Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения

Отчёт

По преддипломной производственной практике

На OАО «Транснефть- Центральная Сибирь»

 

с «01» Февраль 2015г.

по «03» Марта 2015г.

Руководитель практики

От кафедры _ __ст.__преподователь_______

(должность)

______________________ Н.М. Семенов

(подпись) (И.О. Фамилия)

 

«___»___________2015г.

 

Руководитель практики

От предприятия (должность)

Начальник отдела АСУ_ТП РНУ «Стрежевой» ____ ______ А.Н.Куликов

(подпись) (И.О. Фамилия)

 

«___»___________2015г.

 

Исполнитель:

Студент ____________________ С.В. Лим (подпись) (И.О. Фамилия)

 

«___»___________2015г.

 

 

Томск-2015

Реферат

ОТЧЕТ по преддипломной производственной практике: страниц 59, рисунков 48, таблиц 12, формул 7, 1 приложение, источников 22.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА, КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ ГРУНТА, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА, ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ, ДАТЧИКИ, ПРИБОРЫ

Цель выполнения преддипломной практики: Изучение способа измерения поляризационного потенциала подземного сооружения разработанного ООО «НПП «ЭлектроХимЗащита». Сравнение полученных результатов измерений проведенных различными известными способами измерения защитного потенциала. Ознакомление, изучение, применение сухого безэлектролитного электрода сравнения (СЭС), микроконтроллера МК-СЭС и прибора «Магистраль-1» для измерения защитного потенциала нефтегазопроводов и коррозионной активности грунтов. Получение практических навыков по монтажу, наладке и эксплуатации МИК «Магистраль-1», прибора для коррозионных обследований «Катодник-1».

В процессе прохождения практики ознакомлен с принципиально новыми техническими, методическими и программными средствами, позволяющими повысить эффективность коррозионного мониторинга и оптимизации электрохимзащиты магистральных трубопроводов и других стальных подземных сооружений. Изучены компьютеризованная экспериментальная установка, с макетом катодно-защищенного макета трубопровода. Способ (метод) позволяющий существенно снизить влияние блуждающих токов, омических падений на грунте и спада потенциала вспомогательного электрода на точность измерения поляризационного потенциала газопровода. Прибор для коррозионных обследований «Катодник-1» и мобильный измерительный комплекс «Магистраль-1». Получены практические навыки для различных условий эксплуатации по применению безэлектролитного сухого электрода сравнения СЭС различных модификаций: с внутренним источником (СЭС-1), с питанием от внешнего источника (СЭС-2) и мобильный вариант (СЭС-3). По согласованию с ООО «Газпром Трансгаз Томск» были обследованы участки МГ, чередующиеся в пределах 2-3 км. на соответствующих КИП.

 

 

 

Содержание

 

Определения, обозначения, сокращения……………………………………...…

Введение……………………………………………………………………………

1 Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения…………………………………………………………

2 Прибор для коррозионных обследований «катодник-1»……………………

3 Теоретические основы безэлектролитного электрода сравнения…………...

3.1 Электрохимические основы безэлектролитных электродов сравнения….

3.1.1 Водородный электрод………………………………………………...

3.1.2 Формирование электрода СЭС……………………………………….

4 Безэлектролитный сухой электрод сравнения………………………………...

4.1 Экспериментальные электроды сравнения СЭС-1, СЭС-2……………….

4.2 Промышленные модификации безэлектролитных электродов СЭС…….

4.2.1 Технические характеристики электродов типа СЭС………………..

4.2.2 Электрод СЭС-1 серии 1……………………………………………...

4.2.3 Электрод СЭС-2 серии 2……………………………………………...

4.2.4 Электрод СЭС-3 серии 3……………………………………………...

4.3 Время выхода электродов СЭС на режим…………………………………

4.4 Применение электродов СЭС для измерения защитного потенциала…...

4.5 Применение СЭС при строительстве газопроводов……………………….

4.6 Проведение обследований газопроводов…………………………………..

4.7 Измерение рН………………………………………………………………...

5 Микроконтроллер МК-СЭС…………………………………………………….

