CC BY
61
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.644:620.172.251.2
ВЛИЯНИЕ ПРОТЕКАЮЩЕГО ПО ПОДЗЕМНОМУ ТРУБОПРОВОДУ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ПОТЕНЦИАЛ «ТРУБА-ЗЕМЛЯ»
А.В. ФУРКИН*, М.В. ТРЕТЬЯКОВА*, Р.В. АГИНЕЙ**
*Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта
**ОАО «Гипрогазцентр», г. Ярославль
afurkin@mail.ru
На участке трубопровода диаметром 530 мм исследовано влияние постоянного тока, протекающего по металлу трубы на смещение потенциала «труба-земля». Установлены зависимости смещения потенциала от силы тока. Полученные зависимости необходимо учитывать при проведении электроизмерений на подземных трубопроводах.
Ключевые слова: потенциал «труба-земля», магистральный трубопровод, поляризация металла, смещение потенциала, натурные испытания
A.V. FURKIN, M.V.TRETYAKOVA, R.V.AGINEI. THE INFLUENCE OF DIRECT CURRENT FLOWING ALONG THE UNDERGROUND PIPELINE ON THE POTENTIAL "PIPE-GROUND"
On a site of the pipeline in diameter of 530 mm influence of the direct current proceeding on metal of a pipe on displacement of potential "pipe-ground" is investigated. Dependences of displacement of potential on current intensity are established. It is necessary to take account of the obtained dependences for considering at carrying out of electromeasurements on underground pipelines.
Key words: potential "pipe-ground", the main pipeline, metal polarization, potential displacement, natural tests
На лабораторном образце модели трубопровода было показано [1], что протекание вдоль нее постоянного тока, а также тока с переменной составляющей приводит к изменению потенциала «труба-земля» без токообмена между трубой и окружающим грунтом. С высокой достоверностью аппроксимации была установлена линейная зависимость между значением силы протекающего тока и смещением потенциала. Она имеет важное практическое значение. Поскольку с ее помощью на га-зонефтепроводах из результатов электроизмерений можно исключать смещение потенциала, вызванное действием протекающего тока. Это дает возможность оценивать фактический защитный потенциал сооружения, на основании которого и определяется эффективность работы активных средств противокоррозионной защиты [2].
Однако эти результаты, полученные на физической модели масштаба 1:50 по отношению к реальному трубопроводу, транслировать на действующие трубопроводы большого диаметра некорректно. Для подтверждения полученных результатов были проведены натурные испытания на участке подземного трубопровода (рис. 1).
Объекты и методы исследования
Объект исследования - стальной трубопровод номинальным диаметром 530 мм с наружным изоляционным покрытием трассового нанесения из полимерных лент толщиной 2 мм. Толщина стенки трубы - 8 мм. Избыточное давление в трубе отсутствует. Тип грунта в районе выбранного участка трубопровода - суглинок, удельное электрическое сопротивление грунта - 120 Омм. По данным измерения прибором ИПИ-2000, дефектов изоляции на участке не обнаружено.
Для исследования применялись следующие приборы и оборудование: вольтметр универсальный цифровой В7-78/1 (используется для измерения потенциала «труба-земля», с возможностью проведения многократных измерений через дискретные интервалы времени и передачей данных на ЭВМ). Основная погрешность измерения напряжения постоянного тока - не более 0,005%; бензиновый генератор с номинальной мощностью 0,9 кВА, максимальным выходным током 8 А и напряжением 220 В промышленной частоты; источник постоянного тока с плавной регулировкой от нуля до 10 А. Выходное напряжение 12 В. Измеренная
Рис. 1. Эскиз стенда.
величина переменных пульсаций напряжения - не более 300 мВ; для измерения удельного электрического сопротивления грунта использовали омметр М416 с пределом измерений 0,1...1000 Ом.
Элементы стенда собирались в электрическую цепь (см. рис. 2).
Рис. 2. Электрическая схема стенда.
Электрические проводники, выполненные из медного изолированного провода сечением 2,5 мм2, соединялись с задвижкой на одном конце участка трубопровода и с металлом трубы в месте выхода трубопровода на дневную поверхность (см. рис. 1).
Для измерения потенциала были назначены 25 точек контроля, расположенные над осью трубопровода с интервалом 1 м. Испытания проводились в следующей последовательности. Предварительно выполнялось регулирование значения силы тока
на выходе источника тока, определяя последовательно значения 3, 5,6 и 7 А. Медносульфатный электрод сравнения пошагово устанавливали в грунт над трубопроводом в первой контрольной точке. Вольтметр настраивали на выполнение 100 измерений со скоростью 27 измерений в секунду.
