SU998584A1

SU998584A1 - Method for determining degree of protection of pipelines

Info

Publication number: SU998584A1
Application number: SU813332200A
Authority: SU
Inventors: Владимир Дмитриевич Сулимин; Зоя Ивановна Нефедова
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1983-02-23

Description

1one

Изобретение относитс к электрической защите подземных металлических сооружений от почвенной коррозии и коррозии., вызываемой блуждающими токами , и может быть использовано при: определении степени защищенности и вёли:чины защитного тока, а также дл обна- ружени макрокоррозионных гальвано пар на подземных магистральных коммуникаци х , в газовой, нефт ной и дру- ,0 гих отрасл х народного хоз йства.The invention relates to the electrical protection of underground metallic structures against soil corrosion and corrosion caused by stray currents, and can be used to: determine the degree of protection and strength: protective current levels, as well as for detecting macro-corrosion galvano pairs on underground main lines, in gas, oil, and other, public households.

В современной противокоррозионной защите нар ду с изол ционными покрыти ми примен ют катодную защиту подземных коммуникаций, эффективность js которой условно определ етс уровнем защитного потенциала.In modern anticorrosive protection, along with insulating coatings, cathodic protection of underground utilities is used, the effectiveness js of which is conventionally determined by the level of protective potential.

Известны способы определени степени защищенности подземных трубопроводов с помощью измерени потенциа- 20Methods are known for determining the degree of protection of underground pipelines by measuring the potential of

ла Ь .la b.