6 Мобильный измерительный комплекс «Магистраль-1»……………………...

6.1 Назначение комплекса «Магистраль-1»……………………………………

6.2 Технические характеристики комплекса «Магистраль-1»………………..

6.2.1 Технические характеристики датчика «Д»………………………….

6.3 Принцип работы комплекса «Магистраль-1»……………………………...

6.4 Подготовка комплекса «Магистраль-1» к работе………………………….

6.4.1 Проверка работоспособности……………………………………...…

6.4.2 Проверка нулей и дрейфа……………………………………………..

6.4.3 Калибровка по напряжению и току………………………………….

6.4.4 Поверка комплекса по стандартным растворам…………………….

6.4.5 Поверка по удельному сопротивлению……………………………..

6.4.6 Поверка по кислотности…………………………………………….

7 Программа Магистраль СОФТ………………………………...……………….

7.1 Назначение программы……………………………………………………...

7.2 Установка и настройка комплекса………………………………………….

7.3 Интерфейс программы………………………………………………………

7.4 Проведение измерений………………………………………………………

7.5. Работа с базой измерений………………………………...………………...

7.6. Методика и программа выполнения измерений………………………….

7.6.1 Интерфейс программы………………………………………………..

7.6.2 Проведение измерений………………………………………………..

8 Объекты обследования………………………………………………………….

8.1 Краткая характеристика объектов обследования………………………….

8.2 Порядок установки электродов СЭС в грунт……………………………...

8.3 Схема установки электродов………………………………………………..

8.4 Оборудование для обследования МГ……………………………………….

8.5 Результаты измерений.....................................................................................

8.6 Обследования коррозионной активности грунта………………………….

 

с.

 

Заключение………………………………………………………………………...

Список использованных источников…………………………………………….

Приложение 1……………………………………………………………………..

 

 

 

Определения, обозначения, сокращения

В настоящем отчёте использованы следующие определения:

Стационарный процесс: процесс, протекающий с конечной скоростью (постоянных градиентах концентраций, температур и т.д.) и постоянными характеристиками во времени.

Потенциал электрода: разность потенциалов между металлическим электродом и водной фазой.

Стационарный потенциал: постоянный потенциал электрода (потенциал участка металлической поверхности трубопровода с нарушенной изоляцией) при протекании через него постоянного тока.

Поляризационный потенциал: измеренное значение стационарного потенциала с минимальной величиной омической составляющей.

Смешанный потенциал: потенциал электрода (потенциал участка металлической поверхности трубопровода с нарушенной изоляцией), на котором протекает несколько электрохимических реакций.

Ток наводораживания: катодный ток через поверхность пористой стали.

 

В настоящем отчёте приняты следующие сокращения:

СКЗ – станции катодной защиты;

КИП – контрольно измерительный пункт;

КЗ – катодная защита;

ЭНЕС – электрод не поляризующийся сравнения;

СЭС – сухой безэлектролитный электрод сравнения;

СЭС - 1, СЭС - 2, СЭС - 3 – сухие безэлектролитные электроды сравнения серии 1, серии 2, серии 3;

МСЭ – медносульфатный электрод сравнения;

ВЭ – вспомогательный электрод;

НКМ – неавтоматизированный коррозионный мониторинг;

КДП – контрольно диагностический пункт;

КМ – коррозионный мониторинг;

ПКМ – прибор коррозионного мониторинга;

ЭХЗ – электрохимическая защита;

МГ – магистральный газопровод;

МИК – мобильный измерительный комплекс.

МН «А-А-С» - магистральный нефтепровод «Александровская-Анжеро-Судженск»

МН «С-А» - магистральный нефтепровод «Самотлор-Александровская»

В настоящем отчёте приняты следующие обозначения:

Е – потенциал, В (мВ);

Е_Н, Е_Ст, Е_ПСт – нестационарный потенциал, стационарный потенциал, стационарный потенциал поляризации соответственно, В (мВ);

I – величина тока, А (мкА);

i – плотность тока, А/Метр² (мкА/см²);

Е_СОС, Е_БОС – потенциал с омической составляющей, потенциал без омической составляющей, В (мВ);

ρ_гр – удельное сопротивление грунта, Ом*Метр;

С – постоянная электрода, Метр^-1.

