Оценка потерь электроэнергии на катодную защиту при различных способах подключения источника тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка потерь электроэнергии на катодную защиту при различных способах подключения источника тока

Мамедов Фирудин Ибрагим оглы, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки, член корр. Национальной Академии Наук Азербайджана,

Ширинова Айнур Яшар кызы, зав. лабораторией кафедры электротехники, диссертант Сумгаитского государственного университета,

Дадашева Рена Бахрам кызы, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники,

Мамедова Шафагат Тельман кызы, младший научный сотрудник проблемной лаборатории «Проблемы электроэнергетики»

В статье рассматривается вопрос - оценка потерь электроэнергии на катодную защиту при различных способах подключения источника тока. При этом получены аналитические выражения КПД в зависимости от удельного сопротивления, от длины провода, от плотности тока и напряжения. Отмечено, что катодная станция, обладающая высокой КПД, дает возможность существенно сэкономить цветные металлы, повысить защиту на высоком техническом уровне и повысить надёжность работы КС.

Ключевые слова: Конструкция нефтяного промысла, коррозия, катодная защита, потенциал защиты.

In article the question research of coefficient efficiency of cathodic station of sea hydraulic engineering constructions at electrochemical protection against corrosion is considered. As a result of theoretical researches it is defined bred anodes lengthways estakady dependence quantity of anodes from a working current of cathodic station is received.

It is defined the characteristic defining dependence of cathodic station from coefficient efficiency copper and aluminothermy of a wire.

Keywords: Oil field construction, corrosion, cathodic protection, potential protection.

Катодные станции (КС) электрохимической защиты от коррозии успешно применяются в газопроводах нефтепроводах, силовых кабелях и кабелях связи, в металлоконструкции и в нефтяных и газовых промыслах и т.д.

В настоящее время использование морских сооружений и конструкций возросло из-за увеличения объемов добычи нефти и газа в морских условиях. Срок службы и сооружений зависит от долговечности и надежности металлических конструкций, эксплуатируемых в условиях агрессивной среды. Одним из путей повышения срока службы, долговечности и надежности металлических конструкций является применение электрохимической защиты свай морских сооружений от коррозии [1, 2, 3].

При электрохимической защите от коррозии потребляется огромное количество электрической энергии. Часть потребляемой энергии расходуется на потерю при передачи её от катодной станции (КС) анодной системы. При этом возникает необходимость вести исследование КС по КПД.

Уменьшение КПД в КС дает возможность уменьшить потерю электрической энергии в соединительных проводах, протянутых вдоль длины морских сооружений, что создает экологическое превосходство в агрессивной среде.

Качество электрохимической защиты от коррозии свай морских сооружений в основном определяется по величине защитного потенциала. Защитный потенциал получается за счет непрерывного обеспечения электрической энергией постоянного тока свай морских сооружений от катодной станции (КС). Передача электроэнергии постоянного тока с выхода КС к аноду, осуществляется медными или алюминиевыми шинами, так как анод потребляет большие токи и сопротивление их практически маленькими и в линиях передачи наблюдается большое падение напряжения. При увеличении протяжённости металлической конструкции возрастают потери мощности в линиях электропередачи.

В установках катодной защиты рекомендуется применять КС и выпрямители с выходным напряжением 24; 48 В при силе тока 6,25; 12,5А до 400А, мощностью до 5 кВт. [1].

Для монтажа выбираем медный провод сечением 25 мм2, расстояние между анодом и катодом по рис. 4 составляет 20 м.

Принимая удельное сопротивление для меди

между опорными точками по формуле

получаем общее сопротивление

электроэнергия катодный защита ток

По рис. 2 на 16 катодный стояк, при симметричном расположении принимаем 7 стояков анода. Если катодное напряжение 48 В имеет возможность выхода 400 А тока, каждый стояк катода как заземлитель будет иметь переходное сопротивление по [5]

где

Поскольку все катодные столбы находятся в воде и имеют хорошую электропроводимость для линейного напряжение 48 В по ГОСТ принимаем переходное сопротивление в местах болтовых соединений 2 Ом-а, имея малое сопротивление между анодом и катодом, а так же заземлителем при 57,14 А анодного тока, 48 В напряжения ионный процесс диссоциации, т.е. электролиз протекает активно собирая не растворимые соли на катодных стояках.

