Современные тенденции развития техники измерения потенциалов подземных металлических сооружений Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311.22(075.8)

В.Г. Киселёв

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ.

Энергетическое оборудование вообще и тепловые сети в частности подвержены интенсивному коррозионному износу, что и обусловливает использование различных мероприятий для их защиты от коррозии. Существенную роль в оценке выбора конкретного вида антикоррозионной защиты и оценке ее эффективности играют коррозионные измерения, включающие, прежде всего, измерение токов, сопротивлений и потенциалов. Особенно велика роль измерения стационарных и поляризационных потенциалов металлических сооружений, находящихся в электролитической среде. Потребность в них возникает, например, при защите тепловых сетей от почвенной коррозии или коррозии, обусловленной постоянными и переменными блуждающими токами, а также при оценке качества диэлектрических покрытий. В последнее время в технике измерения поляризационных потенциалов наблюдаются существенные изменения, обусловленные активным сотрудничеством компаний, эксплуатирующих трубопроводные системы, с европейскими партнерами. Дело в том, что ГОСТ 9.602-2005 [1], ГОСТ Р 51164-98 [2] и ряд других отечественных нормативных документов, посвященных защите подземных металлических сооружений от коррозии, рекомендуют при измерениях поляризационных потенциалов использовать метод модельного электрода с прерывателем тока, в то время как соответствующие немецкие нормативные документы требуют прежде всего использовать различные модификации метода отключения. Ситуация в этом направлении еще более обостряется в связи с активным участием нашей страны в международном разделении труда. Рассмотрению основных проблем, связанных с распространением на нашей территории европейских методов измерения, прежде всего — методов измерения поляризационных потенциалов подземных металлических коммуникаций (ПМК), и посвящена данная статья.

Измерение стационарных электродных потенциалов

Под стационарным (компромиссный, равновесный) потенциалом в электрохимии понимают потенциал электрода, на поверхности которого протекают две или более электрохимических реакции, так что общая скорость катодного процесса равна общей скорости анодного процесса. В отношении ПМК стационарный потенциал — это потенциал коррозии, на который не оказывают влияние никакие внешние факторы, способные вызвать поляризацию подземного сооружения целиком или хотя бы части его. В этом случае отсутствуют как постоянные, так и переменные блуждающие токи и электрохимическая защита. Непосредственное измерение стационарных потенциалов как факторов, определяющих опасность коррозии ПМК или их защищенность, не требуется. В то же время при определении опасного воздействия переменного или постоянного блуждающих токов на стальные трубопроводы требуется определять смещение потенциала трубопровода по отношению к его стационарному потенциалу. В соответствии с ГОСТ 9.602-2005 измерение стационарных потенциалов необходимо и при определении суммарных потенциалов, т. е. включающих как поляризационную, так и омическую составляющие.

Кроме того, если для оценки эффективности электрохимической защиты в качестве минимального защитного потенциала выбирается такой критерий, как смещение потенциала коммуникации относительно стационарного потенциала ПМК в отрицательную сторону на 100 мВ, то также становится необходимым определение стационарного потенциала. В соответствии с ГОСТ 9.602-2005 «стационарный потенциал подземного сооружения определяют при выключенных средствах электрохимической защиты путем непрерывного измерения и регистрации разности потенциалов между сооружением

и медно-сульфатным электродом сравнения в течение достаточно длительного времени — вплоть до выявления практически не изменяющегося во времени значения потенциала (в пределах 0,04 В). Как правило, это относится к периоду перерыва в движении электрифицированного транспорта, например в городах в ночное время суток, когда блуждающий ток отсутствует. За стационарный потенциал сооружения принимают среднее значение потенциала при разности измеренных значений не более 0,04 В». Следует отметить, что в отношении измерения стационарных потенциалов требования отечественных нормативных документов практически совпадают с аналогичными требованиями европейских норм.

