроля параметров. В первую очередь контролируются параметры в блоке измерения и обработки информации 10, на входы которого подаются сигналы, характеризующие выходные режимы работающей установки катодной защиты 4 или 5. Затем опрашивается блок экологического мониторинга 16 и датчики 12-15 всех трубопроводов 8, которые подключены к блоку коммутации и измерения параметров защиты 11.From a control room equipped with an automated workstation (AWS) via cellular or satellite communications, the system is called by means of a cellular modem and the control and communication unit 17 starts operating in the parameter control mode. First of all, the parameters in the information measuring and processing unit 10 are monitored, the signals of which are used to characterize the output modes of the working cathodic protection unit 4 or 5 are fed to the inputs. Then the environmental monitoring unit 16 and the sensors 12-15 of all pipelines 8 that are connected to the switching unit are interrogated and measurement of protection parameters 11.

Сигналы от датчиков последовательно через коммутатор блока 11 поступают на блок 17, с выхода которого через антенну 18 по сотовой или спутниковой связи передаются на диспетчерский пункт, расположение которого определяется возможностями сотовой или спутниковой связи. В случае необходимости изменения режима работы установок катодной защиты 4 или 5, с диспетчерского пункта выдается соответствующая команда, которая принимается через антенну 18 блоком устройства связи 17. Сигнал телерегулирования выделяется блоком 17 и через второй выход поступает на первые входы установок катодной защиты 4, 5. Этот сигнал вызывает изменение заданного напряжения в установке катодной защиты 4 или 5, и они изменяют свой режим работы в соответствии с принятой командой.The signals from the sensors sequentially through the switch of the block 11 are sent to the block 17, from the output of which through the antenna 18 are transmitted via cellular or satellite communications to a control center, the location of which is determined by the capabilities of cellular or satellite communications. If it is necessary to change the operating mode of the cathodic protection settings 4 or 5, a corresponding command is issued from the control room, which is received through the antenna 18 by the unit of the communication device 17. The teleregulation signal is allocated by the block 17 and through the second output is fed to the first inputs of the cathodic protection settings 4, 5. This signal causes a change in the set voltage in the installation of cathodic protection 4 or 5, and they change their mode of operation in accordance with the received command.

Таким образом, предлагаемая конструкция системы катодной защиты, коррозионного и экологического мониторинга позволяет осуществлять эффективную электрохимическую защиту магистральных подземных трубопроводов, удаленный контроль параметров окружающей среды, а также удобное и надежное дистанционное управление объектами электрохимической защиты по средствам сотовой и спутниковой связи.Thus, the proposed design of the cathodic protection system, corrosion and environmental monitoring allows for effective electrochemical protection of underground pipelines, remote control of environmental parameters, as well as convenient and reliable remote control of electrochemical protection facilities by means of cellular and satellite communications.

Claims

The system of electrochemical protection of remote corrosion and environmental monitoring, which includes two power supplies, a primary and a backup, an automatic reserve input unit, two cathodic protection units, a primary and a backup, deep anode grounding, a joint protection unit, polarization potential sensors by the number of pipelines, sensors corrosion rates according to the number of pipelines, hydrogenation sensors according to the number of pipelines, extended anode earths located along each pipeline, electrodes data on the number of pipelines, a unit for measuring protection parameters, a control and communication unit that processes information from the measurement unit, including a cellular communication modem, and transmits the processed information to a control center equipped with an automated workstation, characterized in that an environmental monitoring unit is additionally introduced , which includes greenhouse gas sensors, humidity, temperature and atmospheric pressure sensors.