SU153373A1 - - Google Patents

Description

и (х, у к 1пгде rf.- arctg- ;....

4Sj:2 L. у- й-8 (х -/,) (1)

(сй 2d + cQs2c) I ch

№ 153373

2 те,,

.. V m- - R к const

т - b

Формула (1) выведена при условии, что падени  потенциала вдоль, трубы нет, поверхность изол ции эквипотенциальна и второй полюс источника э. д. с., подключенного к -трубе, заземлен на неограниченнобольшом рассто нии. Если сн ть Все эти допущени  и наложить услови , имеющие место в действительности, то есть считать, что вдоль трубы потенциал измен етс  (хот  градиент его очень мал), заземленный полюс находитс  на конечном, но достаточно большом рассто нии от трубы, и трубопровод состоит из отдельных участков, соединенных между собой под различными углами, форма пол  вблизи трубы в сечении , нормальном к ее оси, почти не измен етс , хот  значени  потенциала в одинаковых точках различных сечений будут различны. Линии равного потенциала при мало отличаютс  от полуокружностей, с центром на поверхности земли (см. фиг. 1). Картины пол  различных сечений будут подобны друг другу. Изменитс  лишь поле вблизи точек излома и разветвлени  трубопровода, однако и в этих местах форма пол  не будет зависеть от положени  удаленных заземленных полюсов и может быть определена заранее.

Вблизи полотна железной дороги поле тока в грунте имеет ту же особенность, что и вблизи трубопровода. Если обозначить -рассто ние между рельсами 2 как 2п, то выражение дл  потенциала будет таким

U(x,y) (2)

(х + у2 + ) (х- + у + 2пу)

Линии равного потенциала этого пол  при 20п .также мало отличаютс  от окружностей с центром на поверхности земли, посредине между рельсами (см. фиг. 2). Форма пол  пра.ктически не будет зависеть от положени  электровоза на линии. При движении электровоза картина пол  в плоскости, нормальной к линии, не мен етс . Измен ютс  лишь численные значени  потенциала. Эта характерна  особенность - независимость формы пол  вблизи трубы и железной дороги от положени  источников, использована дл  построени  модели.

Исследуемое поле разбиваетс  на две части: трубопровод, изол цию и близлежащий слой грунта (или рельсы и слой грунта), ограниченный поверхностью, образованной семейством линий равного потенциала , одинаково удаленных от оси трубы и весь остальной грунт. Дл  каждой из этих частей цол  построена сво  модель. Обе модели соединены , чтобы дать решение всей задачи. Целью Моделировани   вл етс  определение напр жени  па изол ции трубопровода. Поле вблизи трубы можно рассматривать как двухмерное в координатах, отсчитываемых вдоль оси трубы и вдоль любой линии тока.

Если прин ть, что часть тока, текуща  по изол ции и грунту вдоль оси трубы, равна нулю (что весьма близко к действительности), то св зь между потенциалом UQ на поверхности трубы и потенциалом Vi на поверхности выделенного сло  грунта будет иметь вид

- ) о с fi fi /c)

- о ьо о -1/(о)

Здесь /о-сопротивление единицы длины трубы; g -проводимость изол ции и выделенного сло  грунта, приход ща с  на единицу длины трубы.

Точно таким же будет уравнение, св зывающее потенциал на рельсах железной дороги с потенциалом на поверхности выделенного сло  грунта. Уравнение (3) подобно уравнению длинной линии и потенциалы , вход щие в него, моделируютс  распределением напр жений в цепной схеме, содержащей продольные сопротивлени  3 (г) и поперечные проводимости 4{g), В остальной части грунта поле трехмерное, потенциал удовлетвор ет уравнению Лапласа. Оно моделируетс  полем тока в ванне, заполненной провод щим составом, замен ющим грунт.

Таким образом, модель содержит две основные части - цепную схему и ванн}, соединенные .между собой так, чтобы на границе сочленени , соответствующей внещней поверхности выделенного сло  грунта , значени  потенциала-остались подобными действительным.

Потенциал Vi на этой поверхности измен етс  только вдоль оси трубы. Чтобы обеспечить такой характер изменени  потенциала, граница сочленени  сделана металлической, разрезанной на малые элементы одинаковой длины сечени ми, нормальными к оси. Элементы -изолированы друг от друга тонкими изол ционными прокладками (фиг. 3). К каждому элементу длиной / присоединена проводимосгь )l- цепной схемы.

Линии равного потенциала, удаленные от оси трубы или рельт; железной дороги lia рассто ние больще 10 м, имеют форму полуокружностей . Поэтому элементы дл  соединени  обеих частей модели изготовлены из отрезков металлической трубки. В ванне трубки погружены в провод щий состав на половину их диаметра.

В месте -разветвлени  труб форма элементов найдена из выражени  дл  потенциала двух перекрещивающихс  зар женных нитей

(7 (А% у, Z) к. In}/ (х- - /2) (х - 2) С Отсюда уравнение боковой поверхности элементов будет

V + / л2 или г ±

- F x + zТак как размеры модели ограничены, поле сложной газопроводной сети больщой прот нсенности сразу моделировать не удаетс . Модель позвол ет .моделировать поле сети по участкам. Она изготовлена так, что при моделировании в ней какого-либо участка учитьшаетс  вли ние всей остальной газопроводной сети с окружающим ее грунтом. Однако вли ние источников, лежащих за пределами моделируемого участка, учесть нельз  и напр жение на изол ции приходитс  получать наложением напр жений, вызванных источниками каждого из участков в отдельности. В случае разветвленной сети сложной конфигурации это приводит к необходимости моделировать поле каждого участка столько раз, на сколько участков разбита Вс  сеть.

