Экстраполяция на нулевое время отключения

 

Наиболее достоверным принято считать метод отключения источника поляризации с применением автоматических запоминающих устройств и других приборов и систем. Необходимость исключения активной составляющей падения напряжения IR возникает при проведении измерений поляризационных потенциалов в грунтах и средах с низким удельным электрическим сопротивлением при относительно больших плотностях токов поляризации (более 1 мА/см²) или в грунтах и средах с высоким удельным электрическим сопротивлением при относительно низких плотностях токов поляризации (менее 0,1 мА/см²). IR может служить источником погрешностей при измерениях поляризационных потенциалов по сравнению с их истинным значением при условии, что измерения поляризационных потенциалов должны производиться через равные промежутки времени (рис. 6.21) после момента времени отключения источника поляризации t ₀

,                                    (6.24)

и что скорость спада поляризационного потенциала на этих промежутках времени должна быть тоже одинаковой:

                     (6.25)

 

Рис. 6.21. Метод экстраполяции на момент времени t ₀ = 0

График отключения источника поляризации и время измерений поляризационных

потенциалов и их экстраполирование на момент времени отключения t₀

 

Если интервалы времени после момента отключения источника поляризации t ₀ равны между собой

                              (6.26)

то уравнение (6.25) будет иметь вид:

                (6.27)

Уравнения (6.25) и (6.27) могут быть легко использованы в автоматических устройствах измерения поляризационных потенциалов, применяемых в методах «интенсивной технологии».

Критерии экстраполяции потенциала на момент времени t = 0:

1. Метод отключения источника поляризации нельзя использовать в зонах действия блуждающих токов.

2. Моменты времени измерения потенциалов t ₁, t ₂, t ₃ должны быть меньше величины постоянной времени t подземного металлического сооружения, т.е. [ t ₁, t ₂, t ₃ ] £ t /10 = 0,1 t.

3. Период отключения источника поляризации T _от на время отключения T _от должен быть T _от ³ 10 t _от.

4. Интервалы между моментами времени измерений потенциалов U _п1, U _п2, U _п3 должны быть  или .

5. Скорость спада (деполяризации) поляризационного потенциала должна удовлетворять условию

.

6. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r > 1000 Ом×м, поляризационный потенциал U _п £ - 650 мВ.

7. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r от 500 до 1000 Ом×м, поляризационный потенциал U_n £ -750 мВ (или смещение потенциала от его стационарного значения более 100 мВ).

8. Для грунтов со средней степенью аэрации, имеющих удельное электрическое сопротивление от r = 500 Ом×м и менее, поляризационный потенциал U _п от - 850 до - 1100 мВ.

9. Для анаэробных грунтов (суглинки, глины, болота) поляризационный потенциал U _п от - 950 до - 1150мВ.

 

Экстраполяционные методы

 

Для этих методов имеет место экстраполяционное уравнение,которое имеет обобщенный вид

                         (6.28)

где k может быть получен в одном из равенств

     (6.29)

Рассмотрим участок электрической цепи между подземным металлическим сооружением и электродом сравнения (рис. 6.22, а).

Рис. 6.22. Экстраполяционные методы

Схематическое изображение участков электрической цепи:

а - с одним электродом сравнения; б - с двумя электродами сравнения

 

Теперь, если изменить (увеличить или уменьшить) выходное напряжение (или выходной ток) СКЗ от Е (от 7) до Е₁ (до I₁), то уравнение (6.28) примет вид:

                           (6.30)

где E ₁ - напряжение на выходе СКЗ измененное (увеличенное или уменьшенное) относительно номинального значения, В; U _с-з1 - измеренное напряжение «сооружение–земля» при измененном напряжении на выходе СКЗ, В; I ₁ - измененная величина тока в электрической цепи СКЗ, А; U _п1 - вычисленная величина поляризационного потенциала при измененной величине выходного напряжения СКЗ, В; R _1ц - активное сопротивление всей электрической цепи СКЗ, Ом.

Поскольку время изменения (увеличения или уменьшения) выходного напряжения СКЗ незначительно по сравнению со временем деполяризации металлического подземного сооружения, то с учетом изложенного выше предположения будем считать, что U _п1 = U _п. Подземное металлическое сооружение с такими распределенными повреждениями без катодной защиты поляризуется при контакте с электролитом грунта до величины естественного потенциала U_e.

При включении станций катодной защиты под действием защитного тока, протекающего через имеющиеся повреждения изоляционного покрытия, начинаются поляризационные процессы, изменяющие толщину двойного электрического слоя на границе «металл–электролит» грунта. При этом сначала устанавливается активационная поляризация - примерно за 10^-4×с с активационным потенциалом U _а, а концентрационная поляризация может продолжаться от нескольких часов и более.

Критерии методов экстраполяции:

1. Подземное металлическое сооружение должно быть заполяризовано до относительного уровня защиты не менее 0,95.

2. Изменение потенциала сооружение-земля U_{c -з} при снижении (увеличении) поляризующего тока (напряжения) должно быть в пределах неравенства:

0,03 В < ½ U _с-з – U _с-з1 ½ < 0,15 В.

3. Разность потенциалов D U между электродами сравнения ЭС₁ и ЭС₂ до изменения (уменьшения или увеличения) выходного напряжения (тока) СКЗ должна быть не менее 0,030 В или D U ³ 0,03 В, а разность потенциалов D U ₁ между электродами сравнения ЭС₁ и ЭС₂ после изменения (уменьшения или увеличения) выходного напряжения (тока) СКЗ - не более 0,150 В или D U ₁ £ 0,15 В.