Измерение поляризационных

электродных потенциалов методом модельного электрода

В электрохимии под электродной поляризацией понимают разность между равновесным электродным потенциалом и потенциалом электрода под током. Иногда этот термин трактуется более широко и под электродной поляризацией понимают разность между стационарным электродным потенциалом и потенциалом электрода под током. Поскольку измерение потенциалов всегда осуществляется относительно какого-либо электрода сравнения (например, в научных исследованиях обычно используется водородный электрод сравнения), то значение потенциала электрода под током, измеренное относительно стандартного водородного электрода, и будет поляризационным электродным потенциалом по водородному электроду. В случае ПМК часто используют ионно-металлический медно-сульфатный электрод сравнения. Разность потенциалов между электродом сравнения и ПМК под током и будет поляризационным потенциалом ПМК по медно-сульфатному электроду сравнения. В лабораторных условиях поляризационные потенциалы без омической составляющей измеряются с достаточно большой точностью вплоть до 0,001 В и выше. Это достигается: уменьшением диффузионного потенциала, например за счет использования солевого мостика; уменьшением омического падения напряжения в электролите, расположенном между электродом под током и электродом срав-

нения, путем максимально допустимого приближения электрода сравнения к электроду, потенциал которого определяется.

Лабораторная практика развила специальную технику для таких измерений, которая называется «измерением поляризационных потенциалов с использованием капилляров Луггина». В этом случае капилляр, соединенный с электродом сравнения, приближают на минимально возможное расстояние к электроду, потенциал которого определяется, но так, чтобы не исказить электрическое поле в окрестностях этой области. В этом случае ток, текущий между измеряемым электродом сравнения и вспомогательным электродом, обусловливает некоторое омическое падение потенциала в электролите, в том числе и в слое электролита, расположенном между измеряемым электродом и кончиком капилляра. Тогда измеряемая разность потенциалов между электродом, потенциал и которого определяется, и вспомогательным электродом с потенциалом и. , равная и, должна включать и омическую составляющую падения потенциала — иом, которая непосредственно не входит в кинетические уравнения электрохимических процессов и, следовательно, оказывает весьма ограниченное влияние на скорость коррозионного процесса. Измеренный потенциал можно представить в следующем виде:

где

и = (и, — и.) + и ,

1 2 ом

и = I s Г.

(1)

(2)

Здесь I — плотность электрического тока, текущего через измеряемый электрод; 5 — расстояние от измеряемого электрода до отверстия капилляра Луггина; Г — удельное сопротивление электролита.

Из приведенных формул можно заключить:

1) погрешность при измерении поляризационного потенциала, обусловленная омическим падением потенциала в растворе электролита, увеличивается с ростом удельного сопротивления электролита, расстояния между измеряемым электродом и электродом сравнения, а также плотности электрического тока, текущего через измеряемый электрод;

2) при измерениях с анодным током за счет омического падения потенциала прибор показывает величину поляризационного потенциала

несколько положительнее, чем есть фактически, а при измерениях с катодным током — соответственно несколько отрицательнее.

Кроме того, поскольку эти формулы были получены на основании закона Ома с учетом линейного падения потенциала, то следует ожидать, что омическое падение потенциала (без учета падения потенциала, вызванного измерительным током) ограничено некоторой максимальной величиной. Действительно, как показывает практика, при достаточном расстоянии от измеряемого электрода (ПМК) суммарный потенциал, включающий как поляризационную, так и омическую составляющие, перестает изменяться с увеличением расстояния.

При измерении поляризационных потенциалов в технике защиты подземных металлических коммуникаций от коррозии для исключения омической составляющей потенциала практически используют два метода: метод отключения и метод модельного электрода.

В случае измерений методом модельного электрода, который, как правило, использует металлическую пластинку, изготовленную из такого же материала, что и трубопровод, изолированную с одной стороны, имеющую металлическую связь с трубопроводом и помещенную в грунт в непосредственной близости от трубопровода, потенциал определяется между модельным электродом и электродом сравнения. Таким образом, в этих условиях модельный электрод является искусственным дефектом изоляции трубопровода. Метод модельного электрода имеет две разновидности. В первой, которая, в частности, вошла в ГОСТ 9.602-2005, измерение поляризационного потенциала производится в период кратковременных отключений модели от ПМК. При этом используются специальные схемы прерывателей тока, обеспечивающие длительность коммутации цепи «модельный электрод — сооружение» порядка 10 мс, а длительность коммутации цепи «модельный электрод — электрод сравнения» — порядка 0, 25 мс. Такой режим коммутации и использование специальной накопительной электрической емкости в коммутаторе позволяют поддерживать потенциал модельного электрода практически на уровне потенциала ПМК.

