CC BY
22
© В.Г. Киселев, Е.Н. Рузич, Ч.В. Чунг УДК 621.311.22(075.8)
ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЪЁМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОКСОВОЙ ЗАСЫПКИ В СИСТЕМАХ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ МОДЕЛИ АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
В ФОРМЕ ПОЛУСФЕРЫ
В.Г. Киселев, Е.Н. Рузич, Ч.В. Чунг
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого г. Санкт-Петербург, Россия
kis_vg@mail. ru, rouzith@mail. ru
Резюме: В работе на базе модельных представлений для анодного заземления системы катодной защиты в форме одиночной полусферы, которая расположена на поверхности грунта, и наличия коксовой засыпки рассчитано оптимальное, в смысле критерия «годовые приведённые затраты», количество кокса. Одновременно произведён расчет для аналогичного заземления, но без использования коксовой засыпки, что позволило провести их сравнительный анализ и рассчитать их сравнительную экономическую эффективность в зависимости от удельного сопротивления грунта. В результате данных расчётов предложено модернизированное анодное заземление с нормированным количеством коксовой засыпки, которое обладает повышенной безопасностью по сравнению с традиционным изделием, так как, в частности, позволяет снизить риски для других подземных металлических сооружений, обусловленные генерированием положительных постоянных блуждающих токов системой катодной защиты. Данное качество предлагаемого анодного заземления особенно актуально в городских условиях, а также на территории крупных промышленных объектов, характеризующихся повышенной плотностью подземных металлических сооружений.
Ключевые слова: анодное заземление, коррозия, почвенная коррозия, электрохимическая коррозия, электрохимическая защита от коррозии, катодная защита от коррозии, защита от наружной коррозии, активная защита от коррозии.
DOI:10.30724/1998-9903-2018-20-3-4-116-128
OPTIMIZATION OF THE AMOUNT OF COKE FILLING USAGE IN CATHODIC PROTECTION SYSTEMS FOR AN ANODE GROUNDING MODEL IN THE FORM OF
A HEMISPHERE
V.G. Kiselev, E.N. Ruzich, C.V. Chung
Peter the Great Saint-Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia
kis_vg@mail.ru, rouzith@mail.ru
Abstract: In this work, we calculated the optimal amount according to "annualized costs" criteria on the basis of model representations for the anodic grounding of the cathodic protection system in the form of a single hemisphere, which is located on the surface of the ground and contains coke backfilling. At the same time, calculations were made for a similar grounding, but without the use of coke filling, which allowed comparative analysis and calculation of their comparative economic efficiency, depending on the specific resistance of the soil. As a result of these calculations, we proposed a modernized anode ground with a normalized amount of coke filling, that has increased safety in comparison with the traditional product, since it allows to reduce
risks, caused by generation of positive DC stray currents of cathodic protection system, to other underground metal constructions. This quality of the proposed anode grounding is especially important in urban areas and at the territories of large industrial facilities characterized by an increased density of underground metal structures.
Keywords: sacrificial anode, electrochemical corrosion, corrosion protection, active corrosion protection, cathodic protection, soil corrosion, protection against corrosion, cathodic protection against corrosion.
Введение
Современное состояние топливно-энергетического комплекса Российской Федерации и коммунального хозяйства в целом характеризуется повышенной аварийностью подземных металлических коммуникаций (ПМК) и высокой степенью их износа, что требует значительных капитальных затрат на их реконструкцию и поддержание в работоспособном состоянии. В этом случае, как показывает практика, наибольшую опасность представляет наружная коррозия ПМК, для борьбы с которой используется целый комплекс антикоррозионных мероприятий, включающий, в том числе, и их катодную поляризацию, которая, особенно в условиях крупных городов и производственных площадок, связана со значительными капитальными и эксплуатационными затратами [1-5]. Кроме того, наблюдается явная интенсификация работ в области электрохимической защиты от коррозии под воздействием переменных блуждающих токов [6-10]. В связи с этим очевидно, что повышение эффективности использования активной антикоррозионной защиты подземных металлических трубопроводов (ПМТ) существенно уменьшает вложения как на сооружение установок катодной защиты, так и на их последующую эксплуатацию [11; 12] и поэтому может считаться приоритетным направлением развития данной технологии. Практика выработала достаточно эффективный способ снижения приведённых затрат на катодную защиту путём применения коксовой засыпки при сооружении анодных заземлений. Как правило, в этом случае положительный эффект достигается как за счет продления срока службы анодов, так и за счёт снижения затрат на электроэнергию [13], необходимую для функционирования систем электрохимической защиты. Дополнительным фактором, работающим в направлении использования коксовой засыпки, особенно в городских условиях при наличии высокой плотности укладки ПМТ и других подземных металлических сооружений, является уменьшение зоны, опасной в отношении наличия блуждающих токов, в окрестностях анодного заземления. Рассмотрению двух последних вопросов, связанных с применением традиционных модельных представлений, используемых для описания анодного заземления, и посвящена данная статья.
