Справочник от Автор24
Нефтегазовое дело

Конспект лекции
«Анодное заземление»

Справочник / Лекторий Справочник / Лекционные и методические материалы по нефтегазовому делу / Анодное заземление

Выбери формат для чтения

pptx

Конспект лекции по дисциплине «Анодное заземление», pptx

Файл загружается

Файл загружается

Благодарим за ожидание, осталось немного.

Конспект лекции по дисциплине «Анодное заземление». pptx

txt

Конспект лекции по дисциплине «Анодное заземление», текстовый формат

Лекция №11. Анодное заземление Уведомление о Правах: Этот документ и его переводы могут быть скопированы и предоставлены только в образовательных целях, и только в данном университете. Производные работы, которые комментируют или иным образом объясняют его, могут быть подготовлены, скопированы, опубликованы и распространены, полностью или частично, без каких-либо ограничений. Однако этот документ не может быть изменен каким-либо образом, за исключением необходимости улучшения. Введение        К анодному заземлению предъявляется ряд требо­ваний: минимальное переходное сопротивление растеканию тока; наименьшие габаритные размеры; наиболее долговечный и недефицитный материал; простота установки; длительность службы при минимальных восстанови­тельных работах; наименьшая стоимость. 2 Материал анодного заземления  Принципиально заземлитель может быть изготовлен из любого токопроводящего материала (металла, гра­фита, угля и т. п.), но наибольшее распространение по­ лучили заземлители из черных металлов, особенно из стали. Это объясняется тем, что в практических усло­виях почти всегда можно найти старые трубы, рельсы, уголки и т. п. и использовать их для анодных заземле­ний. Заземлители из черного , металла сравнительно быстро разрушаются проходящим током за счет высоко­го электрохимического эквивалента (9- 10 кг/(A*год)), но форма и механическая прочность этих изделий обыч­но позволяют легко устанавливать их в почву.  Для снижения потерь металла анодные заземления устанавливают в неагрессивные электропроводящие за­сыпки из измельченной и утрамбованной коксовой или угольной крошки. В некоторых случаях применяют от­ходы электродного производства — графитовую крошку и шлак. Стекание электрического тока в грунт с прессо­ванной коксовой засыпки (рис. 32) не вызывает раст­ворения поверхности засыпки. 3 Материал анодного заземления  Характер электрохимических процессов, протекающих на поверхности анодного заземлителя, зависит от количества влаги в приэлектродном слое заземлителя, определяемого влажностью грунтов. В засыпке не должно быть свободного почвенного электролита. В противном случае на поверхности заземлителя появляется ток ионной проводимости и стальной электрод начинает усиленно разрушаться (рис. 32, в, г). По этой причине в грунтах повышенной влажности применение коксовой засыпки неэффективно. Здесь стальные электроды разрушаются с той же скоростью, что и без засыпки.  Для влажных и маловлажных грунтов интенсивность разрушения стальных электродов в коксовой засыпке определяется электрохимическим эквивалентом для ста­ли в коксе, который в 5—38 раз ниже, чем для стали в грунте в зависимости от плотности анодного тока. 4 Материал анодного заземления  Для обеспечения одинаковой плотности тока и равномерного износа по всей поверхности анодного заземли­теля необходимо создать равномерную толщину и сте­пень утрамбовки засыпки. Ручным способом в траншее этого достичь практически не удается. 5 Материал анодного заземления  Для индустриа­лизации монтажа анодных заземлителей в коксовой засыпке применяют анодные заземлители (ЗЖК-12-КА и ЗЖК-41г-КА), отлитые из железокремнистых чугунов типа ферросилид и упакованные в прессованную коксо­вую мелочь, которая заключена в кожух из кровельного железа. Такие электроды не следует применять в грунтах повышенной влажности, так как в этих условиях применение коксовой засыпки неэффективно и потери массы электрода резко возра­стают. В своё время был создан анодный заземлитель АКЦ, предназначенный для установки в грунтах повышенной влажности (в болотах, поймах рек и на водных переходах трубопроводов). Он представляет собой комплектную конструкцию и состоит из стального электрода диаметром 50 мм, длиной 1700 мм, массой 26 кг и из коксового наполнителя на цементном связующем с добавкой 5% нитрита натрия. К стальному электроду подключается изолированный проводник. Коксовый наполнитель имеет сечение 150 X 150 мм. Электрохимический эквивалент такого заземлителя 0,4— 1,8 кг/(А • год). 6 Материал анодного заземления  Для болотистых и обводненных грунтов были разработаны анодные заземлители АК1 (в грунтах низкой и средней коррозионной активности) и АК-3 (в грунтах повышенной и высокой коррозионной активности). Для устройства глубинных анодных заземлителей разработаны заземлители АК-1Г и АК-2Г.  Анодные заземлители типа АК (табл. 18) представ­ляют собой комплектную конструкцию, состоящую из металлического электрода (стального или железокрем­ нистого) и спрессованного коксового наполнителя с ин­гибитором. 7 Конструкция поверхностного анодного заземления  Поверхностное анодное заземление сооружается из отдельных заземлителей в трех вариантах: горизонталь­ном, вертикальном и комбинированном. 