Эти способы позвол ют получать данные о зонах недостаточной защиты катодно защищаемых коммуникаций. Степень защищенности в указанных методах определ етс сравнен 4ем измер емого . защитного потенциала сооружени с миЫимальным защитным потенциалом, равным (-0,85) В, или смещением ве:личи ны защитного потейциала относительно стационарного на 0,3 В в катодную область . При этом используетс способ выносного электрода, при котором арнами недостаточной защиты считаютс зоны с защитным потенциалом меньше .(-0,85) В или смещением в катодную область последнего относительно стационарного потенциала менее, чем на 0,3 В. Также примен етс способ продольного и поперечного градиента потенциалов , при котором вы вл ютс анодные, незащищенные зоны по изменению знака градиента потенциалов, что в услови х внешнего мощного пол катодной защиты представл етс весьма проблематичным, в зачастую невозножным из-за малых размеров анодных зон и значительного затухани пол макрогальванопары на рассто нии, превышающем линейные размеры анода более , чем в -5 раз. При этих способах невозможно также определить необходимый ток катодной защиты, достаточный дл подавлени функционировани анодных зон коррозионных макрогальванопар, вл ющихс одной из главных причин высоких скоростей коррозионного разрушени металлов трубопроводсцз, имеющих по.вреждени изол ционного покрыти , а также невозможно обнаружить анодные и катод ные участки при небольших размерах по вреждений изол ционного покрыти (менее О,-5 х 0,5 м), Так обнаружение анодной или катодной зрны в области повреждени изол ции трубопровода площадью S 1x1 1 м при глубине залегани м, удельном сопротивлении грунта f 50 Ом/м м плотности тока защиты .,5 А/м производ т способом поперечного градиента с помощью двух медно-сульфатных электродов сравнени , разнесенных на рассто ние d 20 м. Тогда, градиент потенциалов равен k мВ. Дл площади повреждени ,1x0,,01 м при тех же услови х градиент потенциала равен всего 0,04 мВ. Измерение величины градиента потенциала данного уровн в трасcoRbix услови х обычным способом не представл етс возможным. При образовании макрокоррозионных гальванопар на металлической поверхности наиболее активными вл ютс макропары, в которых площадь анодного участка значительно меньше площади катодного участка. При этом плотност анодного тока может достигать А/м, а скорость коррозии 510 мм/год. Дл полного подавлени тока макропары необходимы ллотности то ка в 3-7. раз превышающие ток коррозии и измерение этих токов проводитс пока только в лабораторных услови х. При достижении полной защиты анодный ток за счет работы макрокоррозионной гальванопары становитс равным нулю. Известен также способ обнаружени повреждений на подземных сооружени х который заключаетс в том, что на тру бопровод подают переменный ток определенной частоты и при прохождении на трубопроводом с приемником, оснащен99 4 ,.. ным электродами, один из которых расположен над трубопроводом, а другой вынесен в сторону, место расположени дефекта определ ют по утечке тока с трубопровода, имеющего сквозные повреждени в изол ционном покрытии. Этот способ вл етс одним из методов определени зау1ищенности подземных сооружений С2 . Однако способ определ ет только наличие дефекта и место его расположени , но не позвол ет вы вить защищаетс ли обнаруженный дефект установкой катодной защиты и вл етс ли данный дефект анодом макрогальванопары или просто местом втекани тока. Кроме того, этот способ не определ ет величину защитной плотности тока, котора задаетс обычно чисто эмпирически, исход из дан ных коррозионной активности грунтов и состо ни изол ции. Существующа практика определени степени защищенности имеет не единый критерий защиты катодно защищаемых подземных конструкций, а совокупность (до 10) критериев, при соблюдении которых анодный ток металла считаетс равным нулю, а именно защитный потенциал (-0,85) В (что по последним данным во многих грунтах вл етс вно недостаточным); защитна плотность тока в широком диапазоне значений от 0,5 до 500 наличие дефектов; значени продольного и. поперечного градиента потенциалов и др. Целью изобретени вл етс повышение точности и расширение пределов измерени величины защитного тока при определении степени защищенности подземных трубопроводов. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени степени защищенности подземных магистральных трубопроводов, включающему операции измерени градиента защитного потенциала и определени дефекта в изол ционном покрытии, операции измерени ведут на коммутируемом в инфранизкочастотном диапазоне переменном токе, величину которого из.мен ют от нулевого з.начени дискретно через 10 от величины рабочего тока катодной станции до его максимального значени с интервалом времени, равным установившемус значению пол ризационного потенциала, и измер ют уровень переменного сигнала в местах дефекта при каждом значении тока, после чегоThese methods allow to obtain data on the areas of insufficient protection of cathodically protected communications. The degree of security in these methods is determined by comparing the 4th measurable. the protective potential of the structure with the minimum protective potential equal to (-0.85) V, or the displacement of the protective equipment potential relative to the stationary 0.3 V to the cathode region. In this case, a remote electrode method is used, in which the areas with a protective potential less than (-0.85) V or less than 0.3 V relative to the stationary potential relative to the stationary potential are considered to be arnas of insufficient protection less than 0.3 V. potential transient gradient, in which anodic, unprotected zones are revealed due to a change in the sign of the potential gradient, which, under the conditions of an external powerful field of cathodic protection, is very problematic, often unprofitable due to small the sizes of the anode and zones significant attenuation makrogalvanopary floor at a distance greater than the linear dimensions of the anode more than -5 times. With these methods, it is also impossible to determine the required cathodic protection current, sufficient to suppress the functioning of the anodic zones of corrosive macrogalvanopairs, which is one of the main reasons for the high rates of corrosion destruction of pipelines metals with damage to the insulation coating, and it is impossible to detect anodic and cathodic areas in case of small sizes of damage to the insulation coating (less than O, -5 x 0.5 m), So the detection of anode or cathode is visible in the area of damage to the insulation of the pipeline and an area of S 1x1 1 m with depths, ground resistivity of 50 ohms per meter of protection current density, 5 A / m is produced by a transverse gradient method using two copper-sulphate reference electrodes separated by a distance of d 20 m Then, the potential gradient is k mV. For the damage area, 1x0,, 01 m under the same conditions, the potential gradient is only 0.04 mV. Measuring the magnitude of the potential gradient of a given level under the transport conditions in the usual way is not possible. When macro-corrosion galvanopairs are formed on a metal surface, macro-pairs are the most active in which the area of the anode section is much smaller than the area of the cathode section. In this case, the anode current density can reach A / m, and the corrosion rate is 510 mm / year. To completely suppress the current of a macropair, the density is required in 3-7. times exceeding the corrosion current and the measurement of these currents is carried out so far only in laboratory conditions. When full protection is achieved, the anode current due to the operation of the macro-corrosive galvanic coupler becomes zero. There is also known a method for detecting damage to underground structures, which consists in supplying an alternating current of a certain frequency to a pipeline and passing through a pipeline with a receiver, is equipped with 99 4, .. electrodes, one of which is located above the pipeline, and the other is in side, the location of the defect is determined by the leakage of current from a pipeline that has through damages in the insulation coating. This method is one of the methods for determining the presence of underground structures C2. However, the method only determines the presence of a defect and its location, but does not allow detecting whether the detected defect is protected by a cathodic protection installation and whether the defect is a macrogalvanopair anode or simply a current inflow site. In addition, this method does not determine the magnitude of the protective current density, which is usually given purely empirically, based on the data on the corrosivity of soils and the state of the insulation. The existing practice of determining the degree of protection does not have a single criterion for protecting cathode-protected underground structures, but a set (up to 10) of criteria for which the anode current of a metal is considered to be equal to zero, namely the protective potential (-0.85) V (which is the latest many soils are clearly insufficient;); protective current density in a wide range of values from 0.5 to 500 the presence of defects; longitudinal and. transverse potential gradient, etc. The aim of the invention is to improve the accuracy and extend the limits of measuring the magnitude of the protective current when determining the degree of protection of underground pipelines. This goal is achieved by the fact that, according to the method for determining the degree of protection of underground trunk pipelines, including the measurement of the protective potential gradient and the determination of a defect in an insulating coating, measurement operations are carried out on an alternating current that is switched in the infra-low frequency range, the magnitude of which is from zero to zero. start discretely after 10 of the magnitude of the operating current of the cathode station to its maximum value with a time interval equal to the steady value of polarization insulating capacity and the measured AC signal level of the defect locations at each current value, whereupon