4. Изменение напряжения катодной защиты (выходного напряжения СКЗ) не должно превышать ± 50% от номинального при соблюдении п.2.

5. Изменение тока защиты подземного металлического сооружения от СКЗ не должно превышать ± 50% от номинального при соблюдении п.2.

6. Время изменения t _и, на которое уменьшается (увеличивается) величина выходного напряжения (тока) СКЗ, должно быть значительно меньше времени поляризации t _п подземного сооружения между моментами измерения параметра t _и < t _п или t _и > 10 t _п.

7. Возможно применение экстраполяционных методов на однониточных, многониточных и пересекающихся трубопроводных системах и в зонах блуждающих токов.

8. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r > 1000 Ом×м, поляризационный потенциал U_n £ - 650 мВ.

9. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r от 500 до 1000 Ом×м, поляризационный потенциал
U _п £ - 750 мВ (или смещение потенциала от его стационарного значения более 100 мВ).

10. Для грунтов со средней степенью аэрации, имеющих удельное электрическое сопротивление от r = 500 Ом×м и менее, поляризационный потенциал U_n от - 850 до - 1100 мВ.

11. Для анаэробных грунтов (суглинки, глины, болота) поляризационный потенциал U _п от - 950 до - 1150мВ.

 

Метод компенсации

 

Метод компенсации омической составляющей IR заключается в исключении (компенсации) этой величины из измеряемого значения потенциала сооружение-земля U_M и непосредственного измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения, который достигается тем, что применяется вспомогательный простейший маломощный регулируемый источник постоянного тока с вспомогательным заземлением (ВЗ), два неполяризующихся электрода сравнения ЭС₁ и ЭС₂ и два измерительных прибора (высокоомных вольтметра), как показано на рис. 6.23.

Методика непосредственного измерения поляризационных потенциалов подземных сооружений методом компенсации падения напряжения на IR состоит в оптимальном расположении перпендикулярно осевой линии со стороны анодного заземления СКЗ в одну линию ВЗ, ЭС₂ и ЭС₁.

ЭС₁ устанавливается над осевой линией трубопровода, ЭС₂ - на расстоянии 3... 10 м от ЭС₁ а ВЗ источника тока устанавливается на расстоянии 15... 50 м от осевой линии трубопровода. Вспомогательный источник тока подключается положительным полюсом к КИП трубопровода, отрицательный полюс - к ВЗ. Один высокоомный вольтметр Р₁ подключается положительной клеммой к КИП трубопровода, отрицательной клеммой - к электроду сравнения ЭС₁ другой вольтметр Р₂ подключается отрицательной клеммой к электроду сравнения ЭС₁ положительной клеммой - к электроду сравнения ЭС₂.

 

Рис. 6.23. Метод компенсации

Схема подключения измерительных приборов к подземному сооружению

для измерения поляризационных потенциалов:

ВЗ - вспомогательное заземление;

ЭС₁, ЭС₂ - неполяризующиеся электроды сравнения;

Р₁, Р₂ - высокоомные вольтметры

 

Измеряют потенциал U _с-з и разность потенциалов между электродами сравнения ЭС₁ и ЭС₂ D U, изменяя расстояние между этими электродами сравнения, удаляя или приближая электрод сравнения ЭС₂ таким образом, чтобы разность потенциалов D U была бы в пределах30... 150 мВ.И только после этого включают вспомогательный источник тока для кратковременной компенсации разности потенциалов D U между электродами сравнения ЭС₁ и ЭС₂, отображаемой на вольтметре Р₂.

Как только разность потенциалов D U достигнет нулевой величины, т.е. D U = 0, в этот момент времени необходимо зафиксировать изменившийся потенциал U _с-з, между подземным сооружением и электродом сравнения ЭС₁ который и будет соответствовать величине поляризационного потенциала U _п подземного металлического сооружения, т.е. U_n = С_с-з при условии, что D U ₁ = 0.

Критерии метода компенсации:

1. Подземное металлическое сооружение должно быть заполяризовано до относительного уровня защиты не менее 0,95.

2. Разность потенциалов D U между электродами сравнения ЭС₁ и ЭС₂ до начала компенсации должна быть не менее 0,030... 0,150 В.

3. Период компенсации между каждым измерением Т_к в одной точке и время компенсации, включая момент измерения I _к, следующие: Т_к ³ 10 t _к.

4. Возможно применение метода компенсации на однониточных, многониточных и пересекающихся трубопроводных системах, в зонах действия блуждающих токов и на сооружениях, имеющих протекторную защиту от коррозии.

5. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r > 1000 Ом×м, поляризационный потенциал U _п £ - 650 мВ.

6. Для песчаных грунтов, имеющих удельное электрическое сопротивление r = 500... 1000 Ом×м, поляризационный потенциал U _п £ - 750 мВ (или смещение потенциала от его стационарного значения более 100 мВ).

7. Для грунтов со средней степенью аэрации, имеющих удельное электрическое сопротивление от r = 500 Ом×м и менее, поляризационный потенциал U_n от - 850 и до - 1100 мВ.

8. Для анаэробных грунтов (суглинки, глины, болота) поляризационный потенциал U _п от - 950 до - 1150мВ.