Оптимизация объёма использования коксовой засыпки для модели анодного заземления в форме полусферы, расположенной на поверхности грунта
Рассмотрим простейший вариант катодной защиты подземного трубопровода (рис. 1), включающий преобразователь для катодной защиты 1, кабельные прокладки 2 и 3, анодное заземление 4 и собственно защищаемый металлический трубопровод 5, изолированный от окружающей среды при помощи диэлектрического, например полиэтиленового, покрытия 6. При этом все элементы системы, за исключением преобразователя и части изолированных кабельных прокладок, расположены в грунте 7, а диэлектрическое покрытие имеет такие дефекты 8, что металл трубопровода в их пределах непосредственно контактирует с окружающим его грунтом или грунтовым электролитом.
Примем, что анод для заземления установки катодной защиты (рис. 1 и 2) представляет собой одиночный электрод, выполненный из металла, например железа, в форме полусферы с радиусом r0, который расположен на поверхности грунта, как это
показано на рис. 2,а. Удельное сопротивление металла равняется рм а удельное сопротивление грунта соответственно pg.
Рис. 1. Схема катодной защиты: 1 - катодная станция (преобразователь); 2, 3 -кабельные прокладки; 4 - анодное заземление; 5 - защищаемый металлический трубопровод; 6 -полиэтиленовое покрытие;
7 - грунт; 8 - дефект; 9 - коксовая засыпка
В силу того, что удельное сопротивление металла крайне мало и значительно меньше удельного сопротивления грунта, то, с одной стороны, можно считать, что поверхность металлической полусферы эквипотенциальна и равна потенциалу на её кабельном вводе, а с другой стороны - не учитывать сопротивление металла анода в дальнейших расчётах. Поэтому, при нахождении рассматриваемой модели в гомогенном грунте и при бесконечном удалении её от трубопровода, сопротивление растекания анодного заземления будет определяться следующим выражением [14, стр. 436]:
К - (1)
5 2щ0
В свою очередь, если предположить, что анодное заземление находится при тех же самых условиях, в коксовой засыпке (грунт целиком заменён на коксовую засыпку, рис. 2,Ъ), то его сопротивление растекания Я^ будет определяться выражением, аналогичным предыдущему [14, с. 436], а именно:
К , (2)
2пГо
где р^ - удельное сопротивление коксовой засыпки.
Примем, что г - расстояние от центра анодного заземления (точка а) до некоторой точки (Ъ) в грунте или коксовой засыпке (рис. 2,с и 2,аТ). В этом случае, учитывая симметрию объекта исследования, сопротивление слоя грунта от окончания радиус-вектора г (точка Ъ) до точки грунта (с) бесконечно удалённой от анодного заземления Яягт будет определяться следующей формулой (рис. 2,с):
Рис. 2. Модель анодного заземления полусферической формы, расположенная на поверхности земли (грунта)
Аналогично, сопротивление слоя коксовой засыпки от окончания радиус-вектора г (точка Ь) до точки грунта, бесконечно удалённой от анодного заземления (точка с), в случае если грунт полностью заменён коксовой засыпкой (рис. 2,$), можно будет рассчитать, используя следующее математическое выражение:
р _
Якгю =
Рк 2пг
(4)
Из формул (1) и (3) следует, что сопротивление слоя грунта, находящегося между анодным заземлением и полусферой с радиусом г (рис. 2,с), будет определяться соотношением
Я =
^ 2п
(
1
Л
(5)
Аналогично, из формул (2) и (4) следует, что сопротивление слоя коксовой засыпки, находящегося между анодным заземлением и полусферой с радиусом г, в случае, если грунт в системе полностью заменён коксовой засыпкой (рис. 2,$), можно рассчитать с использованием математического выражения
Я = Рк.