8 Горизонтальное заземление  Горизонтальное заземление выполняется из несколь­ких электродов (труб, рельсов, полос), закладываемых на некоторую глубину в один или два ряда (рис. 33). Достоинства горизонтального заземления — доступность всех частей заземления для осмотра и сравнительно оди­ наковые условия их работы, а также сравнительная про­стота выполнения необходимых земляных работ. Однако под такие заземления требуются большие площадки. Пе­реходное сопротивление горизонтальных заземлений сильно зависит от атмосферных осадков. 9 Вертикальное заземление  Вертикальное заземление выполняется в виде одного /или нескольких вертикальных электродов, расположен­ных в один или два ряда на расстоянии 4—5 м друг от друга (рис. 34). Достоинства вертикальных заземле­нии — меньшая зависимость переходного сопротивления от атмосферных осадков и меньшие размеры площадки под них. 10 Комбинированное заземление  Комбинированное заземление состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей. При этом удается получить наименьшее сопротивление растеканию тока при наименьших размерах площадки. Комбинированное заземление обычно выполняется из вертикальных заземлителей, забитых в ряд или по контуру, соединяемых по 0 верху одной или несколькими горизонталями (рис. 35). 11 Влияние глубины заложения на сопротивление растеканию тока с вертикальных заземлителей  С увеличением длины вертикальный заземлитель на­чинает работать вовсе более стабильных условиях влажности. Для вертикального заземлителя очень важно, чтобы значительная часть его работала в условиях по­стоянной влажности, что обычно наблюдается на глубине 2 —2,5 м. На этой глубине влажность почвы относительно стабильна в течение всего года и, кроме того, на эту глубину в обычных условиях не распространяется про­мерзание. Как показывают эксперименты по измерению переходного сопротивления трубчатого вертикального заземлителя в зависимости от глубины заложения, наи­более целесообразной можно принять глубину заложения 2—3 м. 12 Влияние подсоливания грунта на переходное сопротивление заземлителя  Для заземления стремятся найти вблизи трассы защищаемого сооружения площадку с наименьшим удельным электрическим сопротивлением (не выше 10 Ом • м), но поскольку почву с таким сопротивлением не всегда удается найти, часто его снижают искусствен­но. Наиболее распространенный способ искусственного снижения сопротивления — подсоливание, которое, кроме того, понижает температуру замерзания окружающей влаги. Обычные способы подсоливания заключаются в следующем.  При первом способе роют шурф глубиной, равной одной трети длины заземлителя, и диаметром 500 мм. В дно шурфа на требуемую глубину забивают заземлитель, а вокруг него насыпают вперемежку слои соли и земли (1—2 см). Каждый слой поливают водой (1—2 л па 1 кг поваренной соли). 13 Влияние подсоливания грунта на переходное сопротивление заземлителя  При втором способе подсоливания в заземлителе-трубе сверлят отверстия диаметром 10 мм, располагаемые в шахматном порядке (по 6 отверстий на каждые 20 см длины заземлителя). После забивки заземлителя на нужную глубину внутрь трубы заливают раствор поваренной соли (1 кг соли на 1—2 л воды). Раствор про­сачивается через отверстия в почву и, подсаливая ее, снижает сопротивление растеканию тока с заземлителя. Установлено, что при подсоливании таким способом суглинков сопротивление заземлителя снижается в 1,5 раза, супесей — в 2 раза и песков — в 2,5 раза. 14 Глубинные анодные заземления   В настоящее время наряду с анодными заземлениями поверхностного типа широкое распространение получили глубинные анодные заземления, применение которых во многих случаях позволяет более эффективно защитить подземные трубопроводы на территориях промышленных площадок нефте-, газопроводов и нефтебаз. В этих усло­виях применение поверхностных заземлений затруднено из-за экранирующего влияния подземных трубопроводов, расположенных ближе к заземлителю, на эффект защиты более удаленных трубопроводов подземной сети. Материалами для сооружения глубинных анодных заземлений могут быть сталь, электротехничес­кий уголь, графит, железокремнис­тые чугуны. От вида материала за­висят диаметр скважины и длина рабочей части заземления. 15 Глубинные анодные заземления   Эффективность применения той или иной конструкции глубинного анодного заземления определяется технико-экономическим сравнением различных вариантов. Многочисленные конструкции глубинных анодных заземлений (рис. 36) можно охарактеризовать следующими общими положениями: при бурении скважина обсаживается стальной трубой диаметром 168-273 мм; бурение производится на глубину 80-100 м. 16 Глубинные анодные заземления   Внутрь скважины опускается труба диаметром 50—80 мм, которая не доходит до поверхности земли на 30 м. внутренняя труба собирается из отдельных секций длиной 6- 10 м, которые свариваются между собой; электрический кабель, как правило, присоединяют в двух местах внутренней трубы: на забое и в верхнем оголовке; иногда катодная станция соединяется кабелем с каждой секцией внутренней трубы; вместо стальной внутренней трубы можно использовать графитовые стержни диаметром 80 мм и длиной 1,25 м, которые свинчиваются между собой, или электроды из железо­ кремнистого чугуна, в последнем случае катодная станция соединяется кабелем с каждым электродом или с их группой; 17 Глубинные анодные заземления   пространство между внутренней трубой (или элек­тродами) и наружной (обсадной) трубой заполняют коксовой мелочью или коксобетоном следующего состава (массовая доля в % ): коксовая мелочь — 65, цемент — 33, нитрит натрия — 2, вода — 20 (от массы компонен­тов); иногда вместо коксобетона применяют обычный цементный раствор. Условие эффективной работы глубинного анодного заземления — расположение его в слое грунта с высокой электропроводностью, над которым расположен гори­зонт с весьма малой электропроводностью. Такую инфор­мацию можно получить из анализа геоэлектрического разреза. 