В полевых измерениях поляризационного потенциала ПМК, которые предписываются,

в частности, для всех вновь построенных и реконструируемых трубопроводов, рекомендуется измерять поляризационные потенциалы с использованием стационарного или переносного медно-сульфатного электрода сравнения и датчика поляризационного потенциала.

Нормативной документацией, принятой в Германии, в специальных случаях — при наличии постоянных блуждающих токов — рекомендуется применять вторую разновидность метода модельного электрода. Суть ее заключается в том, что модельный электрод помещают на минимально возможное расстояние по отношению к медно-сульфатному электроду, так что омическое падение потенциала сводится к минимуму. Основное преимущество второй модификации метода модельного электрода — отсутствие необходимости в специальном прерывателе тока. Измерения поляризационных потенциалов методом модельного электрода можно проводить и при наличии постоянных блуждающих токов. В то же время эта методика имеет и ряд недостатков, снижающих точность измерения. К ним следует отнести следующие факторы:

влияние на результаты измерений возможного разброса поляризационных кривых модели и реального объекта. Практика показывает, что в отдельных случаях эта погрешность может составлять нескольких десятых В, и она растет с ростом удельного сопротивления грунта;

влияние размера модели. Известно, что при воздействии электрического тока с ростом площади дефекта при прочих равных условиях уменьшается его поляризация;

влияние электрического поля ПМК. Оценить эту погрешность достаточно сложно, так как она зависит от многих факторов. Она возрастает с ростом удельного сопротивления грунта и плотностью защитного тока. Максимально возможная ее величина оценивается в 70 мВ.

Измерение поляризационных потенциалов методом отключения

Метод отключения относительно редко используется в отечественной практике. В то же время это основной метод для определения поляризационных потенциалов в ряде западных стран, например в Германии.

Физическая сущность его заключается в том, что время релаксации для омической и электро-

химическом поляризации различается на несколько порядков. Поэтому при отключении тока за время порядка 10—6 с устраняется омическая поляризация. А электрохимическая поляризация, которая ответственна за скорость перехода и, в свою очередь, подразделяется на две разновидности — активационную и концентрационную, исчезает гораздо медленнее. Так, например, концентрационная поляризация, играющая основную роль в процессах почвенной коррозии, существенно сокращается за время более одной секунды. Следовательно, если провести измерения в течение одной секунды и менее, то можно определить электрохимическое перенапряжение. Время релаксации активаци-онной поляризации занимает промежуточное положение между временем релаксации концентрационной поляризации и временем релаксации омического падения потенциала, но, как уже отмечалось, за электрохимическое перенапряжение при почвенной коррозии ответственна в основном концентрационная поляризация (диффузионное кислородное перенапряжение), и, следовательно, активационная поляризация не оказывает заметного влияния на результаты измерений. Практика показывает, что изменение потенциала при отключении тока можно с достаточной точностью аппроксимировать экспоненциальной функцией и(0. Тогда изменение потенциала с течением времени t при переключении плотности тока от величины г до величины I будет выражаться следующее функцией:

Щ) = Щг2) + О; - /2)[(гехр (—^а) +

+ гиехр(—/аи)], (3)

где гри гт — соответственно удельные сопротивления поляризации и грунта; ар и ат — времена релаксации соответственно концентрационной и омической поляризации, а и(г2) — стационарный потенциал ПМС при наличии электрического тока с плотностью г. Потенциал и(г2) может быть рассчитан по следующей формуле:

Щ) = ия + (г„ + гЛ,

(4)

2' Я ур т' 2'

