Научная статья на тему 'Оптимизация режимов работы оборудования систем электрохимической защиты в зависимости от внешних факторов и с учетом текущего состояния газопровода'

Оптимизация режимов работы оборудования систем электрохимической защиты в зависимости от внешних факторов и с учетом текущего состояния газопровода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
284
67
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД / ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ / ОПТИМАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ / ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА / ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ / GAS PIPELINE / ELECTROCHEMICAL CORROSION PROTECTION / OPTIMAL CONTROL / PREDICTING RESIDUAL LIFE / LOAD BALANCING

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Борнуковская К.А., Карнавский Е.Л., Никулин С.А., Мартыненко Д.С.

Определение оптимальных значений режимов работы станций катодной защиты на протяженных и площадных объектах является необходимой задачей, решение которой позволяет поддерживать нормируемые значения защитных и поляризационных потенциалов в регламентируемых пределах. В статье рассмотрены подходы по нахождению оптимальных режимов работы станций катодной защиты в зависимости от эксплуатационных условий, а также с учетом текущего технического состояния оборудования и материалов системы противокоррозионной защиты в условиях ограничения финансирования на капитальный ремонт. Отмечено, что на сегодняшний день существующие подходы к решению задачи оптимального регулирования не учитывают влияния внешних факторов на участках газопровода, а также текущего технического состояния элементов системы противокоррозионной защиты. В рамках исследования, результаты которого представлены в статье, на основании статистических данных, полученных с помощью внедренной подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга, были вычислены коэффициенты системы уравнений, описывающих зависимость уровня защитных потенциалов на объектах от влияния станций катодной защиты, установлены ограничения математической модели в зависимости от коррозионно-опасных факторов и режимов работы станций. На основании полученных коэффициентов и ограничений были определены оптимальные режимы работы станций катодной защиты, а также спрогнозирован остаточный ресурс элементов системы противокоррозионной защиты. Разработанный алгоритм решения задачи оптимального регулирования выходными параметрами станций катодной защиты позволяет с помощью перераспределения нагрузки между станциями продлить ресурс как одного из элементов системы противокоррозионной защиты, так и системы в целом. Срок продления ресурса определяется исходя из перспективных планов по проведению капитального ремонта оборудования и материалов противокоррозионной защиты.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Борнуковская К.А., Карнавский Е.Л., Никулин С.А., Мартыненко Д.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

0PTIMIZATION OF ELECTROCHEMICAL PROTECTION SYSTEMS EQUIPMENT 0PERATING MODES DEPENDING ON CURRENT STATE OF THE GAS PIPELINE

To determine optimal values for behavior of cathodic protection stations in extended and areal objects is an essential problem with the solution allowing to keep up normalizable values of protective and polarized potentials within the limits that can be specified. The article analyses approaches to identification of optimal behavior for cathodic protection stations depending on operating conditions, as well as considering current equipment technical status and anticorrosive protection materials under limitation of major repair funds. It is pointed out that so far the available approaches to solve the optimal control problem have not considered the effects of external factors in gas line sections, as well as current technical status of anticorrosive protection system «mponents. As part of the research with the results laid down therein, on the basis of statistical data obtained through the introduced remote corrosion monitoring subsystem, the analyses were carried out with the purpose to calculate the coefficients of combined equations characterizing the level dependence of protective potentials at the target objects of cathodic protection stations and the mathematical model constraints depending on corrosive-hazardous factors and operating conditions of stations. Basing on the resulting coefficients and constraints optimal conditions for cathodic protection stations were calculated and the remaining technical life-time of anticorrosive protection system components predicted. The problem solving algorithm developed for optimal output parameter varying of cathodic protection stations by means of inter-stations loading allows to extend the remaining life of an anticorrosive protection system as a whole or just its single component. The life extension time can be calculated according to the task plans for major repairs of corrosive protecting equipment and materials.