определ ют величину защитного тока дефекта и всего плеча защиты в целом. Принципиальное отличие предлагаемой операции измерени градиента -потенциалов в области дефекта от используемой заключаетс в том, что дл создани градиента потенциалов используетс ток катодной защиты, коммутируемый в инфранизком диапазоне частот и измен емого дискретно от нулевого до максимального значений, при -протекании которого по трубопроводу на поверхности земли в месте над дефектом возникает градиент потенциалов, величина которого увеличиваетс при увеличении тока катодной защиты, если дефект катодно защищаем, и уменьшаетс при увеличении.тока, если дефект вл етс анодом макрогальванопары и ток недостаточен.дл защиты данного дефекта, при этом уменьшение идет до нулевого значений сигнала, когда анодный ток металла становитс равным нулю , а величина внешнего тока, соответствующа нулевому сигналу над дефектом , принимаетс за величину защитного тока данного дефекта.determine the magnitude of the protective current of the defect and the entire arm of the protection as a whole. The principal difference of the proposed gradient-potential measurement operation in the defect area from the used one is that the cathodic protection current, switched in the ultra-low frequency range and discretely variable from zero to maximum, is used to create the potential gradient, during which flow through the pipeline on the surface a potential gradient arises in the area above the defect, the magnitude of which increases with increasing current of the cathodic protection if the defect is cathodically protected and decreases is increased at an increase in current, if the defect is an anode of a macrogalvano couple and the current is insufficient to protect this defect, the decrease goes to zero signal when the anode current of the metal becomes equal to zero, and the external current value corresponding to the zero signal above the defect is taken for the value of the protective current of the defect.