где 1/Я — равновесный (коррозионный) потенциал при отсутствии тока, протекающего через систему. Так как а значительно больше, чем а ,

р т7

то непосредственно сразу после переключения (выключения) тока ехр (—/а ) = 1, а ехр(-t/a ) =

= 0. Таким образом, из уравнения (3) следует, что потенциал переключения иит, т. е. потенциал, который принимает ПМС после изменения плотности тока с г до I непосредственно сразу после переключения тока, равен следующей величине:

^ш = иа2) + (*1 — ^ = Щ) — (*1 — г') Гш. (5)

Стационарный потенциал, который имеет ПМС под током 11 перед переключением, называется потенциалом включения и. Он определяется формулой

и. = и(г.) = + (г + г)г.. (6)

егп х 1' Я х р т' 1 4 '

и содержит омическое падение напряжения гт.1 и поляризационный потенциал, свободный от омической составляющей ит, равный следующей величине:

иш = ия + Гр*1. (7)

Из формул (4—6) и (7) после несложных преобразований получаем

и = и„(г'.) + гг2; (8)

ит 1КК 1 т 2' у у

г = (и — и.)/{1. — г',); (9)

т 4 ит егп' 4 2 1' у у

ия = {и. г, — и г')/(г; — г'). (10)

1Я 4 егп 2 ит 1// 4 2 1 у '

Анализ последних трех формул показывает, что возможно несколько модификаций метода отключения:

1. Измерение разности потенциалов между ПМК и электродом сравнения, который находится на поверхности земли, через определенное малое время после отключения тока (метод переключения). В этом случае формулу (10) можно аппроксимировать при условии малого изменения тока следующим выражением:

иШ = —(^п — иит)/(1 — (11)

где

х = г2/г1. (12)

2. Метод переключения с использованием экстраполяции, при котором определяют зависимость потенциала ПМС от времени и прогнозируют ее значение на момент времени равный нулю. Для реализации этого способа, как правило, требуются быстродействующие записывающие приборы.

3. Метод измерения при отключении тока, т. е. определение потенциала отключения иаш при г2 = 0. В этом случае из формул (5—10) следует

и = и = и.— г г. (13)

ат !Я егп т 1 4 '

Эта разновидность метода отключения наиболее широко используется в измерительной практике при защите ПМС от коррозии.

Измерение стационарных потенциалов гомогенного электрода с поверхности грунта была рассмотрена ранее. В данном случае погрешность измерения потенциала определяется качеством измерительного прибора и сопротивлениями элементов электрической цепи, которые могут быть подобраны так, чтобы обеспечить удовлетворительную для практики точность измерений. В случае протяженных ПМК уже нельзя считать, что мы имеем дело с гомогенным электродом, так как в силу неоднородности грунта, различной глубины залегания трубопровода и ряда других факторов на ПМС образуются макрокоррозионные элементы. В этом случае при измерении потенциалов уже определяется некоторая средняя величина стационарного потенциала, которая зависит от сопротивления грунта, величины дефектов, их количества, протяженности ПМС и ряда других факторов. Ситуация еще более усложняется, если определяется поляризационный потенциал трубопровода значительной протяженности. В этом случае при отключении защитного тока наблюдается быстрый спад омического падения напряжения, вызванный защитным током, но одновременно возникают так называемые выравнивающие токи, которые направлены от точки дренирования ПМС через грунт к наиболее удаленным, а следовательно, наименее защищенным участкам трубопровода. Они обусловливают некоторое кажущееся снижение защитного поляризационного потенциала наиболее отрицательной части ПМС, находящейся в окрестности точки дренирования, и кажущееся повышение защитного потенциала в наименее защищенной части трубопровода.

Действительно, пусть напряжение, приложенное к трубопроводу относительно бесконечно удаленной земли будет равно и. Тогда, если рассматривать участок трубопровода с эквипотенциальной поверхностью (ограниченной протяженности), то можно считать, что для каждого дефекта справедлива формула

U. = U + IR ,

ein n n n

(14)

отдельного дефекта при общей силе тока I; Яп — сопротивление растекания (омическое сопротивление) отдельного дефекта.