Текст научной работы на тему «Оптимизация режимов работы оборудования систем электрохимической защиты в зависимости от внешних факторов и с учетом текущего состояния газопровода»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

УДК 620.197.5:620.191.4

К.А. Борнуковская1, e-mail: kbornukovskaya@gazpromproject.ru; Е.Л. Карнавский2, e-mail: ekarnavsky@ggc.nnov.ru; С.А. Никулин2, e-mail: s.nikulin@ggc.nnov.ru; Д.С. Мартыненко3, e-mail: d.s.martynenko@gtm.gazprom.ru

1 ООО «Газпром проектирование» (Нижегородский филиал) (Нижний Новгород, Россия).

2 АО «Гипрогазцентр» (Нижний Новгород, Россия).

3 ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, Россия).

Оптимизация режимов работы оборудования систем электрохимической защиты в зависимости от внешних факторов и с учетом текущего состояния газопровода

Определение оптимальных значений режимов работы станций катодной защиты на протяженных и площадных объектах является необходимой задачей, решение которой позволяет поддерживать нормируемые значения защитных и поляризационных потенциалов в регламентируемых пределах. В статье рассмотрены подходы по нахождению оптимальных режимов работы станций катодной защиты в зависимости от эксплуатационных условий, а также с учетом текущего технического состояния оборудования и материалов системы противокоррозионной защиты в условиях ограничения финансирования на капитальный ремонт.

Отмечено, что на сегодняшний день существующие подходы к решению задачи оптимального регулирования не учитывают влияния внешних факторов на участках газопровода, а также текущего технического состояния элементов системы противокоррозионной защиты.

В рамках исследования, результаты которого представлены в статье, на основании статистических данных, полученных с помощью внедренной подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга, были вычислены коэффициенты системы уравнений, описывающих зависимость уровня защитных потенциалов на объектах от влияния станций катодной защиты, установлены ограничения математической модели в зависимости от коррозионно-опасных факторов и режимов работы станций. На основании полученных коэффициентов и ограничений были определены оптимальные режимы работы станций катодной защиты, а также спрогнозирован остаточный ресурс элементов системы противокоррозионной защиты.

Разработанный алгоритм решения задачи оптимального регулирования выходными параметрами станций катодной защиты позволяет с помощью перераспределения нагрузки между станциями продлить ресурс как одного из элементов системы противокоррозионной защиты, так и системы в целом. Срок продления ресурса определяется исходя из перспективных планов по проведению капитального ремонта оборудования и материалов противокоррозионной защиты.

Ключевые слова: магистральный газопровод, электрохимическая защита от коррозии, оптимальное регулирование, прогнозирование остаточного ресурса, перераспределение нагрузки.

K.A. Bornukovskaya1, e-mail: kbornukovskaya@gazpromproject.ru; E.L. Karnavskiy2, e-mail: ekarnavsky@ggc.nnov.ru; S.A. Nikulin2, e-mail: s.nikulin@ggc.nnov.ru; D.S. Martynenko3, e-mail: d.s.martynenko@gtm.gazprom.ru

1 Gazprom proektirovaniye JSC (Nizhny Novgorod, Russia).

2 Giprogascentr JSC (Nizhniy Novgorod, Russia).

3 Gazprom transgaz Moscow JSC (Moscow, Russia).

Optimization of Electrochemical Protection Systems Equipment Operating Modes depending on Current State of the Gas Pipeline

To determine optimal values for behavior of cathodic protection stations in extended and areal objects is an essential problem with the solution allowing to keep up normalizable values of protective and polarized potentials within the limits that can be specified. The article analyses approaches to identification of optimal behavior for cathodic protection stations depending on operating conditions, as well as considering current equipment technical status and