. На фиг.1 представлена схема дл измерений; на фиг.2 - график зависимости величины градиента потенциалов от пол ризации образца при 3 Зд-1мА и частоте коммутации катодной стан ции равной 3 Гц. (а - градиент по .тенциалов при катодной пол ризации; б - градиент потенциалов при. анодной лол ризациу); на фиг.З - зависимость величины градиента потенциалов от площади дефекта при токе катодной защиты, равном 0,35 мА, и частоте коммутации 1,5 Гу (в - при площади дефекта О, г - при 0,0036 м; д - при 0,01 кг); на фиг. - кривые изменени величины градиента потенциалов в местах нарушени изол ционного покрыти , представл ющие собой дефект с макрогальванопарами с катодной и анодной зонами, в зависимостиот величины защитного тока при частоте коммутации тока катодной станции равной 1,5 Гц (е - при токе коррозии 0,3 мА и токе защиты 0,001 мА; ж при токе коррозии 0,17 мА и токе защиты -0,7 мА; 3 - при.токе коррозии, равном нулю и токе защиты ЬмА; i-i - парциальна крива при токе коррозии, равном 0,3 мА, сигнал над катодной зоной; к - то же, парциальный сигнал над анодной зоной).. Figure 1 shows a circuit for measurements; Fig. 2 shows a plot of the magnitude of the potential gradient as a function of sample polarization at 3 FS-1 mA and the switching frequency of the cathode station of 3 Hz. (a is the gradient in .cats at cathodic polarization; b is the gradient of potentials at anodic lolarization); on fig.Z - dependence of the magnitude of the potential gradient on the area of the defect when the current cathodic protection, equal to 0.35 mA, and the switching frequency of 1.5 Gu (in - when the area of the defect O, g - at 0.0036 m; d - at 0 , 01 kg); in fig. - curves of change in the magnitude of the potential gradient at the places of violation of the insulation coating, representing a defect with macrogalvanopairs with the cathode and anode zones, depending on the magnitude of the protective current at a switching frequency of the current of the cathode station of 1.5 Hz (e - at a corrosion current of 0.3 mA and protection current 0.001 mA; W with a corrosion current of 0.17 mA and a protection current of -0.7 mA; 3 - a corrosion current of zero and a protection current of BmA; ii - a partial curve for a corrosion current of 0.3 mA, signal over the cathode zone; k - the same, partial signal over the anode zone. th).

Предлагаемый способ использовали на участке газопровода. Проводилась проверка определени анодных зон иThe proposed method was used at the site of the pipeline. Anode zones were checked and

.величины защитной плотности тока, не5 обходимой дл катодной защиты этих зон, на образцах трубной стали 17Г1С с площадью поверхности 0,01 м, 0,0036 м и 0,000 м. Образцы имитирующие дефекты на трубопроводе, ус0 танавливались таким образом, что имели различные потенциа/)ы (моделирование макропар дифференциальной аэрации ) и при замыкании одни из них были анодами, а другие - катодами. Из5 мерени проводились по схеме, представленной на фиг.1. Операци обнаружени дефекта и определени величины защитного тока проводилась в следующем пор дке.The magnitudes of the protective current density, which is not necessary for cathodic protection of these zones, on samples of 17G1S tubular steel with a surface area of 0.01 m, 0.0036 m and 0.000 m. Samples imitating defects on the pipeline were set up in such a way that they had different potentials /) s (modeling of differential aeration macropairs) and when closing, some of them were anodes and others were cathodes. From 5 measurements were carried out according to the scheme shown in Fig.1. The operation of detecting a defect and determining the magnitude of the protective current was carried out in the following order.

0 На изолированный трубопровод 1 со стальными образцами, имитирующими повреждени изол ции 2, подаетс комму тируемый в инфранизкочастотно;-: диапазоне коммутатором 3 выход которого0 To an insulated pipeline 1 with steel samples that simulate damage to the insulation 2, is switched to infra-low frequency; -: range by switch 3 whose output

5 подключен к трубопроводу 1 ток катодной станции i, плюсовой выход которой соединен с анодным заземлением 5, а минусовой - с входом коммутатора 3 и методом продольного или поперечного5 is connected to pipeline 1, the current of the cathode station i, the positive output of which is connected to the anode ground 5, and negative to the input of the switch 3 and the method of longitudinal or transverse

0 градиента потенциалов с помощью электродов 6 и приемника 7 с регистрирующим прибором В определ ют места дефектов. Затем с помощью блока 9 программ дискретно от нулевого значени через0 potential gradients using electrodes 6 and receiver 7 with a recording device In determine the location of defects. Then, using block 9 of the programs discretely from zero through