Тогда ток, текущий через весь трубопровод, будет определяться следующей формулой:

Ii =Х In =Х(-Un)/К.

(15)

Соответственно после переключения тока с величины I1 на величину I2 получим

Ii =T(Uum-Un )/Rn, (16)

n n

T*

где ln — поляризационныи ток для отдельного дефекта при общей силе тока I2; Uum — потенциал переключения, определяемый в соответствии с формулой (5).

Для гомогенного электрода потенциал, свободный от омической составляющей URR, определяется формулой (10), т. е. путем измерения I., L, U , U. . Очевидно, что в случае

1' 2' um ein 1 J

гетерогенного электрода мы измеряем те же величины, но они уже относятся ко всему гетерогенному электроду и, следовательно, не совпадают с конкретными значениями поляризации для отдельных дефектов. Это означает, что, определив, например, нижнюю границу защитного потенциала для всего ПМС в —0,85 В по медно-сульфатному электроду сравнения, мы не можем гарантировать, что все дефекты обладают защитным потенциалом. Действительно, переписав уравнения (9) и (13) для интегральных токов, текущих через гетерогенный электрод, и для общего сопротивления растекания гетерогенного электрода, получаем следующие уравнения:

R = (U - U.)/(I2 - I.); (9*)

m 4 um ein' 4 2 11 4 '

U = UR = U.-R I. . (13*)

aus IR ein m 1 v '

В свою очередь, соотношение (10) для метода переключения можно представить в следую -щем виде:

UR = (U.L- U I,)/(I2 - I,). (17)

IR ein 2 um 1 2 1

Подстановка в последнюю формулу значений I и I1 из (15) и (16) после несложных преобразований позволит записать следующее уравнение:

где и — потенциал, свободный от омической составляющей (поляризационный потенциал) в месте дефекта; I — поляризационный ток для

(

Ur =

Л

V n

YPn/Rn /X(i/Ю- (18)

Следовательно, поляризационный потенциал гетерогенного электрода представляет собой некоторую среднюю величину, зависящую от поляризации и сопротивления растекания отдельных дефектов. Совместное использование формулы (18) и модельных представлений для дефекта ПМК позволяет оценить величину поляризации как функцию удельного сопротивления грунта и размера дефекта. В случае, если рассматривается ПМС с достаточно массивной теплоизоляцией и, например, с гидроизоляцией, как это обычно имеет место в тепловых сетях, необходимы характеристики и этих покрытий. Общее сопротивление «дефект изоляции — бесконечно удаленная земля» определяется по следующей формуле:

Я = Я + Я ,

(19)

где Яп — поляризационное сопротивление дефекта; Яцд — омическое сопротивление дефекта.

В свою очередь, омическое сопротивление дефекта определяется следующей формулой (случай, например, газопровода, т. е. ПМС без теплоизоляции):

Я = Я + Я ,

пд эд рз'

(20)

где Яэд — сопротивление электролита (земли) в дефекте изоляции. Дефект считается цилиндрическим; Ярз — сопротивление растекания круглого дефекта. Тогда для сопротивления электролита в дефекте получаем

Я = гН/Б = 4гк/кй 2. (21)

эд т т

Сопротивление растекания круглого дефекта определяется следующей формулой:

Я = г /7.(1,

рз т

(22)

где Н — глубина дефекта (толщина слоя изоляции); Б — площадь поверхности дефекта; ( — диаметр дефекта. Сопротивление Яп поляризации дефекта равно

Яп = гр/Б = 4грД(2. (23)

Поскольку стационарный потенциал ПМС в грунте обычно равен —0,55 В, а при катодной защите минимальный защитный потенциал равен соответственно —0,85 В, то, следовательно, смещение потенциала при катодной поляризации, как правило, составляет 0,3 В.