 

Введение

Основным средством защиты трубопроводов от электрохимической коррозии является их антикоррозионные покрытие. Кроме того, чтобы защитить трубу в местах нарушения (дефекта) изоляции используют электрохимическую (катодную) защиту, суть которой состоит в том, что на трубу подается защитный потенциал с помощью которой, металл стенки трубы поляризуется относительно земли. При появлении дефекта на границе раздела металл-земля необходимо установить такой потенциал, при котором ток электрохимической коррозии металла полностью компенсируется током катодной защиты, при этом обеспечивается минимальное коррозионное разрушение стенки трубы.

Для обеспечения данных условий потенциал поляризации Е (потенциал на границе металл-земля) согласно ГОСТ 9.602-2005 ЕСЗКС должен находиться в диапазоне Е = (0.85-1.15)В со знаком минус относительно медно-сульфатного электрода сравнения. Для реализации катодной защиты, например, на трубопроводе через каждые 10 км устанавливают станции катодной защиты, отрицательный вывод которых подключается к трубе, а положительный к заземлению.

Повышение эффективности катодной защиты является одним из основных путей повышения экологической безопасности эксплуатации магистральных нефтегазопроводов. Для оценки эффективности электрохимической защиты, на каждом километре трубопровода оборудован контрольно - измерительный пункт (КИП) с панелью, на которую выведены контакты, соединённые с трубой, электродом сравнения, вспомогательным электродом и заземлением. Измерения проводятся при помощи приборов коррозионных обследований.

Обязательным элементом КИП является неполяризуемый электрод сравнения, который устанавливается в грунт на глубину до 1.5 м. Электрод обеспечивает контакт измерительной схемы, например, общей клеммы мультиметра с землей при измерении потенциала катодной защиты (КЗ). Обычно в качестве электрода сравнения используются медно-сульфатные электроды сравнения (например, типа ЭНЕС в России и CU-DC в Германии). Эти электроды представляют собой сосуд с пористой мембраной заполненный электролитом, который, просачиваясь через мембрану обеспечивает надежный контакт с грунтом. Эксплуатация таких электродов затруднена постоянной убылью электролита. Их срок службы определяется объемом электролита. В частности, увеличение срока службы электрода сравнения типа CU – SC (Германия) до 10 лет достигается увеличением объема электролита до 25 кг. Но и этого мало, поскольку срок эксплуатации трубопроводов может составлять 50 и более лет. Срок службы обычных электродов типа ЭНЕС (Россия) составляет 3-5лет. Недостатком таких электродов является также то, что их срок службы зависит от условий эксплуатации (перепада температур, влажности и дисперсности грунта). Существенным недостатком известных электродов сравнения, затрудняющим его эксплуатацию и обслуживание, является то, что для установки электрода в грунт необходимо предварительно вырыть шурф.В настоящее время трубопроводный парк России для транспорта нефти и газа составляет 220 тыс. км. Согласно [1,2] на каждом километре магистрального трубопровода должен быть установлен в грунт стационарный электрод сравнения на глубину до 1.5м. Таким образом, потребность в электродах носит массовый характер. Поэтому применение новых разработанных технологий, методов и способов измерений, новой приборной базы на основе безэлектролитных электродов, способных работать в тяжелых условиях эксплуатации, особенно в условиях крайнего севера и бескрайних болот, является актуальной проблемой. В частности, из-за этих проблем только порядка 40% магистральных трубопроводов России оснащены электродами сравнения вопреки требованиям ГОСТ 51164-98, что соответственно повышает экологическую опасность их эксплуатации.

При выполнении проекта 8339 по программе «СТАРТ» с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно технической сфере ООО «НПП ЭлектроХимЗащита» в 2008-2012г. выполнила научно-исследовательскую опытно-конструкторскую работу по теме: «Разработка безэлектролитного сухого электрода сравнения, датчиков, зонда и прибора для создания на их основе принципиально новых надежных средств электрохимзащиты магистральных нефтегазопроводов ».