к°г 2п
1
\
(6)
Из соотношений (5) и (6), путём вычитания, получаем формулу для расчета изменения величины сопротивления анодного заземления АЯ при замене слоя грунта на коксовую засыпку с радиусом, изменяющимся от г0 до значения гк (рис. 2,е). Таким образом, общее сопротивление грунта Яя, определяемое формулой (1), уменьшится на величину АЯ:
ЛЯ = Я -Я . (7)
gr0r кг0г
При подстановке в правую часть последнего выражения значений соответствующих величин из предыдущих формул, получаем:
ДЯ =
(Р*- Рк)
'1 п
2п
г0 гк
(8)
/
Использование последнего соотношения совместно с уравнением (1), определяющим сопротивление анодного заземления выбранной нами формы и расположения в грунте, позволяет получить формулу для расчёта сопротивления анодного заземления, расположенного в комбинированной системе: коксовая засыпка - грунт. В этом случае коксовая засыпка расположена в полусфере, ограниченной, соответственно, радиус-векторами г0 и гк, за пределами радиус-вектора гк вплоть до бесконечности находится грунт (рис. 2,е). Сопротивление растекания анодного заземления выбранной нами формы и сочетания коксовой засыпки и грунта Я^ будет определяться следующим соотношением:
Як* = Я*-ДЯ . (9)
При подстановке в правую часть последнего выражения значений соответствующих величин из предыдущих формул, получаем формулу, характеризующую сопротивление растекания анодного заземления при наличии коксовой засыпки:
(1 И
(10)
Р * ^Рк
Як* =—~ +
2пГк 2п
1-1
/0 к
Известно [15, с. 82], что значение катодного защитного тока /0, полностью определяется параметрами, характеризующими защищаемое сооружение и окружающую его среду. В этом случае, исходя из схемы катодной защиты (рис. 1), очевидно, что при любых изменениях характеристик анодного заземления величина 10 должна оставаться постоянной. Это обстоятельство позволяет нам определить потери мощности на анодном заземлении при изменении его рабочих характеристик.
В этом случае годовые расходы на электроэнергию Cg, которые обусловлены электрическим сопротивлением анодного заземления, находящегося в грунте, с учётом формулы Джоуля-Ленца будут определяться следующим выражением:
С* = КШ 02 Яg, (11)
где К - коэффициент, характеризующий коэффициент полезного действия преобразователя; так, например, при КПД равном 50% величина данного коэффициента будет равна двум; к -стоимость электроэнергии (примем её равной 4,00 руб/(кВт-ч)); t - количество часов в году (8760); /0 - общий защитный ток, текущий через анодное заземление.
Точно так же расходы на электроэнергию Ск, которые обусловлены электрическим сопротивлением анодного заземления, находящегося в коксовой засыпке, будут определяться формулой, аналогичной предыдущему математическому выражению:
Ск=Кк11Як. (12)
Сочетание последних трёх уравнений позволяет записать соотношение, определяющее расход электроэнергии на анодном заземлении, находящемся в комбинированном грунте, с параметрами, определёнными нами ранее, и состоящем из коксовой засыпки и собственно грунта:
Ск* = Кка0Як*. (13)
Вместе с тем, общий экономический эффект практически любого мероприятия в области строительства, в том числе и сооружения объектов электрохимической защиты, как правило, принято оценивать с использованием понятия «приведённый годовой эффект», обычно определяемый следующим соотношением:
Р = К0 + Еа, (14)
Кк = кааБ 2П (к - г0 ) , (15)
где P - приведённые годовые затраты в рублях; К0 - капитальные затраты на сооружение объекта в рублях; T - срок службы объекта (количество лет); Ea - годовые эксплуатационные затраты в рублях.