5 10 от величины максимального в данных, услови х рабочего тока катодной станции Ц подают ток с. интервалом в|эёмени, достаточным дл установлени посто нной величины пол ризационного потенР циала. После установлени блоком 9 программы заданной величины тока измер ют величину сигнала над дефектом. Затем записывают величину тока, при котором величина сигнала проходит че рез нулевое значение, над каждым дефектом и максимальное из всех определенных значений на контролируемом участке принимают за защитный ток всего плеча защиты катодной станции Ц в5 10 of the maximum value in the data, the operating conditions of the cathode station C supply current c. interval in | eemeni sufficient to establish a constant value of the polarization potential. After the program block 9 has established a predetermined current value, the signal magnitude above the defect is measured. Then, the current at which the magnitude of the signal passes through a zero value is recorded, over each defect and the maximum of all defined values in the monitored section is taken as the protective current of the entire protection arm of the cathode station C in

целом. whole

Сравнительные данные с известным способом не дают результатов, так как известный способ не улавливает дефектов таких малых размеров (менее 0,01 м)Comparative data with a known method does not give results, since the known method does not catch defects of such small size (less than 0.01 m)

JJ и дает общий фон сигналов без различи величин площади образцов и их анодного или катодного статуса.JJ and gives the general background of the signals without differences in the values of the sample area and their anode or cathode status.

Поперечный градиент переменного пол , создаваемый защитным током станции , коммутируемый в инфранизкочастотном диапазоне., измер етс приемником в местах дефекта изол ционного покрыти , трубопровода. При этом величина сигнала, регистрируема приемником в § . зоне дефекта, не зависит практически от знака пол ризации(фиг.2), а при 19ДИнаковом1 уровне .защитного-тока зависит только от площади дефекта (фиг.З) и находитс в пр мо пропорциональной 10 зависимости от величины тока, т.е. величина сигнала находилась в пр мо пропорциональной зависимости от плотности тока стекающего или натекающего на металлическую поверхность, контактируи ющую в области дефекта изол ции трубопровода с почвенным электролитом.The transverse gradient of an alternating field created by the station's protective current, switched in the infra-low frequency range, is measured by the receiver at the locations of the defect in the insulation coating, the pipeline. The magnitude of the signal recorded by the receiver in §. the defect zone does not practically depend on the sign of polarization (Fig. 2), and at 19Diname1 the protection-current level depends only on the area of the defect (Fig.3) and is directly proportional to 10 depending on the current value, i.e. the magnitude of the signal was directly proportional to the current density flowing down or flowing onto a metal surface that was in contact in the area of a pipeline insulation defect with a soil electrolyte.

При исследовании образцов с макрогальванопарами при малом защитном токе величина сигнала над анодной зоной 20 ,j(c малой площадью дефекта) вследствие большей плотности тока (крива ё, фиг.). При увеличении защитного тока сигнал, прин тый приемником над катодной зоной, резко вог растает, так как И основна часть защитного тока приходитс на катодную зону как зону с меньшим сопротивлением растеканию тока (крива ж, фиг.), а над анодной зоной при этом сигнал уменьшаетс . По . 10 достижении уровн защитного тока, при котором величина тока коррозии, т.е. тока, стекающего с анодного участка в зоне действи макрогальванопары, становитс равной нулю, сигнал на выходе J5 приемника над анодной зоной стремитс к нулю, в то врем как на(3( катодной зоной сигнал резко возрастает (крива з, фиг.). Урорень сигнала (градиента по ..тёнциалов) при каждом значении, защит- 40 ного тока измер етс в милливольтах. Ток защиты, т.е. ток, необходимый дл подавлени тока коррозии, данного дефекта составл ет в данном случае 1 мА.45In the study of samples with macrogalvanopairs with a small protective current, the magnitude of the signal above the anode zone 20, j (with a small area of the defect) due to the higher current density (curve x, fig.). As the protective current increases, the signal received by the receiver above the cathode zone dramatically increases, since And the main part of the protective current falls to the cathode zone as an area with less resistance to current spreading (curve, fig.), And above the anode zone the signal decreases. By . 10 reaching a protective current level at which the magnitude of the corrosion current, i.e. the current flowing from the anode section in the area of the macrogalvanic couples becomes zero, the signal at the receiver output J5 above the anode area tends to zero, while at (3 (the cathode zone the signal increases sharply (curve 3, fig.). (gradient of ..trencials) at each value, the protective current is measured in millivolts. The protection current, i.e. the current required to suppress the corrosion current, of this defect is in this case 1 mA.45