18 Расчёт анодного заземления    Сопротивление растеканию тока с комбинированного анодного заземления определяют по формуле где RB — общее сопротивление растеканию тока с верти­кальных электродов с учетом экранирования, Ом; RГ — то же, для горизонтальной шины, Ом; RH — сопротивление растеканию тока с одиночного вертикального электрода, Ом; n — число вертикальных электродов; η — коэффициент экранирования верти­кальных электродов (выбирается по таблицам в зависи­мости от числа электродов, их размеров и отношения расстояния между электродами к их длине); 19 Расчёт анодного заземления   RГ — сопротивление растеканию горизонтальной шины, Ом; ηГ коэффициент экранирования горизонтальной шины (выбирается по таблицам). Сопротивление растеканию одиночных вертикальных электродов и горизонтальных шин определяется по рас­четным формулам, представленным в справочной лите­ратуре. 20 Расчет срока службы анодного заземления  На основании закона Фарадея срок службы анодно­го заземления (в годах), установленного в грунт, опре­деляется по формуле  где G — общая масса рабочих электродов заземления, кг; q электрохимический эквивалент материала элек­тродов, кг/(А • год); Iдр — сила тока в цепи СКЗ, А. 21 Расчет срока службы анодного заземления  Практика эксплуатации установок катодной защиты, а также специальные исследования показали, что срок службы анодных заземлений, установленных непосред­ственно в грунт, мало зависит от плотности тока, расте­кающегося с заземления. Однако при плотности тока выше 10 А/м2 возможно образование на поверхности электродов слоя продуктов коррозии высокого сопротив­ления, что потребует увеличение напряжения, а следова­тельно, и потребляемой мощности СКЗ.  Если стальные электроды установлены в коксовую мелочь, данное явление не наблюдается, т. е. такие анод­ные заземлители работают стабильно и не требуют за­метного изменения напряжения СКЗ (в пределах плот­ности тока 10— 14 А/м2). Кроме того, установлено, что при использовании коксовой засыпки (рис. 37) анодное разрушение заземлителей заметно снижается. 22 Расчет срока службы анодного заземления    Срок службы анодного заземлителя (в годах), смон­тированного из стальных электродов и установленного в коксовую засыпку, можно определить по формуле где Кр— коэффициент снижения разрушения анодов (см. рис. 37) в зависимости от плотности тока I (в А/м2); где Sа — суммарная поверхность рабочих электродов анодного заземления, м2. 23 Расчет срока службы анодного заземления  Из графика на рис. 37 следует, что наиболее эконо­мичным режим работы анодного заземления СКЗ, вы­полненного из стальных электродов, установленных в коксовую мелочь, будет при i = 6-8 А/м2. Исходя из этого для одиночного упакованного заземлителя АК-1 наибольший срок службы может быть достигнут при силе тока защиты 1,3— 1,7 А. 24 Расчет срока службы анодного заземления  Число комплектных электродов, необходимых для обеспечения наибольшей продолжительности работы анодного заземления, можно определить по формуле  Определение числа электродов анодного заземления можно также решить как технико-экономическую задачу минимизации приведенных затрат П на сооружение и эксплуатацию анодного заземления:  где Э — расходы, связанные с эксплуатацией анодного заземления, тг/год; К — капитальные затраты на соору­жение анодного заземления, тг.; е — нормативный ко­эффициент эффективности капитальных вложений (для предприятий нефтяной промышленности е = 0,121/год). 25 Расчет срока службы анодного заземления   Эксплуатационные расходы слагаются из оплаты электроэнергии Эл, затрачиваемой на преодоление со­противления растеканию тока с анодного заземления, и амортизационных отчислений при эксплуатации заземле­ний Ам= σК (здесь σ — общая норма амортизационных отчислений по основным фондам; для электрохимической защиты в нефтяной промышленности σ = 0,148 1/год). Окончательно выражение для приведенных затрат 26 Расчет срока службы анодного заземления     Расходы, связанные с оплатой электроэнергии (в тг/год), определяются по формуле где Сэ — стоимость электроэнергии, тг/(кВтч); R1 — сопротивление растеканию тока одиночного электрода, Ом; τ — время работы СКЗ в году, ч/год; η — к. п. д. катодной установки; n — число параллельно соединен­ных электродов в анодном заземлении; ηв — коэффи­циент экранирования электродов при выбранном рас­стоянии между ними. Капитальные затраты (в тг.) на сооружение анод­ного заземления де Са — стоимость установки анодного электрода, тг 27 Расчет срока службы анодного заземления  Задача минимизации приведенных затрат (103) с учетом выражений (104) и (105) имеет решением опти­мальное число электродов 28