Следует отметить, что использование коксовой засыпки при сооружении анодного заземления, помимо собственно уменьшения потерь мощности на нём, приводит к ряду других положительных эффектов. Так, например, в этом случае [14, стр. 185]: увеличивается срок службы анодов; уменьшается, в силу существенного роста реакционной поверхности, электрохимическое перенапряжение на анодном заземлении; снижается необходимая установочная мощность преобразователя катодной защиты и, по всей видимости, несколько снижаются затраты на профилактическое обслуживание установки катодной защиты. Однако рассмотрение этих вопросов явно выходит за рамки заявленной темы, поэтому в данной работе мы на них останавливаться не будем.
Как следует из формулы (14), общий экономический эффект, обусловленный экономией электроэнергии при использовании коксовой засыпки, несколько снижается за счёт стоимости кокса и дополнительных затрат на его доставку и укладку. В строительстве при грубых оценках стоимости работ принято считать, что стоимость доставки и использования материала равняется его цене. Воспользуемся этим широко распространённым приёмом для оценки работ по укладке кокса при строительстве анодного заземления. В этом случае для комплекса работ по укладке коксовой засыпки, включая и стоимость материалов Кк, получаем следующее выражение:
,2л/
Т
где ка - коэффициент, характеризующий затраты на доставку и укладку коксовой засыпки, по отношению к стоимости самого материала; например, при стоимости материала, равной стоимости работ по его доставке и укладке, он будет равен двум; а - стоимость в рублях единицы веса коксовой засыпки, руб/кг; Б - плотность коксовой засыпки, кг/м3.
В таком случае общие капитальные затраты на сооружение анодного заземления К0, входящие в формулу (14), будут представлены следующим выражением
К0 = Ка + Кк , (16)
где Ка - капитальные затраты, включающие стоимость, доставку и укладку собственно жертвенного анода, которые в нашем случае по условиям задачи неизменны.
Для расчёта годовых приведённых затрат Р в соответствии с формулой (14) необходимо определить годовые приведённые капитальные затраты К0/Т и годовые эксплуатационные затраты Еа. Отметим, что величина К0, исходя из соотношений (15) и (16), является возрастающей функцией с пределами изменения от некоторой константы до бесконечности и областью определения от г0 до бесконечности. В то же время функция С^, с той же самой областью определения, в соответствии с соотношением (13) является убывающей от некоторой константы до нуля. Учитывая, что мы при анализе эксплуатационных затрат анодного заземления учитываем только затраты на электроэнергию, то можно принять что Скг ~ Еа. Таким образом, исходя из физической сущности функций К0 и Скг (и та, и другая зависят от радиус-вектора г) и учитывая, что величина срока службы анодного заземления Т, по определению, больше или равна нулю, можно утверждать, что приведённые затраты Р, определяемые соотношением (14), имеют некоторое минимальное значение при изменении величины гк. Для нахождения его воспользуемся тем обстоятельством, что для непрерывных функций в точке экстремума их производная равна нулю. Подставим в соотношение (14) полученные нами значения величин Еа и К0, тогда получим следующее выражение:
Р = кааБ 2П (к - го3) + ка + Ш10
(с „ ( л л\\
о , Рк
2лгь 2п
11
г0 гк
(17)
//
Продифференцируем последнее выражение по и приравняем полученное соотношение к нулю. После разрешения его относительно получим формулу для вычисления оптимальной величины радиус-вектора гкг\
= 4
V
(рg - рk ) ШЛ0
4п akaD
(18)
где rkr — значение вектора rk, отвечающее оптимальному, в смысле уравнения (14), выбору параметров коксовой засыпки.
Подставим в данную формулу вместо буквенных обозначений конкретные наиболее распространённые значения характеризующих их численных величин (pk = 0,2 Ом-м; к = 4 руб/(кВт-ч); K = 2; t = 8760 ч; T = 10 лет; I0 = 1 А; a = 40 руб/кг; ка = 2; r0 = 0,15 м; D = 800 кг/м ; Ka = 20 000 руб.) и проведём вычисления оптимальной «толщины» коксовой засыпки как функции удельного сопротивления грунта. Значения удельного сопротивления грунта pg будем варьировать в пределах от 10 Ом-м (влажная глина; песок, сильно увлажнённый грунтовыми водами) до 100 Ом-м (суглинок полутвёрдый; умеренно увлажнённый песок). Результаты вычисления представим в табличной (табл. 1) и графической (рис. 3) форме.