В результате исследованийразработаны принципиально новые технические, методические и программные средства, позволяющие повысить эффективность коррозионного мониторинга и оптимизации электрохимзащиты магистральных трубопроводов и других стальных подземных сооружений. Разработан безэлектролитный сухой электрод сравнения СЭС выполненный из пористой нержавеющей стали, стационарный потенциал которого формируется путем насыщения прилегающей к электроду влаги грунта и пор электрода водородом при пропускании постоянного тока. Для различных условий эксплуатации разработаны варианты с внутренним источником (СЭС-1), с питанием от внешнего источника (СЭС-2) и мобильный вариант (СЭС-3). Разработан микроконтроллер, позволяющий автоматизировать процедуру измерений и накапливать периодически измеряемые значения потенциалов в течение длительного времени. Разработаны компьютеризованные экспериментальная установка с макетом катодно-защищенного макета трубопровода и мобильный измерительный комплекс «Магистраль-1». Разработан способ (метод) позволяющий существенно снизить влияние блуждающих токов, омических падений на грунте и спада потенциала вспомогательного электрода на точность измерения поляризационного потенциала газопровода. Способ может использоваться как с электродами СЭС, так и с медно-сульфатными электродами типа ЭНЕС. Способ позволяет не только существенно снизить ошибку измерений, но и сократить время измерений. Разработана простая в реализации неметаллоемкая технология изготовления электродов СЭС, не требующая высокой квалификации, дорогостоящего оборудования и материалов. Разработаны конструкторская, методическая и метрологическая документация, а также технические условия, руководство по эксплуатации и паспорт на электроды СЭС и техническая документация на микроконтроллер МК-СЭС.

 

 

Водородный электрод

После введения в грунт электрода сравнения СЭС, необходимый для его нормальной работы электролит формируется из прилегающей влаги путем ее насыщения водородом [17]. То есть, электроды СЭС по ряду факторов (неравновесность, область применения, рабочий диапазон значений рН, стабильность, точность, время выхода на рабочий режим) не соответствуют известному водородному, в то же время, учитывая использование водорода, предлагаемый электрод можно назвать псевдоводородным.

Рассмотрим основные закономерности поведения водородного электрода при его поляризации в гальваностатическом режиме при включении и выключении тока. Обширные экспериментальные данные различных научных школ как отечественных, так и зарубежных убедительно подтверждают справедливость уравнение Тафеля в стационарных условиях для широкого диапазона плотности токов и практически всех металлов в водных электролитах с различной кислотностью:

Е = а + b·lg(i) (3.1),

где:

E - поляризационный потенциал электрода;

i – плотность тока поляризации;

а и b – константы, причём b=0,118 для всех металлов и электролитов, а величина а – зависит от величины тока обмена.

Следует отметить, что потенциал электрода по уравнению Тафеля устанавливается не сразу, а по истечении определённого времени [18-22].

На рис.3.1 представлена зависимость потенциала палладиевого электрода в гальваностатических условиях при включении тока (плотность тока -20 мкА/см²) в течение от 0 до 60 сек и выключенном токе после 60 секунд в 2Н растворе серной кислоты и пропускании водорода при 1 атмосфере [18-22]. Эти экспериментальные данные относятся к поляризации обычного водородного электрода, который использовался в качестве образцового при разработке электрода СЭС. На рис. 3.1 хорошо видны три характерные точки А, Б и С. В точке А устанавливается нестационарный поляризационный потенциал (Е_Н) после быстрого перезаряда двойного электрического слоя. В точке С потенциал электрода достигает стационарного значения (Е_Ст.) с омической составляющей.

А

С

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1. Гальваностатические процессы включения и выключения тока наводороживания

 

После выключения постоянного тока в точке Впотенциал электрода принимает значение стационарного поляризационного потенциала (Е_ПСт), после чего медленно изменяется до равновесного. В работе [21] показано, что потенциал после точки В меняется линейно в зависимости от количества выделенного водорода.