26

№ 9 сентябрь 2019 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

ANTICORROSIVE PROTECTION

anticorrosive protection materials under limitation of major repair funds. It is pointed out that so far the available approaches to solve the optimal control problem have not considered the effects of external factors in gas line sections, as well as current technical status of anticorrosive protection system «mponents. As part of the research with the results laid down therein, on the basis of statistical data obtained through the introduced remote corrosion monitoring subsystem, the analyses were carried out with the purpose to calculate the coefficients of combined equations characterizing the level dependence of protective potentials at the target objects of cathodic protection stations and the mathematical model constraints depending on corrosive-hazardous factors and operating conditions of stations. Basing on the resulting coefficients and constraints optimal conditions for cathodic protection stations were calculated and the remaining technical life-time of anticorrosive protection system components predicted. The problem solving algorithm developed for optimal output parameter varying of cathodic protection stations by means of inter-stations loading allows to extend the remaining life of an anticorrosive protection system as a whole or just its single component. The life extension time can be calculated according to the task plans for major repairs of corrosive protecting equipment and materials.

Keywords: gas pipeline, electrochemical corrosion protection, optimal control, predicting residual life, load balancing.

Рис. 1. Упрощенная технологическая схема исследуемых объектов с расположением средств электрохимзащиты

Fig. 1. Simplified flow diagram of the system under study with electrochemical protective equipment layout

ВВЕДЕНИЕ

Одной из ключевых задач, стоящих перед специалистами газотранспортных компаний,является необходимость поддержания режимов работы системы электрохимзащиты (ЭХЗ) на оптимальном уровне в целях сокращения энергопотребления, увеличения ресурса системы ЭХЗ, а также снижения затрат на капитальный ремонт. Решение данной задачи осложняется тем обстоятельством, что в состав магистральных газопроводов (МГ) входят разноплановые сооружения с разными свойствами, такие как промышленные площадки с изолированными трубами и заземленным оборудованием, изолированная линейная часть, а также неизолированные промскважины и др. При этом элементы установок катодной защиты (УКЗ) и источники их электроснабжения достаточно часто выходят из строя. Кроме того, как правило, эксплуатирующие организации поддерживают завышенные режимы работы станций катодной защиты (СКЗ) и защитные потенциалы в точках дренажа для перекрытия зон с провалом потенциала, что приводит к повышенным энергозатратам и сокращению ресурса оборудования и материалов системы противокоррозионной защиты (ПКЗ). В таких условиях достаточно сложно, а порой невозможно определить оп-

тимальные значения режимов работы СКЗ, позволяющие поддерживать необходимые значения поляризационных и защитных потенциалов по всей протяженности объекта с учетом разных требований к минимальным и макси-

мальным значениям потенциалов в зависимости от условий эксплуатации и наличия факторов, способствующих развитию коррозии. Очевидно, что уменьшение защитного тока - это не только оптимизация

Ссылка для цитирования (for citation):

Борнуковская К.А., Карнавский Е.Л., Никулин С.А., Мартыненко Д.С. Оптимизация режимов работы оборудования систем электрохимической защиты в зависимости от внешних факторов и с учетом текущего состояния газопровода // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019. № 9. C. 26-36. Bornukovskaya K.A., Karnavskiy E.L., Nikulin S.A., Martynenko D.S. Development of the Solution Principles of Analytical Problems of Corrosion Monitoring System. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2019;(9):26-36. (In Russ.)

Значения потенциалов на станциях до и после оптимизации Values of potentials at stations before and after optimization

Точка контроля, км Control point, km Сила тока станции катодной защиты, А Electric current intensity of the cathodic protection station, A Потенциал в точке измерения,В Potential at the measurement point, V

До Before После After До Before После After

62,0 10,8 1,8 1,71 1,20

56,0 14,0 0,6 2,20 1,21

50,6 8,3 2,8 1,90 1,22

46,6 5,3 0,0 2,23 1,69

36,0 19,0 1,6 1,70 1,20

27,5 7,3 0,0 1,80 1,63

Итого Total 64,7 6,8 - -

500,0

ГО 0-o 1-ra m s Ч X S SÉ S тз s s m о CL CL с о •Я о ь-ь-О и <и +J Е =L "с о 4-1 га и 499,5 499,0 498,5 498,0 497,5