Зависимость основных характеристик одиночного с оптимальными параметрами коксовой засыпки
Таблица 1
полусферического анодного заземления
pg, Ом-м Гкг(Гг), м Rkg, Ом Ka, руб. Kk, руб. Ea, руб. P, руб./год
10 0,228 7,04 20 000 1144 494 2608
20 0,272 11,79 20 000 2253 826 3052
30 0,302 15,95 20 000 3223 1117 3440
40 0,324 19,76 20 000 4114 1385 3796
50 0,343 23,34 20 000 4950 1636 4130
60 0,359 26,74 20 000 5745 1874 4448
70 0,373 30,00 20 000 6507 2103 4753
80 0,386 33,15 20 000 7242 2323 5047
90 0,397 36,20 20 000 7954 2537 5332
100 0,408 39,16 20 000 8647 2745 5609
В качестве базы для сравнения рассмотрим вариант анодного заземления, в котором коксовая засыпка отсутствует. В этом случае вместо формулы (13) для расчёта годовых эксплуатационных затрат на анодном заземлении без коксовой засыпки Еаг необходимо использовать модернизированную формулу (11), которую мы обозначим как (11*):
Еаё = КМ0\ . (11*)
В свою очередь, для расчёта капитальных затрат вместо формулы (16) нужно использовать следующее соотношение:
(16*)
приведённых затрат для анодного заземления, с использованием модернизированной формулы (14),
К0 = K a .
Проведем вычисления
расположенного в грунте обозначив её через (14*):
Pg
Ко T
"ag
(14*)
Результаты вычислений представим в табличной форме (табл. 2), а в графической форме для сравнения с приведёнными затратами в случае наличия коксовой засыпки покажем на рис. 3.
РРЙ 1НИН1
9000 8000 7000 6000 ) 5000 4000 3000 2000 1000 0
у у
У у' у
4 Г
* у ✓ У
у / >
ф *
у * **
— - Приведённые годовые затраты (с коксовой засыпкой)
-1- Приведённые годовые затраты ( засыпки) -1-1-1- оез коксовой -1-
о,-
0.4? 0.4 0.35 0,3 0.2? 0,2 0,15 0.1 0.05 О
Гкг, М
О 10 20 30 40 50 60 70 30 90 100 110
рг Ом*м
Рис. 3. Зависимость приведённых годовых затрат Р и расчетного оптимального радиуса коксовой засыпки (ГкГ) от удельного сопротивления грунта pg
Таблица 2
Зависимость основных характеристик одиночного полусферического анодного заземления
ре, Омм Ка, руб. Еае, руб./год Ре, руб./год
10 20 000 744 2744
20 20 000 1488 3488
30 20 000 2232 4232
40 20 000 2976 4976
50 20 000 3720 5720
60 20 000 4464 6464
70 20 000 5208 7208
80 20 000 5952 7952
90 20 000 6696 8696
100 20 000 7439 9439
Простое сравнение табличных данных и графических материалов показывает существенное снижение приведённых затрат при использовании оптимальных параметров коксовой засыпки в процессе сооружения анодного заземления и увеличение данного полезного эффекта с ростом удельного сопротивления грунта.
