PL225488B1 - System ochrony katodowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest system ochrony katodowej. Znajduje on zastosowanie jako uzupełnienie istniejących stacji ochrony katodowej zainstalowanych dla ochrony przed korozją podziemnych konstrukcji, np. zbiorników metalowych, rurociągów narażonych na korozję, która skraca ich żywotność i z tego względu powinny być wyposażone w przeciwkorozyjny system ochrony elektrochemicznej.

Znane typowe systemy elektrolitycznej ochrony katodowej posiadają stację ochrony katodowej posadowioną na powierzchni ziemi, która połączona jest przewodami z chronioną podziemną metalową konstrukcją, anodą umieszczoną w ziemi w pobliżu chronionej konstrukcji i elektrodą odniesienia. Systemy takie często wyposażane są w dodatkowe elektrody symulujące połączone z zabezpieczaną konstrukcją. Stacja ochrony katodowej wyposażona jest w źródła prądowe lub napięciowe, za pomocą których ustala się określony potencjał elektryczny chronionej konstrukcji, dzięki czemu wywoływane są reakcje na powierzchni konstrukcji zapobiegające utlenianiu, czyli korozji metalu. Elektroda odniesienia, a także elektroda symulująca służą do przeprowadzania pomiarów, na podstawie których ocenia się skuteczność ochrony. Stacje ochrony katodowej wyposażone są zwykle w dodatkowe elementy umożliwiające dokonywanie niezbędnych pomiarów przez operatora. Są to w szczególności zwory elektryczne, za pomocą których rozłączany jest obwód przepływu prądu między chronioną konstrukcją a anodą, w celu dokonania pomiaru potencjału ochrony. W takich podstawowych systemach ochrony katodowej pomiary parametrów ochrony wykonywane są okresowo przez operatora przez chwilowe wyłączenie prądu ochrony katodowej i zmierzenie wartości potencjału zbiornika względem elektrody odniesienia. Zmierzona wartość potencjału ochrony obiektu porównywana jest z wymaganiami normowymi, co pozwala na ocenę skuteczności działania zabezpieczenia przeciwkorozyjnego. W celu monitorowania stanu ochrony katodowej, dla takich podstawowych systemów proponowane są odrębne urządzenia, których podłączenie umożliwia np. wyświetlanie zmierzonych parametrów ochrony.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 212 366 znany jest sygnalizator stanu ochrony podziemnej konstrukcji. W układzie tym przełącznik wyboru elektrod pomiarowych i konstrukcji chronionej p ołączony jest poprzez woltomierz z cyfrowym wyświetlaczem potencjału ochrony oraz poprzez wzmacniacz i komparator z trójstopniowym wskaźnikiem stanu ochrony. Komparator może być także połączony z regulatorami górnego i dolnego progu prawidłowej ochrony. W układzie tym mierzone i wykorzystywane są sygnały analogowe. Znane są także złożone systemy projektowane do pracy autom atycznej, wyposażone w oprogramowane sterowniki, np. mikrokontrolery, za pomocą których sterowany jest automatycznie klucz, który cyklicznie odłącza prąd polaryzacji. Zaawansowane systemy wyposażane są dodatkowo w różnego rodzaju układy i elementy pozwalające na automatyczne dokonywanie pomiarów i przetwarzanie ich wyników, co pozwala na ocenę jakości ochrony.

Znany jest z europejskiego zgłoszenia patentowego opublikowanego pod nr EP 2 655 690 sposób i system ochrony katodowej, w którym chroniona metalowa struktura w postaci rury połączona jest z układem zawierającym źródło prądu stałego i anodę oraz aparaturę monitorującą. Aparatura monitorująca ma stację centralną usytuowaną na powierzchni w sąsiedztwie źródła polaryzacji elektrod oraz narzędzie umieszczone wewnątrz rury. Stacja centralna zawiera procesor, pamięć oraz miernik prądu polaryzacji, a także miernik umożliwiający pomiar różnicy potencjału między chronionym obiektem a testowym miejscem, w którym znajduje się struktura pełniąca rolę elektrody odniesienia. Rozwiązanie służy do oceny efektywności ochrony poprzez pomiar potencjału ochrony. W różnych wariantach i odmianach rozwiązania przewidziane są środki do pomiaru potencjału chronionej struktury w odniesieniu do potencjału otoczenia w miejscach położonych w różnej odległości od miejsca połączenia rury ze źródłem prądowym, a także środki do przesyłania danych i sygnałów.