Из практики известно, что защитный потенциал стальной неизолированной поверхно-

сти достигается при силе тока, равной приблизительно 0,3 А/м2. Значит, величину удельного поляризационного сопротивления можно приблизительно определить следующим образом:

гр = (0,3 В)/(0,3 А/м2) = 1 Омм2. (24)

Зная величину поляризационного сопротивления, приложенное напряжение к ПМС (и ), размеры дефекта и удельное сопротивление грунта, можно рассчитать падение напряжения на поляризационном сопротивлении дефекта и таким образом определить иаш. Сравнение иаш с критериями защищенности подземных металлических сооружений показывает наличие или отсутствие на них защитного потенциала, предусмотренного нормативными документами. Расчеты показывают, что поляризационный потенциал дефекта при прочих равных условиях уменьшается с ростом величины дефекта и удельного сопротивления грунта. Отсюда следует, что повышение качества изоляции ПМС способствует и повышению точности измерения поляризационных потенциалов методом отключения.

Практика показала, что при длительной работе катодной защиты наблюдается некоторое дополнительное сопротивление при прохождения защитного тока. Его связывают с образованием покрывного слоя на поверхности металла, а сопротивление покрывного слоя Яд определяют по следующей формуле:

Яд = гд/Б = 4гд/л(Р, (25)

где гд — удельное сопротивление единицы площади покрывного слоя, а Б и ( имеют те же значения, что и в формуле (24).

Для тепловых сетей с теплоизоляцией и гидроизоляцией при дефекте гидроизоляции формулу (20) необходимо дополнить еще одним членом, характеризующим омическое сопротивление электрическому току теплоизоляции Я:

Я = Я + Я + Я

пд эд рз р ти

(26)

Величина Яр ти обычно определяется следующим выражением:

Я = г /2(,

р ти ти

(27)

где (, как и ранее, — диаметр дефекта, а гти — удельное сопротивление теплоизоляции. Часто наблюдается следующее соотношение между

удельными сопротивлениями теплоизоляции гти, гидроизоляции ги и грунта rm:

r > r > r . (28)

ги ти m v '

Как мы уже выяснили ранее, при катодной поляризации различные участки трубопровода имеют различный поляризационный потенциал. Это обусловлено, прежде всего, следующими причинами: наличием омического сопротивления трубопровода; различным удельным сопротивлением грунта; различной величиной дефектов.

Очевидно, что при отключении защитного тока, должно происходить выравнивание потенциалов, которое, в свою очередь, создает электрический ток в грунте. Протекание этого тока обусловливает омическое падение напряжения, которое складывается с минимальным значением поляризационного потенциала (по абсолютной величине) ПМС, как бы увеличивая его, и вычитается из максимального значения (по абсолютной величине), как бы уменьшая поляризационный потенциал. Эти токи называют уравнивающими. Соответствующая погрешность измерений называется погрешностью, обусловленной омическим падением напряжения от уравнивающих токов. Ее величина может достигать 0,1 В и более. Учет этой погрешности и соответствующая корректировка измерений основывается на том обстоятельстве, что поляризационный потенциал остается неизменным при измерениях U и U. . В свою

r r aus ein

очередь, омическое падение напряжение в грунте можно разбить на две компоненты: вертикальную U и горизонтальную Uг. Горизонтальную составляющую можно получить, измеряя разность потенциалов между двумя одинаковыми электродами сравнения, один из которых находится над дефектом трубопровода, а второй бесконечно удален от него. При практических измерениях обычно достаточно удаления на 10 м. Вторая компонента не поддается непосредственному определению. В то же время, очевидно, что горизонтальная составляющая падения напряжения должна быть пропорциональна вертикальной составляющей падения напряжения. Вертикальная составляющая равняется (Udn — U), или (Uaus — U), где U — поляризационное перенапряжение, соответственно горизонтальная — Ulin или U . Тогда можно составить сле-

ein aus ^

дующее соотношение:

(и)/(и) = (*-ир)/(иаш-ир)- (29)

Кроме и, все остальные величины можно измерить. Окончательно получаем

ир = иаш )()/(и. (30)

На результат оказывает влияние разница собственных потенциалов медно-сульфатных электродов, поэтому перед проведением измерений рекомендуется их тщательно тарировать.