Рекомендованные лекции

Смотреть все
Инженерные сети и оборудование

Средства защиты трубопроводов и инженерных систем от коррозии

Содержание Введение………………………………………………………………………1 Руководящие документы….…………………………………………….....2 Механизмы коррозии……………………………………………………….3 Ряд напряжени...

Нефтегазовое дело

Катодная защита подземных металлических сооружений

Лекция №10. Катодная защита подземных металлических сооружений. Уведомление о Правах: Этот документ и его переводы могут быть скопированы и предоставл...

Нефтегазовое дело

Нефтегазовое дело

ВВЕДЕНИЕ Россия обладает одним из крупнейших в мире потенциалов топливноэнергетических ресурсов: прогнозные запасы нефти оцениваются в 44 млрд т, газа...

Физика

Основы формирования и обработки сигналов

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина Институ...

Автор лекции

Лагунов Е.В.

Авторы

Электроника, электротехника, радиотехника

Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа

Предисловие Настоящее пособие написано в соответствии с программой курса ''Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа'' и составлено ...

Электроника, электротехника, радиотехника

Электрические и электронные аппараты

Электрические и электронные аппараты конспект лекций Оглавление Оглавление 3 ЛЕКЦИЯ № 1. 7 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТАХ ...

Теплоэнергетика и теплотехника

Электротехнология. Схемы преобразования электрической энергии в тепловую

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ. КУРС ЛЕКЦИЙ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Ставропольский государстве...

Автор лекции

Лысаков А. А.

Авторы

Электроника, электротехника, радиотехника

Техника высоких напряжений

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный ун...

Автор лекции

Косырихин В.С.

Авторы

Технологические машины и оборудование

Электротехнологические установки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИФЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 621.311(07) С217 В.И. Сафонов ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ...

Автор лекции

Сафонов В. И.

Авторы

Электроника, электротехника, радиотехника

Механизмы связи и способы их ослабления

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНИМАЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВГС ВОЗ ИКТ КЗ КС КЭ ЛЭП МЭК ПКЭ ППЭ ТС ТП ЭДС ЭЗ ЭМВ ЭМИ ЭМО ЭМП ЭМС ЭСР - высшие гармонические составляющие Всемирна...

Смотреть все