Влияние объёма использования коксовой засыпки для модели анодного заземления в форме полусферы, расположенной на поверхности грунта, на размеры зоны, опасной в отношении блуждающих токов, исходящих от анодного заземления
Примем, как и ранее, что г - расстояние от центра анодного заземления до некоторой точки в грунте или коксовой засыпке (рис. 2). В этом случае, в соответствии с монографией [14, с. 432 и 436], потенциал анодного заземления ф^ , измеренный относительно
бесконечно удалённой земли, будет определяться формулой
г0
В тоже время, ориентируясь на тот же источник [14, с. 432, 436], потенциал грунта ф#Г, расположенного на расстоянии г от центра анодного заземления, может определяться
и следующим математическим выражением:
ф #0
фgr = г0— . (20)
5 у
После подстановки в последнюю формулу значения величины ф^ из соотношения (19) получаем соотношение
ф#0 = ^¡0. <">
ф*=^ ■ <21>
В соответствии с практическим критерием [15, стр. 171] оценки опасности в отношении блуждающих токов, исходящих от анодного заземления, потенциал грунта относительно бесконечно удалённой земли, равный +0,5 вольта и менее, признаётся не опасным. Данное обстоятельство позволяет рассчитать с использованием формулы (21) размеры окружности с ценром, в котором находится анодное заземление, опасной в отношении блуждающих токов. После подстановки в формулу (21) вместо ф#Г его значения, равного +0,5 вольт, и проведения
соответствующих преобразований получаем для вычисления границы опасной зоны, очерченной на поверхности грунта радиус-вектором г8ГО, следующее выражение:
'оР#
гего = . (22)
П
При использовании коксовой засыпки в части полусферы, ограниченной соответственно радиус-векторами г0 и гк, за пределами радиус-вектора гк, вплоть до бесконечности, будет находиться грунт. В этом случае величину Ккг, определяющую общее сопротивление анодного заземления, можно будет рассчитать с использованием формулы (10). В соответствии с законом Ома и уравнением (10), при выбранных нами ранее параметрах, характеризующих анодное заземление, грунт и коксовую засыпку, значение потенциала анодного заземления фкеу относительно бесконечно удалённой земли при
наличии коксовой засыпки и грунта будет определяться соотношением
/о Гк.
фкег0 = 'о
.+ Рк
(23)
2пгк 2п
Для нахождения потенциала грунта фк#г, расположенного на расстоянии г от центра
анодного заземления, в случае наличия только коксовой засыпки перепишем выражение (20) следующим образом:
фкег0
фкег = Г0 . (20*)
Подставив значение потенциала анодного заземления ф^ из уравнения (23) в (20*), получим:
<$kgr
r0I0 2rn
(
rk
- + Pk
(24)
Учитывая, что в соответствии с практическим критерием опасности анодного заземления в отношении блуждающих токов для подземных металлических сооружений потенциал ф, должен быть равен +0,5 вольта, величину безопасного радиуса гв можно
вычислить из последней формулы:
rB =
r0 70
rk
-+Pk
1
r0
1
rk
(25)
rBO =
(26)
Однако в ряде случаев более информативной характеристикой, необходимой для анализа данного явления, является определение величины rBO, которая представляет собой частный случай величины rB, вычисленной при оптимальном, в смысле формулы (18), значении величины радиуса коксовой засыпки. Такой подход позволяет несколько видоизменить формулу (25) и представить её в следующем виде:
[pg+p f 1_±V п rkr l r0 rkr,
Проведём вычисление величины rBO как функции удельного сопротивления грунта, воспользовавшись формулой (26) и табл. 1. В качестве базы для сравнения используем вариант анодного заземления без коксовой засыпки (формула 22), которая характеризуется радиус-вектором rgro. В таком случае уменьшение величины опасной зоны, очерченной радиус-вектором, исходящим из центра одиночного анодного заземления, составит величину Ar и будет определяться следующей формулой
Ar = rgro - rBO . (27)
Однако зачастую более информативной характеристикой, необходимой для анализа данного явления, является выигрыш в площади, безопасной в отношении блуждающих токов AS, связанный с применением коксовой засыпки для анодного заземления, который можно вычислить с использованием формулы, полученной на основании формулы для расчёта площади кругового кольца:
AS = п
f J0Pg ' 2 r0I0
- п
l п J п l
(
rkr
-+Pk
1
l r0
1
rkr
2
(28)
Проведём данные вычисления, а их результаты внесём в табл. 3 и представим в графической форме (рис. 4).