Однако при стационарной установке электрода на конкретном контрольно-измерительном пункте (КИП) трубопровода влияние этих закономерностей приобретает систематический характер. Это позволяет при необходимости исключить возникающую при этом систематическую составляющую ошибки измерения путем калибровки электрода СЭС после его установки в грунт с помощью образцового электролитного электрода.

 

Формирование электрода СЭС

Процесс формирования электрода сравнения можно представить в виде следующей упрощенной схемы:

O₂(в порах электрода) → O₂(раствор) (3.2)

0,5O₂(раствор) + 2e +2H⁺ = H₂O (3.3)

2H₂O +2e = 2H₂ +2OH^- (3.4)

2OH^-(поры электрода) → диффузия в глубь грунта (3.5)

H₂ → частичная диффузия водорода в глубь грунта и металла (3.6)

Стадии (2) и (3) характеризуют процесс электровосстановления кислорода воздуха, находящегося в порах электрода и электролите (влага грунта), а также окислов на поверхности металла. Стадии (5) и (6) указывает на удаление продуктов электрохимической реакции гидроксила и водорода вглубь грунта и металла. Стадии (2) и (3) существенно влияет на потенциал электрода только ограниченное время (сутки и меньше) из-за ограниченного объёма пор электрода. Но в первоначальный момент времени при малых плотностях тока на восстановление кислорода может расходоваться большая часть тока.

Стадии (5) и (6) играют существенную роль в процессе установления стационарного состояния и тем самым и в стабилизации потенциала СЭС.

 

Рисунок 3.2. Формирование потенциала электрода СЭС

 

Отметим, что водород, получающийся в процессе наводораживания на стадии (4) частично адсорбируется на поверхности пор электрода довольно прочно.

Так, после разрыва цепи наводораживания потенциал электрода с пористостью 20% через три часа принимает постоянное значение в глинистом грунте, равное –0.730 В и практически не изменяется в течение трёх суток.

На рисунке 3.2 изображена схема завершения формирования стационарного потенциала псевдоводородного электрода за счет протекания двух потенциалопределяющих реакций в координатах: ток – безразмерный потенциал 0,5zFE/RT (z – число электронов, F – число Фарадея, R- универсальная газовая постоянная, джоуль/(моль Кельвин), T – температура, Кельвин, E – потенциал, вольт).

По мере насыщения пор электрода водородом, который выделяется за счёт катодной поляризации, скорости прямой реакции восстановления водорода из влаги грунта (положительный поток) и обратной реакции отвода продуктов реакции от поверхности (отрицательный поток) становятся равными. При этом изменение потенциала электрода прекращается, и он достигает своего стационарного значения, которое сохраняется за счет равенства потоков.

 

Электрод СЭС-1 серии 1

Электрод СЭС-1 является наиболее простой и дешевой модификацией, не требующей обслуживания. Предназначен для работы в различных грунтах при стационарной установке на КИП. Может иметь ограничение для работы в высокоомных грунтах. Источником тока наводороживания является разность потенциалов между собственно электродом сравнения и дополнительным электродом из обычной стали. Величина тока наводороживания определяется резистором порядка 50 кОм. Срок службы (не менее 10лет) определяется полным разрушением ВЭ. Для увеличения срока службы ВЭ может быть подключен к клемме «Труба» на КИП через стандартный разъем. Измерения защитного потенциала проводится после отключения ВЭ от трубы.

Неполяризующийся электрод сравнения типа СЭС-1 (рисунок 4.5) содержит корпус (1),

анод (2), электрод сравнения (3), соединительные провода (4), пульт (5), на котором расположены переключатель П1 «Измерение» (6), клемма «СЭС» (7) и клемма «К» (8) для контроля величины тока наводороживания по падению на резисторе 10ком.

 

Рисунок 4.5. Электрод сравнения СЭС-1 с пультом.

Электрическая схема электрода СЭС-1 с пультом приведена на рис. 4.6 и содержит переменный 50 ком и постоянный 10 ком резисторы для регулировки и измерения величины тока наводороживания соответственно. При установке электрода в грунт и замыкания переключателя П1 на электроде устанавливается смешанный потенциал равный 0,565± 0,025 В относительно электрода типа ЭНЕС.