Использование измерения потенциалов в технике катодной защиты ПМС от коррозии

Отечественными и иностранными, например немецкими, нормативными документами предписывается широкое использование измерения потенциалов в различных областях техники катодной защиты. Измерение потенциалов используется при разработке проектов защиты от коррозии ПМС, при строительстве систем защиты от коррозии для оценки их эффективности, при пусконаладочных работах и в процессе эксплуатации ПМС. При помощи измерения потенциалов определяют опасность почвенной коррозии и коррозии под воздействием переменных и постоянных блуждающих токов, эффективность функционирования систем катодной защиты, оценивают размеры дефектов на ПМС и т. д. Рассмотрим основные области применения техники измерения потенциалов при защите от коррозии ПМС.

Наиболее жесткие требования по наличию систем катодной защиты стальных подземных магистральных трубопроводов устанавливает ГОСТ Р 51164—98. В соответствии с пунктом 5.1 «...Все трубопроводы (кроме проложенных над землей) независимо от условий эксплуатации подлежат электрохимической защите.» Следовательно, сам факт строительства стальных магистральных трубопроводов требует создания систем катодной защиты. Очевидно, что измерение потенциалов как критерий необходимости использования электрохимической защиты ПМС в этом случае становится излишним.

Критериями опасности коррозии ПМС в соответствии с п. 4.15. ГОСТ 9.602—2005 «...являются:

коррозионная агрессивность среды (грунтов, грунтовых и других вод) по отношению к металлу сооружения (включая биокоррозионную агрессивность грунтов);

опасное действие блуждающего постоянного и переменного токов».

При оценке по этому критерию во всех случаях, за исключением определения биокоррозионной агрессивности и удельного сопротивления грунта, требуется измерение электрохимических потенциалов. Близкие по смыслу требования к оценке опасности коррозии предъявляет и РД 153-39.4-091-01 .

При этом измерение потенциалов может быть использовано либо как самостоятельный вид измерений, либо как составная часть применяемой измерительной методики. Так, измерение стационарных или поляризационных потенциалов при определении необходимости катодной защиты от коррозии проектируемых ПМС используется при определении как средней плотности катодного тока, так и наличия блуждающих токов в земле.

При проектировании вновь сооружаемых тепловых сетей измерения потенциалов требуются только в случае определения опасного влияния постоянного блуждающего тока. Эти требования изложены в п. 3.3 «Типовой инструкции по защите тубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии» [3] и в п. 4.7 ГОСТ 9.602-2005.

В случае, если проектирование (реконструкция) катодной защиты осуществляется на существующих или реконструируемых ПМС, тогда измерение потенциалов необходимо: при оценке опасного влияния блуждающего постоянного тока и переменного тока; при измерении поляризационных потенциалов для задач электрохимической защиты; определении суммарного потенциала сооружения, находящегося под электрохимической защитой; измерении потенциала трубопровода канальной прокладки при электрохимической защите трубопроводов с расположением катодного заземления в канале; определении минимального защитного потенциала подземных стальных трубопроводов по смещению от стационарного потенциала. Как уже отмечалось ранее, измерение потенциалов применяется и в технике интенсивных измерений.

Для оценки эффективности функционирования электрохимической защиты могут быть использованы различные критерии защищенности ПМС, однако почти все они в той или иной степени применяют методы измерения потенциалов. Так, в соответствии с п. 5.1 ГОСТ Р 51164— 98: «Электрохимическая защита должна обеспечивать в течение всего срока эксплуатации непрерывную во времени катодную поляризацию 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.» Причем для вновь построенных и реконструированных трубопроводов должны бать обеспечены поляризационные потенциалы в интервале от -0,85 В до -1,15 В, а в особых случаях (высокая электропроводность грунтов, опасное влияние блуждающих токов, возможность микробиологической коррозии, высокая температура транспортируемого продукта) нижняя граница может уменьшаться до -0,95 В, а верхняя увеличиваться до -1,10 В. В случае существующих стальных магистральных трубопроводов до проведения комплексного обследования допускается контроль защиты по потенциалу с омической составляющей. Аналогичные критерии защищенности ПМС имеются и в ГОСТ 9.602-2005, РД 153-39.4-091-01[4] и пункте 7.22 РД 153-34.0-20.518-2003.