Стенки ванны сделаны двухслойными. Внутренний слой 5 (фиг. 4) - изол ционный - толщиной 6 (и 1 см), внещний 6 - провод щий , металлический. Вс  внутренн   поверхность ванны разбита  а квадраты со стороной а (а 2-3 см). В центре каждого квадрата в изол ционном слое сделано отверстие диаметром d, онредел емом по формуле

l + ,(5)

2 (т: л -г  )

где /г-глубина провод щего состава в ванне.

х + у№ 153373

Провод щий состав представл ет собой сплав парафина, газовой сажи и алюминиевого порошка в пропорции 13: 1 : 0,5 соответственно. Залитый в жидком состо нии в ванну провод щий состав заполн ет все отверсти  в изол ционном слое и электрически соедин ет внутренний объем ванны с наружным металлическим кожухом. Формула (5) выведена из услови  приближенного равенства совместной проводимости отверстий в стенках .ванны и прилегающего к ним переходного сло  и радиальной проводимости части бесконечного полупространства , внешней к объему ванны. По отнощению к объему провод щего состава в ванне стенки будут эквивалентны всему остальному бесконечному нолуиространству при условии, что источники нол  расположены только в ванне. При этом же условии все остальные ветви газопроводной сети, не вошедщие в моделируемый участок, можно заменить эквивалентными сопротивлени ми T,, соедин ющими концы цепной схемы с поверхностью нулевого потенциала, роль которой выполн ет наружный металлический кожух ванны.

Втора  часть модели - цепна  схема - набрана из проволочных сопротивлений и смонтирована на специальном каркасе. Величина проводимостей g схемы, замещающих совместную проводимость изол ции и грунта, находитс  так:

р- . ёпз ёги

где g „з-проводимость изол ции, приход ща с  на длину / трубы радиуса R; g 2р-проводимость выделенного сло  грунта.

2 - / 7 , ( а , 2 fcv, . ,

,/M.T g77::tr)+

, /   , 2ftvi 1

ch -arctg- -

Сопротивлени  R, эквивалентные непоместивщимс  в модель участкам газопровода, можно либо приближенно рассчитать, замен   газопровод длинной линией, разомкнутой на конце, либо непосредственно измерить , собрав на модели схему участка.

Узлы лепной схемы, замещающей электрофицированную железную дорогу, соединены с контактами щагового искател , на вход которого включен источник тока. Движение электровоза вдоль линии имитируетс  на модели последовательным переключением контактов щагового искател .

Задачу рещают так.

В соответствии с планом участка местности на поверхности opOiBOд щего состава вырезают канавки полукруглого сечени , в которые вплавл ют предварительно нагретые элементы, замещающие трубопровод и железную дорогу, и присоедин ют к ним проводимости цепных схем. Рассчитывают величину сопротивлений г и проводимостей g и устанавливают их на схеме в выбранном масштабе сопротивлений. Вычисл ют или измер ют сопротивлени  Rg, эквивалентные непоместивщимс  в модель участкам трубопровода и железной дороги, и включают их между соответствующими концами цепных схем и корпусом ванны. Источник тока, один конец которого включен на вход щагового искател , присоедин ют другим концом к узлам схемы замещени  железной дороги, соответствующим точкам подключени  т говых подёпз + gzp

2 y,2-fr /

станций. Устанавливают ток в источнике В выбранном масштабе пропорционально току, потребл емому электропоездом. После этого пускают шаговый искатель и измер ют напр жение U на проводимости g звена цепной схемы, замещаюшей трубопровод с изол цией и слоем грунта. Зна  величину проводимостей сло  грунта и изол ции §„з вычисл ют падение напр жени  на соответствующем участке изол ции по формуле:

Проделав измерени  на всех проводимост х и вычислив напр жени  на изол ции, вычерчивают кривые распределени  напр жени  вдоль ветвей трубопровода. Форма кривых и величина их ординат позвол т найти участки трубопровода, подвергаюш,иес  разр шению, и подобрать устройства дл  их защиты. Расположив станции катодной защиты и дренажи вдоль трубопровода, приступают к моделированию пол  с учетом вли ни  защитных устройств.

Станци м катодной защиты на модели будут соответствовать источники тока, подключаемые к узлу цепной схемы замещени  трубопровода и точке поверхности провод щего состава в ванне, соответствующей точке заземлени . Дренажи моделируютс  соединительными проводами определенного сопротивлени  между узлами цепных схем.замещени  трубопровода и железной дороги. Сделав все необходимые соединени  на модели, приступают к новым изменени м и построению кривых распределени  напр жений на изол ции. Если полученные результаты не удовлет1вор,ительны, выбирают новое расположение защитных устройств и повтор ют моделирование до тех пор, пока не будет выбран оптимальный вариант защиты.

Таким образом, описываемый способ позвол ет отыскать такое распределение устройств катодной защиты и дренажных кабелей, при котором изменение нанр жени  на изол ции труб на прот жении всей сети ограничивалось бы заданными пределами.

Предмет изобретени 

Способ определени  пол  защитных и блзждающих токов в трубопроводной сети, отличающийс  тем, что, с целью определени  мест коррозии трубопроводов и растворени  их блуждающими токами, раздельно моделируют цепной схемой поле токов, прилегающих к трубопроводу и линии железной дороги, оставшуюс  часть пол  в неограниченном полупространстве моделируют полем тока в электролитической ванне, а поле токов в сложной сети трубопроводов и железнодорожных линий модел.ируют по участкам.

- 5 -NO 153373

/; - У и

L- ц-,w

Згр + ёиз ; -mi X-S. 7-r--r-r-7-V T-ri 1 -ШЦ I «v I 1 I I oo ГУ 6 Фиг. 2 ooooooo ofco о о о о ооооооооооооо И-М1ЛЛ У t ЦЛ Ух11Ух;дл -JoUФиг .