Таблица 3
Зависимость характеристик зоны опасной в отношении блуждающих токов одиночного полусферического анодного заземления от удельного сопротивления грунта рг
pg, Омм rkr, м r м ' groi 1VA Гво, м Ar, м AS, м2
10 0,228 3,18 2,11 1,07 18
20 0,272 6,37 3,54 2,83 88
30 0,302 9,55 4,78 4,77 215
40 0,324 12,74 5,93 6,81 399
50 0,343 15,92 7,00 8,92 642
60 0,359 19,11 8,02 11,09 944
70 0,373 22,29 9,00 13,29 1306
80 0,386 25,48 9,94 15,53 1728
90 0,397 28,66 10,86 17,80 2209
100 0,408 31,85 11,75 20,10 2751
г%ГО гБО, М
90 100 110 Ом*м
Рис. 4. Зависимость радиуса опасной зоны в случае наличия (гБО) и отсутствия (ггго) коксового наполнителя от удельного сопротивления грунта (рг)
Обсуждение результатов и выводы
В работе на базе модельных представлений для анодного заземления системы катодной защиты в форме одиночной полусферы, которая расположена на поверхности грунта, и наличия коксовой засыпки рассчитано оптимальное, в смысле критерия «годовые приведённые затраты», количество кокса. Одновременно произведён расчет для аналогичного заземления, но без использования коксовой засыпки, что позволило провести их сравнительный анализ и рассчитать сравнительную экономическую эффективность в зависимости от удельного сопротивления грунта. В результате данных расчётов предложено модернизированное анодное заземление с нормированным количеством коксовой засыпки, которое обладает повышенной безопасностью по сравнению с традиционным изделием, так как позволяет снизить риски, обусловленные генерированием положительных постоянных блуждающих токов системой катодной защиты, для других подземных металлических сооружений. Данное качество предлагаемого анодного заземления особенно актуально в городских условиях, а также на территории крупных промышленных объектов, характеризующихся повышенной плотностью подземных металлических сооружений.
В результате проведённых исследований можно сделать следующие выводы.
1. Предложена методика расчёта оптимального количества кокса для полусферической модели анодного заземления, гарантирующая снижение приведённых затрат и оценку величины данного снижения при сооружении и последующей эксплуатации анодного заземления системы катодной защиты при различных значениях удельного сопротивления грунта.
2. Предложена методика расчёта снижения зоны, опасной в отношении положительных блуждающих токов для полусферической модели анодного заземления, работающей при оптимальных параметрах в отношении приведённых годовых затрат при различных значениях удельного сопротивления грунта.
Литература
1. Сурис М.А., Липовских В.М. Защита трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии. М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 2003. 216 с.
2. Родичев Л.В. Снижение ресурса эксплуатационной безопасности тепловых сетей и методы их защиты. СПб.: Издательство СПбГПУ, 2002. 138 с.
3. Родичев Л.В. Эффективность транспорта тепловой энергии. СПб.: Издательство ООО «Дом Шуан», 2006. 448 с.
4. Мурадов А.В., Исмайлова Г.Г., Хасанов А.А. Некоторые особенности реализации совместной электрической защиты // Нефть, газ и бизнес. 2014. № 4. С. 61-63.
5. Мурадов А.В., Исмайлова Г.Г., Хасанов А.А. Совместная защита двух подземных сооружений // Нефть, газ и бизнес. 2012. № 4. С. 44-46.
6. W. v. Baeckmann, Jakob R. Korrosionsschutz von Gas-und Wasserrohrleitungen. Vulkan-Verlag Essen, 1995, 82 s.
7. Ulrich Bette, Christoph Bornemann. Ergebnisse von Laboruntersuchungen zur Wechselstromkorrosion. 3R International. 2008. № 11. P. 641-645.
8. Ulrich Bette. Ergebnisse des Feldversuchens an einer durch Bahnwechselstrom beeinflussten Rohrleitung. 3R International. 2016. № 6. P. 40-45.
9. Markus Büchler, David Joos. Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Rohrleitungen. 3R International. 2016. № 6. P. 46-52.
10. Marius Fischer, Arnold Weber. Alternative Schutzstromversorgung in Verteilnetzen. 3R International, 2016, № 6, P. 53-57.
11. Киселев В.Г., Калютик А.А. Влияние покрывного слоя подземных металлических сооружений на коэффициент полезного действия катодной защиты // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 5-6. С. 27-36.
12. Киселев В.Г., Калютик А.А. Влияние удельного сопротивления грунта в зоне расположения подземного трубопровода на коэффициент полезного действия катодной защиты // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 11-12. С. 48-55.
13. Киселев В. Г. Основные принципы проектирования катодной защиты подземных металлических сооружений // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 4-1 (183). С. 93-99.