На 60-м измерении цепь замыкалась ключом, обеспечивая протекание постоянного тока через трубопровод. По окончании измерений цепь снова размыкалась.
Переставляли электрод сравнения в следующую контрольную точку, повторяя процесс измерения. Измерения выполнялись при различном значении силы тока, а также при обратной полярности источника тока.
Результаты исследований
На рисунках 3 и 4 представлены графики изменения потенциала «труба-земля» для различных величин силы тока и его полярности для второй (1=2 м) и пятой (1=5 м) точек контроля потенциала соответственно. После стабилизации потенциал в условиях протекания тока представлял собой во времени относительно постоянную величину. После размыкания цепи весь наложенный потенциал мгновенно обращался в нуль.
Протекающий по подземному участку постоянный электрический ток оказывал существенное влияние на потенциал трубопровода относительно грунта: при значениях силы тока от 5 А и выше потенциал значительно смещался в положительную область значений (смещение потенциала около 1,3 В) до значений ит-з +0,7...0,8 В. Смещение в отрицательную область происходило не столь интенсивно: около 0,6 В вплоть до значения потенциала минус 1,2 В.
(обр по.ч-ть)_____________(обр ПОЛ-ТЬ I
Рис. 3. Графики изменения потенциала «труба-земля» для различных величин силы тока и его полярности для второй точки контроля (1=2 м).
Рис. 4. Графики изменения потенциала «труба-земля» для различных величин силы тока и его полярности для пятой точки контроля (1=5 м).
ITt.j В
i * у 1,368585
/
i.: iSßSj >05
1 ✓ 1.2 7
1 ■ ✓ IS ^65
j
Э
п 11 t J
0 и.. >3 ✓
0.1 98
ш Ш. /
ш /
л 1;
и I..
,5 - " -б ,5 - 6-5 ,5 - S -4 >5 - t -3 л. 3 -2 ,5 - 1 -I ,5 - и 5 ; I 5 * I 2 5 , 3 5 4 5 \ 5 5 6 5 7
/
0.5 139 J; Ш 1 . 1
■0, *94 14 -» -'Г (ЛТ бГ •! f
— т 0.5 643 -0. '0041
* 7216
-ОС оУ. • _л
Рис. 5. Изменение величины отклонения потенциала «труба-земля» от стационарного потенциала в зависимости от силы протекающего тока и его полярности для второй (1=2 м) и пятой(1=5 м) точек контроля.
На рис. 5 представлены графики изменения потенциала «труба-земля» в зависимости от силы протекающего тока и его полярности для обеих точек контроля. График светло-зеленого цвета соответствует точке контроля с расположением на расстоянии 2 м от места подключения к трубопроводу. График темно-зеленого цвета соответствует (см. рис. 2) пятой точке контроля. Наиболее точно аппроксимировать полученные результаты можно двумя линейными моделями для различных значений силы тока: первая - для диапазона силы тока -7...-1 А ; вторая - для диапазона силы тока -1...7 А: лит_з=0,231, при М-1;7)А;
AUT-j=0,033(I+1 )-0,4, при !е(-1 ;-7)А.
Данная математическая модель удовлетворительно описывает изменение потенциала во всех точках контроля (достоверность аппроксимации не менее 0,9). Полученные результаты не в полной мере согласуются с результатами лабораторных испытаний, где была установлена единая зависимость для положительного и отрицательного смещения: лит_з=0,0121, т.е. в реальном трубопроводе при одинаковом значении силы тока смещение порядка в 20 раз выше. При электроизмерениях на трубопроводах, по которым может протекать электрический ток, эти зависимости необходимо учиты-
вать, измеряя значение силы электрического тока, и исключая смещение потенциала, обусловленное таким током.
Выводы
1. Установлены линейные зависимости, описывающие для трубопровода диаметром 530 мм изменение потенциала под воздействием протекающего тока.
2. Показано, что для трубопровода этого диаметра коэффициент влияния силы тока на смещение потенциала почти в 20 раз выше, чем для лабораторной модели масштаба 1:50.
3. При одинаковом значении силы тока смещение потенциала в положительную область происходит более интенсивно, чем в отрицательную.
Литература
1. Фуркин А.В., Третьякова М.В., Агиней Р.В. Лабораторные исследования влияния протекающего по трубопроводу электрического тока на значения потенциала «труба-земля» // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. 2011. №3 (25). С. 24-27.
2. Агиней Р.В., Фуркин А.В. Опыт исследования неклассического источника блуждающих токов, воздействующего на многониточную систему подземных газопроводов // Естественные и технические науки. 2008. №5. С. 174-179.
Статья поступила в редакцию 24.11.2012