CO X s 3 4 £ s H и о CL о Ьй и о (Л 1Л си с ^ IE 1— -а о га 1— 497,0 496,5 496,0 495,5 495,0

«Н г-» т—1 г-. • г-«. т—1 r-» T-H r-. • т-Н «Н

CVJ CVJ CNJ CVJ CVJ CVJCVICVJCVJCVJCVICVJCVJCVJCVJCVJ CVJ CVJ CNJ CNJ CVJ

О о О О О ооооооооооо о о О q q

C\J CNJ о т-н NOHHwmoriNCvjo Дата проведения замеров Date of the measurement T-H CVI о о

Рис. 2. График изменения толщины индикатора скорости коррозии с течением времени на обследованном участке

Fig. 2. The time-based curve of corrosion rate detector depth in the section under study

потребляемой мощности, но и пропорциональное увеличение ресурса самых дорогостоящих элементов системы ЭХЗ - анодных заземлителей (АЗ), с которых стекает ток. Так, уменьшение в несколько раз тока, потребляемого станцией в ходе эксплуатации, обусловливает сокращение частоты проведения капитального ремонта в такое же количество раз.

Согласно утвержденным методикам оптимизации режимов работы оборудования системы ЭХЗ предшествует выполнение огромного комплекса измерений и исследовательских работ, однако это не гарантирует получения оптимального результата. На сегодняшний день на объектах ПАО «Газпром» внедряются подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга (ПДКМ), телемеханизируется существующее и проектируемое оборудование ЭХЗ, что, безусловно, облегчает задачи регулирования СКЗ, однако задача нахождения оптимальных режимов работы оборудования систем ЭХЗ сохраняет свою актуальность.

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

В соответствии с Программой развития системы защиты от коррозии объектов ООО «Газпром трансгаз Москва» в целях повышения надежности газотранспортной системы Московского промышленного узла, с применением инновационного оборудования защиты

от коррозии и коррозионного мониторинга на 2016 г. на объектах ООО «Газпром трансгаз Москва» была проведена работа по внедрению ПДКМ (рис. 1). Условия эксплуатации объекта являются достаточно сложными с точки зрения управления системой ЭХЗ и характеризуются наличием:

• блуждающих токов от железных дорог, электрифицированных постоянным током;

• большого количества пересечений с автомобильными и железными дорогами, водными преградами;

• пересечений, сближений и параллельного следования с высоковольтными линиями электропередачи;

• газопроводов, расположенных в границах Новой Москвы;

• высокого уровня обводненности (заболоченностью) ряда участков;

• жилых строений, расположенных с нарушением минимально допустимых расстояний от магистральных газопроводов, и т. д.

Таким образом, эксплуатация объекта должна быть сопряжена с коррозионным контролем повышенного уровня.

1-4

ОКТЯБРЯ 2019

IX ПЕТЕРБУРГСКИЙ М ЕЖДУ НАРОД Н Ы Й ГАЗОВЫЙ ФОРУМ

I- ПРИЗНАННАЯ ПЛОЩАДКА ДЛЯ ДИСКУССИИ J О РАЗВИТИИ МИРОВОЙ ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

| КОНГРЕССНО-ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТР

1 САНКТ-ПЕТЕРБУРГ +7 (812) 240 40 40 (ДОБ. 2168,2122) Ю . ГАС СПВИМВИ

I <7Г\\«1 1\/Ч'Ч/Г7 1*1 ПЕТЕРБУРГСКОЕ ШОССЕ, 64/1 GF@EXPOFORUM.RU 1о+ ОАЬ-ГиКиМ.Ки

0,06000

$ g

g g 0,05000

_ га с ^

5 5Й <U 4-1

1 Й = = 0,04000 S x ч- о

5 с о.