14. W. von Baeckmann und W. Schwenk. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. Verlag Chemie, 1980. 465 p.
15. Ulrich Bette, Wolfgang Vesper. Taschenbuch für den kathodischen Korrosionsschutz. VulkanVerlag Essen, 2005. 367 p.
Авторы публикации
Киселев Владимир Геннадьевич — д-р техн. наук, профессор кафедры «Атомная и тепловая энергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). E-mail: kis_vg@mail.ru.
Рузич Евгений Николаевич — аспирант кафедры «Атомная и тепловая энергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). E-mail: rouzith@mail.ru.
Чан Ван Чунг — студент кафедры «Атомная и тепловая энергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). E-mail: tranvan_trung551987@yahoo.com.
References
1. Suris M.A., Lipovskikh V.M. Zashchita truboprovodov teplovykh setei ot naruzhnoi korrozii. M.: Energoatomizdat, 2003. 216 s.
2. Rodichev L.V. Snizhenie resursa ekspluatatsionnoi bezopasnosti teplovykh setei i metody ikh zashchity. SPb.: Izdatel'stvo SPbGPU, 2002. 138 s.
3. Rodichev L.V. Effektivnost' transporta teplovoi energii. SPb.: Izdatel'stvo OOO «Dom Shuan», 2006. 448 s.
4. Muradov, A.V., Ismailova G.G., Khasanov A.A. Nekotorye osobennosti realizatsii sovmestnoi elektricheskoi zashchity // Neft', gaz i biznes. 2014. № 4. S. 61-63.
5. Muradov A.V., Ismailova G.G., Khasanov A.A. Sovmestnaya zashchita dvukh podzemnykh sooruzhenii // Neft', gaz i biznes. 2012. № 4. S. 44-46.
6. W. v. Baeckmann, Jakob R. Korrosionsschutz von Gas-und Wasserrohrleitungen. Vulkan-Verlag Essen, 1995, 82 s.
7. Ulrich Bette, Christoph Bornemann. Ergebnisse von Laboruntersuchungen zur Wechselstromkorrosion. 3R International, 2008. № 11, P. 641-645.
8. Ulrich Bette. Ergebnisse des Feldversuchens an einer durch Bahnwechselstrom beeinflussten Rohrleitung. 3R International, 2016. № 6, P. 40-45.
9. Markus Büchler, David Joos. Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Rohrleitungen. 3R International, 2016, № 6, P. 46-52.
10. Marius Fischer, Arnold Weber. Alternative Schutzstromversorgung in Verteilnetzen. 3R International, 2016, № 6, P. 53-57.
11. Kiselev V.G., Kalyutik A.A. Vliyanie pokryvnogo sloya podzemnykh metallicheskikh sooruzhenii na koeffitsient poleznogo deistviya katodnoi zashchity // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Problemy energetiki. 2016. № 5-6. S. 27-36.
12. Kiselev V.G., Kalyutik A.A. Vliyanie udel'nogo soprotivleniya grunta v zone raspolozheniya podzemnogo truboprovoda na koeffitsient poleznogo deistviya katodnoi zashchity // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Problemy energetiki. 2015. № 11-12. S. 48-55.
13. Kiselev V. G. Osnovnye printsipy proektirovaniya katodnoi zashchity podzemnykh metallicheskikh sooruzhenii // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU. 2013. № 4-1 (183). S. 93-99.
14. W. von Baeckmann und W. Schwenk. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. Verlag Chemie, 1980, 465 p.
15. Ulrich Bette, Wolfgang Vesper. Taschenbuch für den kathodischen Korrosionsschutz. VulkanVerlag Essen, 2005. 367 p.
Authors of the publication
Kiselev Vladimir Gennad'evich — the doctor of science (Tech.), professor of the department "Nuclear and Heat Power Engineering", Peter the Great. St. Petersburg Polytechnic University.
Ruzich Evgenij Nikolaevich — PhD student of the department "Nuclear and Heat Engineering", Peter the Great. St. Petersburg Polytechnic University.
Chan Van Chung - student of the department "Nuclear and Heat Power Engineering", Peter the Great. St. Petersburg Polytechnic University.
Поступила в редакцию 11 января 2018 года.