Использование предлагаемого способа , определени степени защищенности подземных магистральных трубопроводов обеспечивает по сравнению с известными способами получение 50 данных о наличии анодных и катодных зон на трубопроводах с поврежденной изол цией, степени защищенности и необходимого тока защиты; определение и измерение уров- и н защитного тока, при котором прекращаетс работа-макрогальванопар и объединение операций измерени уровн защитного потенциала при катодной защите, обнаружени дефектов изол ционного покрыти и измерение сигналов (градиента потенциалов) в зонах дефекта за счет.коммутациизащитного тока установки катодной защиты npi формировании контрольного сигнала переменного тока в трубопроводе.Using the proposed method, determining the degree of protection of underground trunk pipelines provides, in comparison with known methods, obtaining 50 data on the presence of anodic and cathodic zones on pipelines with damaged insulation, degree of protection, and the necessary protection current; determination and measurement of the level and protection current at which macrogalvanoidal work is stopped and the integration of measuring the level of protective potential during cathodic protection, detection of insulation coating defects and measurement of signals (potential gradient) in the defect areas due to switching of the protection current of the cathodic protection installation npi forming a control signal of alternating current in the pipeline.

На магистральных газопровюдах ежегодно провод тс коррозионные обследовани с целью обнаружени и предупреждени развити коррозионных процессов. Эти обследовани провод тс при помощи измерений приборами и осмотром в контрольных шурфах, по результатам которых проводитс отбраковка участков труб и выборочный ремонт . При применений предлагаемого способа факторами, обеспечивающими экономический эффект от его применени , вл ютс ;Corrosion surveys are carried out annually on the main gas pipelines in order to detect and prevent the development of corrosion processes. These surveys are carried out with the help of measurements with instruments and inspections in control pits, the results of which are used to reject pipe sections and selective repair. When applying the proposed method, the factors that ensure the economic effect of its use are;

1.Снижение объёмов работ по вскртию газопроводов в. результате повышени точности определени степени защищенности оголенных участков трубы и необходимости ремонта изол ции незащищенных участков.1. Reducing the volume of work on the opening of gas pipelines in. as a result of improving the accuracy of determining the degree of protection of bare pipe sections and the need to repair the insulation of unprotected areas.

2.Снижение объемов работ по визуальному обследованию коррозионного состо ни газопровода в контрольных шурфах.2. Reducing the amount of work on the visual inspection of the corrosion state of the gas pipeline in control pits.

3.Снижение материальных и трудовых затрат в результате возможности пров-едени механизированного обследовани газопровода.3. Reducing material and labor costs as a result of the possibility of conducting a mechanized survey of a gas pipeline.

k. Увеличение производительности труда, обусловленной механизированным обследованием.-Экономический эффект с учетом изложенных факторов на базе сравнени с современными способами и приборами определени степени защищенности и обнаружени дефектов, например. Пеленг- 1, составит 30 тыс.руб./год.k. Increase in labor productivity due to mechanized survey. Economic effect taking into account the factors outlined on the basis of comparison with modern methods and devices for determining the degree of security and detecting defects, for example. Bearing- 1, will be 30 thousand rubles / year.

Claims

1. Glazov NP, Strizheysky I.V., Kalashnikova A., M. and others. Methods of control and measurement of protection of underground structures from corrosion. I., Nedra 1978, pp.65-79.

2. In the same place, p.138-h1.

gag

.

X / N // W / XsX / AsXxV vr

Y

ftJuS.f

/ i (f, M0

O.Z

-5 - VA .1 Fig2 1 -rir