5 «Ъ ё> 0,03000

i ii S

S о 2 0,02000 a- -a 5 £ ¡E <u

X g £ 0,01000 8 u c

° 0,00000

8 10 12 14 16

Время t, годы Time t, years

Рис. 3. График изменения коэффициента влияния станции катодной защиты АСКЗ№4 на точку дренажа с течением времени

Fig. 3. The influence coefficient time-based curve of the cathodic protection station АСКЗ№4 on the drain point

Установленное в марте-июне 2017 г. в рамках реализации Программы оборудование позволяет дистанционно контролировать режимы работы средств ЭХЗ, отслеживать такие параметры, как уровень защитного потенциала, сила тока и напряжение в контрольных точках.

В службе защиты от коррозии Московского линейного производственного управления магистральных газопроводов установлена локальная узловая станция (ЛУС), на которую поступает информация о состоянии системы ЭХЗ, там же данные обрабатываются, визуализируются и хранятся. В рамках реализации Программы был определен участок газопровода, на котором проведены работы по изменению режимов работы СКЗ для определения коэффициентов влияния, описывающих зависимость уровня защитных потенциалов от режимов работы СКЗ. Измерения уровня защитных потенциалов осуществлялись посредством применения ПДКМ и передавались на ЛУС. Далее путем экспертной оценки были определены границы коридора значений минимальных и максимальных защитных потенциалов для каждого участка газопровода. Для нахождения оптимального значения выходных параметров СКЗ с учетом внешних факторов были применены принципы структурной оптимизации [1-3]. Как видно из таблицы, силу тока удалось уменьшить в 10 раз. После получения данных с газотранспортной магистра-

ли о выставлении оптимизированных режимов были построены графики скорости коррозии для анализа состояния газопровода.

Анализ графика изменения толщины индикатора скорости коррозии и суммарного потенциала от воздействия СКЗ за период с 28.08.2017 по 29.03.2018 (рис. 2) демонстрирует отсутствие выявленных коррозионных процессов. Следовательно, оптимизированные режимы СКЗ позволяют обеспечить уровень защитного потенциала во времени по всей протяженности газопровода. При этом стоит отметить, что выбор минимальных токов не всегда является

оптимальным решением для увеличения ресурса системы, поскольку через какое-то время возможна недозащита (провал потенциала). Поэтому необходимо рассмотреть возможность перераспределения нагрузки между станциями с учетом остаточного ресурса элементов системы противокоррозионной защиты.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ

На основании статистических данных, получаемых с ПДКМ, по изменению выходных параметров СКЗ и суммарного

Станция катодной Станция катодной Станция катодной Станция катодной

защиты № 1 защиты № 2 защиты № 3 защиты № п

Cathodic protection Cathodic protection Cathodic protection Cathodic protection station No. 1 station No. 2 station No. 3 station No. n

Рис. 4. Контролируемые параметры, размеченные на схеме расположения n станций катодной защиты:

Атд, Алев, Аправ - коэффициенты влияния станций катодной защиты на точку дренажа, левый стык зоны защиты и правый стык зоны защиты соответственно; <pt, <р3,<р5,... - потенциал в точках стыка зон защиты; (р2, <р4,ср6, ... - потенциал в точках дренажа Fig. 4. The controlled parameters in the layout of n cathodic protection stations:

A , A , A - the influence coefficients of cathodic protection stations on the drain point, left end-zone interface and right end-zone interface,

тд' лев прав r r ' ° '

respectfully; <pt, (p3, <p5, ... - potential in the end-zone interfaces ; q>2, <p4, <p6,... - potential in the drain points

ANTICORROSIVE PROTECTION

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Время t, годы Time t, years

Рис. 6. График изменения силы тока с течением времени на станции катодной защиты № 4 и смежных станциях катодной защиты № 3 и 5 до перераспределения нагрузки Fig. 6. Current intensity time-based curve at the cathodic protection station No. 4 and adjacent cathodic protection stations No. 3 and 5 prior to load redistribution

S a>

s с:

5 £ I â 1-й

60

50

40

30

20

10

16

Время t, годы Time t, years

Рис. 7. График изменения напряжения с течением времени на станции катодной защиты № 4 и смежных станциях катодной защиты № 3 и 5 до перераспределения нагрузки Fig. 7. Voltage time-based curve at the cathodic protection station No. 4 and adjacent cathodic protection stations No. 3 and 5 prior to load redistribution

потенциала в точке контроля за определенный период, информации о номинальных режимах, устанавливаемых заводом-изготовителем, можно спрогнозировать изменение коэффициента влияния А., как функции от времени (рис. 3), а также определить остаточный ресурс отдельной станции и всей системы.

На объектах ПАО «Газпром» критерием предельных значений режимов работы СКЗ является превышение 70 % номинальных значений тока и напряжения (паспортных данных завода-изготовителя).

Предположим, что система ПКЗ состоит из п СКЗ, последовательно установленных на всей протяженности рассматриваемого трубопровода. Тогда количество необходимых для моделирования точек контроля (точек дренажа и точек на стыках зон защиты между СКЗ) составит п + 1.

Для моделирования необходимо знать три коэффициента влияния каждой СКЗ:

• на точку дренажа Атд;

• на левый стык зоны защиты А ;

^ лев'

• на правый стык зоны защиты А .

г ^ прав

Для наглядности перечисленные параметры представлены на рис. 4. Введем условное обозначение Хп, где X - контролируемый параметр системы; п - количество СКЗ в системе, / - анализируемый год, причем нумерацию начинаем с конца периода / = 0, тогда его начало будет иметь обозначение / = -1, первый прогнозируемый год / = 1 и т. д. В целях упрощения моделирования примем, что каждая СКЗ влияет только на соседние станции и не оказывает никакого влияния на остальные (т. е. СКЗ № 2 оказывает влияние на СКЗ № 1 и 3, но не влияет на СКЗ № 4 и т. д.). В большинстве случаев данное условие соблюдается и на реальных трубопроводах.

Тогда потенциал в точках стыка зон защиты будет равен:

Фз=ФеСТ + <авГ-Г| + 4ев2-4 Фгп+1 = Фест + Аравл ' ^гт

где I - сила тока, А.

Значение потенциала в точках дренажа

составит:

Ф2=ФеСТ+4д1^+4г4

Поскольку истинный ресурс системы может быть найден только при перераспределении параметров между СКЗ,

максимально эффективном с точки зрения продолжительности обеспечения системой необходимой защиты во всех точках трубопровода, необходимо определиться, при каких условиях достигается это эффективное перераспределение (рис. 5).

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 9 September 2019

31

Рис. 5. Алгоритм перераспределения нагрузки между станциями катодной защиты:

i - порядковый номер станции катодной защиты; U ,I - номинальные режимы станции по напряжению, В, и току, А, соответственно; Гор> - требуемый период расчета ресурса, годы; Ттекущ - остаточный ресурс, годы; R^ - сопротивление растеканию анодного заземления Fig. 5. Inter-stations loading algorithm:

i - cathodic protection system order number ; Uu, 1н - voltage, В, and current, А, ratings, respectfully; Гнор> - the desired life design time, years; Т - remaining life, years; R - resistance to sacrificial anode leakage

текущ ° ' J ' аз °

Организатор:

М МЕТАЛЛ

ЭКСПО

12-15 ноября 2019

Москва, ВДНХ, пав. 75

а

г

Оборудование и технологии для металлургии и металлообработки

МеталлургМаш'2019

Транспортные и логистические услуги для предприятий ГМК МеталлТрансЛогистик'2019

Металлопродукция и металлоконструкции для строительной отрасли Металл СтройФорум'2019

Генеральный

информационный партнер:

Ежегодный выставочный аудит с 2006 г.