 

Рисунок 4.6. Электрическая схема электрода СЭС-1 с пультом

 

Схема электрода СЭС-1 (рисунок 4.7) содержит корпус 3, выполненный в виде трубки, на торце которого размещен основной электрод 6 из пористой нержавеющей стали, соединенный с наконечником 2, выделенным красным цветом. На конце корпуса 3 расположен вспомогательный электрод 5, выполненный в виде цилиндра из трубной стали, соединенный с наконечником 1, выделенным черным цветом. Основной и вспомогательные электроды соединены между собой через резистор 4, размещенный внутри корпуса.

 

Рисунок 4.7. Схема безэлектролитного электрода сравнения СЭС-1

 

Наконечники прикручиваются на клеммник, внешний вид которого представлен на рисунке 4.8.

На клеммнике имеется отверстие для крепления его на КИПе. Наконечник 1 крепится на клемму «ВЭ», наконечник 2 – на клемму «СЭС».

Рисунок 4.8. Внешний вид клемника для электрода СЭС-1

 

 

В электроде СЭС-1 ток наводороживания формируется за счет разности потенциалов между электродами, которые возникают при его установке в грунт. При этом величина тока наводороживания стабилизируется резистором 4. Достоинством электрода является простота и отсутствие элемента питания.

 

Электрод СЭС-2 серии 2

Имеет то же назначение, что и электрод СЭС-1, но в отличие от него, электрод СЭС-2 менее критичен к грунтам с высоким сопротивлением. Потенциал электрода СЭС-2 менее чувствителен к воздействию внешних факторов. Это достигнуто благодаря использованию в качестве источника тока наводороживания встроенного литиевого энергоемкого элемента питания. Срок службы без обслуживания 10 лет. Питание располагается в нижней части штанги, в зимний период не замерзает и при необходимости может быть заменен при очередном обходе газопровода на новый элемент питания. Предусмотрена простая процедура замены элемента питания без извлечения самого электрода из грунта через полиэтиленовую трубку, используемую для ввода электрода в канал, пробитый в грунте.

Неполяризующийся электрод сравнения типа СЭС-2 (рисунок 2.9) содержит корпус (1),

анод (2), собственно электрод сравнения (3), соединительные провода (4), пульт (5) на котором расположены переключатель «Измерение» (6), клемма «СЭС» (7), клемма «К» (8), клемма земля и провод с зажимом (9).

 

Рисунок 4.9. Электрод сравнения СЭС-2 с пультом

 

Электрическая схема электрода СЭС-2 с пультом приведена на рисунке 4.10 и содержит переменный 50 кОм и постоянный 10 кОм резисторы для регулировки и контроля величины тока наводороживания соответственно. При установке электрода в грунт и замыкания переключателя П1 на электроде устанавливается стационарный потенциал, равный 0.760 ±0,025В относительно электрода сравнения типа ЭНЕС.

 

Рисунок 4.10. Электрическая схема Электрода СЭС-2 с пультом

Схема электрода СЭС-2 показана на рисунке 4.11. Электрод состоит из корпуса 4, выполненного в виде пластмассовой трубки, на конце которого имеется вспомогательный электрод 7, выполненный в виде цилиндра из трубной стали, соединенный с наконечником 1, выделенным черным цветом. На торце электрода размещен основной электрод 8 из пористой нержавеющей стали, соединенный с наконечником 3, выделенным красным цветом. Внутри корпуса 4 расположены источник питания 6 и токоограничивающий резистор 5, соединенные с основным и вспомогательным электродами. Наконечник 2, выделенный желтым цветом, соединен с положительным полюсом источника питания.

Рисунок 4.11. Схема безэлектролитного электрода сравнения СЭС-2

 

Источником тока наводороживания в электроде СЭС является литиевый элемент питания (6) длительного действия, а величина тока определяется резистором (5). Режим работы электрода оптимизирован таким образом, что малогабаритный пальчиковый литиевый элемент питания обеспечивает непрерывную работу электрода порядка 10 лет.