Расчёт и расположение опор даны для самой тяжёлой работы катодной станции. При перемещении катодной станции на симметричной опоре, т.е. на 8-и опорах КПД установки дважды улучшены.

В существующей электрохимической защите источники питания систем катодной защиты обладают низким КПД [1]. Как отмечено в литературных источниках, рекомендуется применять КС и выпрямители с выходными напряжениями 48 В при силе тока до 400А. С таким расчетом определяют количество анодов, подключенных к выходу КС.

Принимаем, что рабочий ток одного анода равен 12,5 А и соответственно используя при этому формулу (2) находим число анодов подключенных к выходу КС. Эти аноды равномерно располагаются по обе стороны сооружения. При этом схема подключения анодов на выходе КС представлена в виде, указанной на рис.1. Как отмечено выше, по этой схеме расстояние между анодами берется 20м.

Рис. 1. Расположение анодов вдоль металлической конструкции: сопротивление подводящих проводов; поляризационное сопротивление между катодом и анодом.

При этом сопротивление соединительных проводов вдоль длины сооружений получается равным:

(1)

где - удельное сопротивление материала провода, ; - длина провода между точками разветвления,; -поперечное сечение проводов по всей длине .

Так как, согласно формуле (2) число анодов равно 32, то согласно рис.2. выражение (3) умножаем на 16, чтобы получить сопротивление по продольной длине сооружения. Обозначив длину провода от точки разветвления до анода через и соответственно этому, эквивалентное сопротивление для проводов, длина которых равны записывается в виде:

(2)

Нужно отметить, что последовательно включенное с сопротивлениями анодной системы относительно тока разветвляется через морские воды соединенные между собой параллельно. При этом сопротивление, определяющееся по формуле (4) получается в два раза меньше т.е.

(3)

где - длина участка провода от точки разветвления до анода, - поперечное сечение провода в этом участке. Теперь рассмотрим полную мощность, снимаемую с КС, которая записывается в виде;

(4)

где - выпрямленное напряжение на выходе КС; - выходной ток КС или ток нагрузки. Часть этой мощности расходуется на потери в сопротивлениях соединительных проводов и . Для нахождения этой потери используем формулы (3) и (5). Соответственно КПД КС при этом будет равно;

 (5)

Учитывая, что все монтажные провода, используемые от КС до анодной системы, имеют одинаковые поперечные сечения, тогда принимаем, что и при этом формула (7) записывается в виде:

(6)

Если выразить S через плотность тока,и тока для КПД будем иметь;

(7)

Как было отмечено ранее, расстояние между анодами берется равным 20 м и соответственно даны длина проводов =20. При этом формула (9) записывается в виде:

(8)

Принимаем, что для схемы, предоставленной на рис. 2, монтаж проводился с проводом из материала - медь, тогда соответственно КПД КС получается 35%. А если монтаж проводить из алюминия, то КПД получим 30 %.

Для повышения КПД, КС переносим в середину металлического сооружения. В этом случае формула (10) для схемы, приведенной на рис. 2, записывается в виде:

 (9)

При использовании формулы (11) для медного провода получим КПД равной 67,5%, а для провода из алюминия будем иметь 65 %.

Рис. 2. Размещение КС на середину длины металлической конструкции: сопротивление подводящих проводов; поляризационное сопротивление между катодом и анодам.

Таким образом получим следующие выводы:

1. Установка катодной станции по указанному в статье методу, позволяет повысить КПД системы, примерно в два раза.

2. Уменьшением поперечного сечения подводящих проводов можно добиться экономии цветных металлов.

3. Ток катодной станции определяется количеством анодов, которое выбирается из соображений качества катодной защиты.

Литература

1. Руководство по электрохимической защите от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне. РД 31.5.07-83.от 02.06.83 г. (материалы с интернета).

2. Мальцева Г.Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии. Пенза 2001. 210 с.

3. Руководящий документ по защите от коррозии механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений РД ГМ-01-02.М.: «Трест гидромонтаж». 2002.230 с.

4. Постникова А. Современные системы промышленной защиты от коррозии / Нефть и газ. Промышленность. 2004 №3 (8). С. 38-39.

5. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудовании» под общий редакцией Н.С.Мовясова, А.М.Храмущина, Москва энергоиздат 1981 г.

Размещено на Allbest.ru