www.metal-expo.ru

Оргкомитет выставки: тел/факс +7 (495) 734-99-66

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

18,00 < 16,00 14,00

г-

„1 12,00

го

Si

•с

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

V*

6

8

Время t, годы Time i, years

10

12

14

16

Рис. 8. График изменения силы тока с течением времени на станции катодной защиты № 4 и смежных станциях катодной защиты № 3 и 5 после перераспределения нагрузки Fig. 8. Current intensity time-based curve at the cathodic protection stations No. 4 and adjacent cathodic protection stations No. 3 and 5 after load redistribution

30

25

О пз ai

~ 20

C1J

aj

15

10

6

8

Время t, годы Time t, years

10

12

14

16

Рис. 9. График изменения напряжения с течением времени на станции катодной защиты № 4 и смежных станциях катодной защиты № 3 и 5 после перераспределения нагрузки Fig. 9. Voltage time-based curve at the cathodic protection station No. 4 and adjacent cathodic protection stations No. 3 and 5 after load redistribution

Выходные параметры всех станций не должны превышать 70 % их номинальных значений (паспортных данных завода-изготовителя):

1[ <0,7-!ном1,1[ <0,7-1нои2, ...,

Я <0,7

¿/;<0,7-УНОМ1, и'г <0,7-Уном2, ..., и'п<0,7-инт1Г

где и - напряжение, В. Потенциалы во всех контролируемых точках на стыках зон защиты не должны опускаться ниже минимально допустимого потенциала [4]:

Ф1,Фз,ф1,...,ф'2л+1>0'95 В.

Потенциалы во всех точках дренажа должны находиться в диапазоне между минимально и максимально допустимыми потенциалами согласно [4]:

0,9В<ф!,,ф'4,ф'6,...,ф'2„< 2,5 В.

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ С УЧЕТОМ ТЕКУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

В отдельных случаях оптимальными режимами СКЗ считаются не сокращающие в текущий момент затраты на потребляемую электроэнергию, а продлевающие ресурс системы и уменьшающие затраты на капитальный ремонт. В условиях оптимизации затрат зачастую финансирование либо сокращается, либо исключается полностью на какой-то срок, либо переносится на последующие периоды. В таких условиях специалисту необходимо максимально оптимально использовать выделенные средства и принять правильное управленческое решение для обеспечения работоспособности системы ЭХЗ в соответствии с [4]: «Обеспечение в течение всего срока эксплуатации непрерывной по времени катодной поляризации трубопровода на всем его протяжении (и на всей его поверхности) таким образом, чтобы значения потенциалов на трубопроводе были (по абсолютной величине)

не меньше минимального и не больше максимального значений». Планирование затрат на капитальный ремонт системы ЭХЗ производится на краткосрочную (три года), сред-

несрочную (пять лет) и долгосрочную перспективы (семь лет). Ограничения по току и напряжению на выходе СКЗ не должны превышать 0,7 от их номинальных значений (пас-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

34

№ 9 сентябрь 2019 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

19-я международная выставка сварочных материалов оборудования и технологий

15-18 октября 2019

Москва, КВЦ «Сокольники»

www.weldex.ru

Получите билет по промокоду

wlx19pFYYG

россварка

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

портных данных завода-изготовителя). Разработанный алгоритм основывается на переборе станций катодной защиты до тех пор, пока не будут обеспечены оптимальные режимы работы по току и напряжению в условиях ограничения финансирования с учетом определения остаточного ресурса системы. В рамках исследования был проведен анализ работы системы электрохимза-щиты на участке, где последовательно по всей протяженности трубопровода было установлено шесть СКЗ. Для упрощения моделирования были приняты ограничения, аналогичные тем, что мы задали для схемы на рис. 4. С помощью разработанных методик и подходов был определен ресурс каждой СКЗ по напряжению и силе тока. В результате проведенных расчетов было установлено, что срок эксплуатации данного участка до вывода в капитальный ремонт составляет пять лет. После прогнозирования коэффициентов влияния, силы тока и напряжения на период до 15 лет были получены значения остаточного ресурса изоляционного покрытия,найденного по значениям запаса по току, и ресурса анодных заземлителей, найденного по критерию запаса по напряжению.