Наконечники прикручиваются на клеммник, внешний вид которого представлен на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12. Внешний вид клеммника для электрода сравнения СЭС-2

 

На клеммнике имеется отверстие для крепления его на КИПе. Наконечник 1 прикручивается на клемму «ТОК», наконечник 2 прикручивается на клемму «П», наконечник 3 прикручивается на клемму «СЭС».

Электрод СЭС-3 серии 3

Может использоваться стационарно на КИП и при проведении мобильных измерений на глубине укладки трубопровода. Отличается тем, что ток наводороживания формируется при подключении внешнего источника тока. Измерения проводятся после выхода электрода на режим (до 15 минут). Срок службы не ограничен, обслуживания не требует.

Неполяризующийся электрод сравнения СЭС-3 серии 3. (Мобильный зонд).Содержит (рис. 4.13) рукоятку (1), корпуса (2), винтовое соединение (3) в средней части корпуса для удобства транспортировки, датчик «Д» – имитатор дефекта изоляции трубопровода (4), электрод сравнения типа СЭС-3 (5), наконечник (6) и соединительный кабель (7) с разъемом Р1 (8).

 

Рисунок 4.13. Зонд прибора «Магистраль-1».

 

Измерение рН

Кислотность является одним из основных параметров грунта, которая не только характеризует коррозионную активность грунта, но и имеет большое значение для аграрного комплекса. Применение для этих целей стеклянных электродов не представляется возможным из-за их хрупкости. Электрод СЭС с помощью предлагаемого способа измерения рН на приборе «Магистраль-1» позволяет с достаточной точностью определять рН почвы на практике. На рис. 4.14 приведены результаты измерений увлажнённого грунта с заданными величинами кислотности в единицах рН равными 3.6, 6.7 и 9.5 с помощью предлагаемого способа на приборе «Магистраль-1» с твердыми электродами СЭС, рН-метра «Эксперт» (Эконикс) со стеклянными электродами и индикатора измерения рН «ZD Instruments» (Китай) на металлических электродах.

 

Рисунок 4.14. Результаты измерений рН грунта стеклянным электродом (ряд1),

металлическим (ряд 3) и прибором «Магистраль» (ряд 2).

 

Из экспериментальных результатов видно, что измерения кислотности грунта с помощью стеклянного электрода практически совпадают с заданной кислотностью, с помощью предлагаемого способа отличаются на 36% или на 0,5 единиц рН в кислой области, В щелочной области эта ошибка ещё меньше. Кислотность, измеренная с помощью индикатора рН «ZD Instruments» (Китай) в кислой области занижена в 100 раз или на две единицы рН, а в щелочной области завышена более чем в 300 раз или 2,5 единицы рН. Индикатор «ZD Instruments» (Китай) является единственным известным нам прибором, предназначенным для определения рН почвы, который практически, даже как индикатор, не может быть использован по назначению из-за значительной погрешности измерений.

 

 

Микроконтроллер МК-СЭС

Микроконтроллер МК-СЭС предназначен. для автономных измерений и регистрации в памяти динамики изменения контролируемых параметров ЭХЗ от погодно-сезонных условий. Применение такого контроллера особенно необходимо на коррозионно-опасных участках газопровода.

В частности, микроконтроллер использовался при проведении заводских испытаний электродов СЭС на газопроводе.

Внешний вид микроконтроллеров МК-СЭС представлен на рисунке 5.1.

 

 

Рисунок 5.1. Внешний вид микроконтроллеров МК-СЭС

 

Микроконтроллер выполнен на специализированном процессоре с очень малым потреблением энергии и изготовлен в виде узкой платы 20х280 мм с целью обеспечения возможности его установки в удлиненный корпус электрода СЭС имеющего диаметр внутренней полости 20 мм.

Микроконтроллер МК-СЭС (рис. 5.2) содержит входные измерительные усилителиV1-V4, центральный процессор ЦП с аналого-цифровыми преобразователями АЦП, таймером и схемой измерения температуры ТºС, память, элементы питания ±3,5 В с контролем V5, V6 и разъем RS-232.