Отечественная техника защиты от коррозии ПМС в настоящий момент характеризуется активным ростом использования различных методов измерения потенциалов, прежде всего метода отключения.

Произведена классификация существующих методов измерения потенциалов ПМС и указаны особенности их применения при катодной защите подземных металлических сооружений.

Отмечены основные причины, влияющие на точность измерения потенциалов ПМС, прежде всего — на точность измерения потенциалов методом отключения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 9.602—2005. Единая система защиты от коррозии и старения; Сооружения подземные; Общие требования к защите от коррозии [Текст].— М.: Стан-дартинформ, 2006.

2. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии [Текст].— М.: Госстандарт России, 1998.

3. РД 154-34.0-20.518-2003. Типовая инструкция по защите трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии [Текст].— М.: Изд-во «Новости теплоснабжения», 2003.

4. РД 153—39.4—091—01. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии [Текст].- СПб.: Изд-во ДЕАН, 2002.

УДК 628.974.8:72.017.2

М.В. Харламов

ИНТЕРАКТИВНАЯ ПОДСВЕТКА КАК ИНСТРУМЕНТ КОММУНИКАЦИИ В АРХИТЕКТУРЕ

Сегодня вопросы решения светового облика зданий и сооружений — не просто утилитарная необходимость, а творческая задача в области светодизайна, расширяющая границы привычной эстетики архитектуры. Проектирование подсветки с предусмотренными режимами кинетики света и цвета позволяет создавать множество вариаций и интересных эффектов на основе одной пластической формы. В мировой практике архитектурного освещения стала проявляться новая тенденция: использование потенциала осветительных приборов для создания динамически активных объектов, реагирующих на воздействие людей, окружения и формирующих индивидуальный световой облик, для чего требуется интерактивный режим работы освещения.

В качестве наглядных примеров применения подобных технологий можно привести световое оформление таких построек, как Dexia Tower (Брюссель, Бельгия) или «Башня ветров» (Ка-нагава, Япония). В обоих случаях основой для реализации необычного светового образа служат медиафасады. Вертикальный объем «Башни ветров» в темное время суток за счет динамики освещения отображает изменения направленности и скорости ветра. Таким образом, сооружение выступает своеобразным индикатором внешних условий окружающей среды.

Освещение Dexia Tower, напротив, работает по принципам световизуальной «игры» с участием людей. Система подсветки объединена единым программным алгоритмом, который под управлением человека дает нужную цветовую динамику и рисунок. Эпизодическое использование данного режима в рамках определенных

мероприятий превращает фасад здания в интеллектуальное световое полотно, позволяющее жителям города осуществлять развлекательную, коммуникативную и другие функции, воздействуя на систему освещения.

Применение этих принципов представляет широкий потенциал функционально-эстетическим возможностей создания «живой» архитектуры, которая обладает адаптационными качествами по отношению к среде, контексту местности, человеку. При этом одно из важнейших качеств, которое приобретает объект (здание, малая форма и т. д.) с использованием интерактивного освещения, — формирование информационного канала обмена данными. Эту роль берет на себя сложная система подсветки, работающая за счет взаимодействия световых приборов и дополнительного оборудования (датчики, камеры и др.), настроенных на отслеживание действий человека или других явлений, их визуализацию и перевод в свето-цветовой образ.

В практике светодизайна интеллектуальные системы освещения все чаще применяются как на уровне проектирования подсветки интерьеров, так и в решении экстерьерного образа. Но при этом в научной литературе данные технологии рассматриваются опосредованно. Без внимания остаются важнейшие свойства интерактивного режима: адаптация света к изменениям условий окружения, а также возможности коммуникации и передачи информации, позволяющие объекту архитектуры выступать проводником городского пространства. Первое из этих свойств служит основой энергоэффективных решений архитектурного освещения, когда сме-