Из рис. 6-9 видно, что СКЗ № 4 достигнет своего предельного состояния через год по значению выходного напряжения, следовательно, ресурс системы составляет один год при текущих

режимах. При этом ранее для рассматриваемого участка были заложены, обоснованы и согласованы капитальные затраты по годам, и инвестором было принято решение не выделять средства на проведение капитального ремонта в течение первых пяти лет. С учетом того что фактически в краткосрочном периоде зависимость изменения силы тока СКЗ во времени носит практически линейный характер при заданном защитном потенциале в точке дренажа СКЗ, требуемая сила тока СКЗ должна быть уменьшена во столько раз, во сколько необходимо увеличить срок работоспособности. В данном случае в пять раз.

Далее необходимо перераспределить нагрузку между станциями таким образом, чтобы везде обеспечивался необходимый защитный потенциал, составляющий не менее -0,95 В, а значения токов и напряжений находились бы в оптимальных режимах в течение необходимого срока эксплуатации до вывода в капитальный ремонт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. По результатам исследования было установлено, что оптимизация только по выходному току является недостаточной мерой для эффективного управления оборудованием систем ЭХЗ.

2. В условиях полученных трендов изменения во времени коэффициентов влияния, силы тока и напряжения на выходе станции были сделаны выводы об имеющемся остаточном ресурсе элементов системы ПКЗ.

3. За счет уменьшения выходной силы тока на станции с наименьшим ресурсом оборудования кратно необходимому сроку эксплуатации до вывода в капитальный ремонт удалось продлить срок службы анодных заземлителей в пять раз.

4. Разработан алгоритм перераспределения нагрузки между станциями для обеспечения необходимого срока эксплуатации в условиях ограниченного финансирования до вывода в капитальный ремонт оборудования с учетом ресурса АЗ.

I

Литература:

1. Карнавский Е.Л., Баранов В.Г., Никулин С.А., Милов В.Р. Интеллектуализация процедур управления системой защиты от коррозии // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2014. № 11. С. 73-79.Карнавский Е.Л., Никулин С.А. Определение остаточного ресурса анодного заземления как элемента системы электрохимической защиты от коррозии // Газовая промышленность. 2018. № 11 (777). С. 50-56.

2. Карнавский Е.Л., Никулин С.А. Определение остаточного ресурса анодного заземления как элемента системы электрохимической защиты от коррозии // Газовая промышленность. 2018. № 11 (777). С. 50-56.

3. Никулин С.А., Карнавский Е.Л. Оптимизация режимов установок электрохимической защиты // Системы управления и информационные технологии. 2014. № 3 (57). С. 64-68.

4. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200001879 (дата обращения: 16.09.2019).

References:

1. Karnavsky E.L., Baranov V.G., NikuLin S.A., MiLov V.R. InteLLectuaLization of Procedures to Control Corrosion Protection Systems. Neurocomputers: razrabotka, primenenie = Neurocomputers: Development, Usage. 2014;(11):73-79. (In Russ.)

2. Karnavsky E.L., NikuLin S.A. Determination of the Residual Service Life of Anodic Earthing as an Element of the Electrochemical Protection Against Corrosion. Gazovaya promyshLennost' = Gas Industry. 2018;11(777):50-56. (In Russ.)

3. NikuLin S.A., Karnavsky E.L. Optimization of Electrochemical Protection Plant Modes. Sistemy upravLeniya i informatsionnyye tekhnoLogii = Management Systems and Information TechnoLogies. 2014;3(57):64-68. (In Russ.)

4. State Standard (GOST R) 51164-98. SteeL Pipe Mains. GeneraL Requirements for Corrosion Protection. WebLog. AvaiLabLe from: http://docs.cntd. ru/document/1200001879 [Accessed 16th September 2019]. (In Russ.)

36

№ 9 сентябрь 2019 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.