Микроконтроллер герметично размещается в корпусе СЭС при его установке в грунт на КИП газопровода. При этом входы его измерительных усилителей, выведенные, как и разъем RS-232 в КИП, подключаются к соответствующим клеммам электродов СЭС, ЭНЕС и к клемме трубопровода, которая также выведена в КИП.

По команде с таймера (имеет свой элемент питания длительного действия), через каждый заданный промежуток времени (1-24часа) включается питание микроконтроллера, фиксируется время опроса и производится серия измерений.

Аналоговые сигналы пропорциональные контролируемым параметрам СЭС и ЭХЗ с выходов измерительных усилителей V1-V4 поочередно преобразуются преобразователем АЦП в цифровой код и запоминаются в памяти микропроцессора. С помощью разъема RS-232 данные из памяти микропроцессора перекачиваются в память мобильного компьютера.

 

Рисунок 5.2. Схема микроконтроллера МК-СЭС

 

Микроконтроллер может также устанавливаться на контрольно измерительном пункте трубопровода в собственном герметичном корпусе для работы с широко используемыми в настоящее время медно-сульфатными электродами типа ЭНЕС.

Питание от двух литиевых элементов питания типоразмера АА (± 3,5В). Непрерывный срок работы не менее 1 года.

Известный аналог РАД-256 обеспечивает хранение результатов измерения в течение 30 суток.

 

 

Подготовка комплекса «Магистраль-1» к работе

Проверка работоспособности

Для проверки работоспособности и калибровки комплекса используется эквивалент и образцовый вольтметр. При этом к клемме 1Р2 эквивалента подключается вход образцового вольтметра, к клемме 2Р1Б эквивалента желтый зажим вспомогательный разъем Р1Б, к клемме 5Р1Б – красный зажим вспомогательного разъема Р1Б, к клемме 2Р1Б – черные зажимы вспомогательного разъема Р1Б, желтый зажим (2Р2) малого разъема 2 и общий вход вольтметра.

 

Проверка нулей и дрейфа

При этом на всех режимах все измеряемые значения не должны превышать ± 2 мв по напряжению и ± 1мка по току в течение 5 мин после прогрева 10 мин.

 

Поверка по кислотности

Проводится в лабораторных условиях для трёх различных буферных растворов с известным значением рН. Вычисление рН происходит без участия оператора.

Условия калибровки

-электроды................................................................................................... СЭС С2, СЭС С3

- объём электрохимической ячейки........................................................... не менее 250 см³

- расположение испытуемых СЭС........................................................... по центру ячейки

- электролит.......................................................................... буферные растворы (рН 4 ÷8)

- температура................................................................................................................... 298 К

 

 

7 Программа магистраль софт

 

Требования к аппаратному обеспечению.

Для работы программы требуется:

• дисковое пространство............................................................................. не менее 100 Мбайт
• оперативная память.................................................................................... не менее 256 Мбайт
• процессор....................................................................... Pentium-4 или Atlon, не менее 2 GHz
• разрешение монитора........................................................................ не менее 1024´768 точек
• стандартный COM-порт, поддерживающий интерфейс RS-232 или устройство его имитирующее
• привод CD-ROM или DVD-ROM.

 

Назначение программы

Программа Магистраль Софт (в дальнейшем, программа) функционирует под управлением операционной системы MS Windows XP/Vista/7 и предназначена для совместной работы с прибором для коррозионного мониторинга «Магистраль-1», производства фирмы ООО «НПП ЭлектроХимЗащита».

Программа позволяет управлять всеми режимами измерений на приборе, обрабатывать полученные данные, проводить расчеты требуемых величин для анализа состояния трубопровода и коррозионной активности грунта, документировать и архивировать результаты измерений с привязкой к месту, трубопроводу (№КИП, КМ), и времени.

 

Интерфейс программы

Интерфейс программы (рисунок 7.3) состоит из нескольких вкладок, обозначающих различные области работы с комплексом.

Рисунок 7.3. Интерфейс программы