Elektrochemiczna ochrona katodowa jest skuteczna, jeżeli potencjał ochrony mieści się w ustalonym dla danego obwodu przedziale odporności na korozję. Nowe systemy ochrony katodowej pr ojektowane są z wykorzystaniem technologii umożliwiających kontrolowanie i monitorowanie niezbędnych bieżących parametrów tej ochrony, a także ich regulację. Niedogodnością istniejących, zbudowanych wcześniej systemów jest brak możliwości takiego monitoringu i stałej, ciągłej oceny stanu ochrony. Wynalazek rozwiązuje problem usunięcia tej niedogodności poprzez modyfikację znanego systemu zapewniającą automatyczną bieżącą kontrolę stanu ochrony podziemnej konstrukcji, bez konieczności demontażu istniejących instalacji ochrony katodowej.

System ochrony katodowej mający stację ochrony katodowej, której jeden zacisk połączony jest przewodami z konstrukcją chronioną i elektrodą symulującą, drugi zacisk z anodą, trzeci zacisk z elekPL 225 488 B1 trodą odniesienia i wyposażony w mikrokontroler z dołączonym do niego blokiem sygnalizacji oraz blokiem komunikacji według wynalazku charakteryzuje się tym, że na przewodzie konstrukcji chronionej dołączony jest separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu z wyjściem dołączonym do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze. Do mikrokontrolera dołączone jest także wyjście różnicowego wzmacniacza pomiarowego z wejściami dołączonymi do przewodu konstrukcji chronionej i przewodu elektrody odniesienia, a do przewodu anody dołączony jest separowany galwanicznie szybki klucz połączony z wyjściem mikrokontrolera.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem przedstawiającym schemat blokowy systemu ochrony katodowej.

W przykładowej realizacji system ochrony katodowej zbudowany jest w oparciu o dowolną stację ochrony katodowej 1 zbudowaną na powierzchni ziemi, której zaciski połączone są przewodami przebiegającymi częściowo na ziemi, a częściowo pod ziemią, z elektrodami obwodu elektrycznego przepływu prądu ochrony katodowej i elektrodami pomiarowymi. Pierwszy zacisk stacji ochrony katodowej 1 połączony jest ze znajdującą się pod ziemią metalową konstrukcją chronioną 2 i z elektrodą stymulującą 3, drugi zacisk połączony jest z elektrodą odniesienia 4 umieszczoną w pobliżu konstru kcji chronionej 2 stanowiącej katodę obwodu elektrycznego ochrony katodowej, a trzeci zacisk z umieszczoną pod ziemią anodą 5. Na powierzchni ziemi umieszczony jest automatyczny blok kontroli zawierający separowany galwanicznie szybki klucz 6, separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu 7, różnicowy wzmacniacz pomiarowy 8, mikrokontroler 9 z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, blok sygnalizacji 10, blok komunikacji 11 oraz zasilacz napięcia stałego 12. Wejście separowanego galwanicznie indukcyjnego przetwornika pomiaru prądu 7 dołączone jest do przewodu łączącego konstrukcję chronioną 2 ze stacją ochrony katodowej 1, a jego wyjście do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego mikrokontrolera 9. Wejścia wzmacniacza różnicowego włączone są do przewodu łączącego konstrukcję chronioną 2 ze stacją ochrony katodowej 1 i do przewodu łączącego elektrodę odniesienia 4 ze stacją ochrony katodowej 1, a jego wyjście dołączone jest także do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze 9. Natomiast do przewodu łączącego anodę 5 ze stacją ochrony katodowej 1 dołączony jest separowany galwanicznie szybki klucz 6, którego wejście połączone jest z wyjściem mikrokontrolera 9. Do jednego z wyjść mikrokontrolera 9 dołączony jest blok sygnalizacji 10, który może zawierać dowolne znane urządzenia, w szczególności wyświetl acze służące do wyświetlania bieżących zmierzonych parametrów ochrony, a także sygnalizatory świetlne, dźwiękowe itp. służące do sygnalizacji przekroczenia granic prawidłowej polaryzacji w obwodzie ochrony. Do wyjścia mikrokontrolera 9 dołączony jest także dowolny znany blok komunikacji 11 umożliwiający przesyłanie sygnałów separowanym torem do odległych urządzeń.

W systemie według wynalazku bieżący prąd ochrony katodowej płynący w obwodzie konstrukcji chronionej 2 mierzony jest przez separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu 7 w czasie włączenia przepływu prądu w tym obwodzie przez separowany galwanicznie szybki klucz 6, natomiast w czasie rozłączenia przepływu przez ten klucz, za pomocą różnicowego wzmacniacza pomiarowego 8 i przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze 9 mierzona jest różnica potencjałów między elektrodą odniesienia 4 i konstrukcją chronioną 2, będąca tzw. potencjałem ochrony, który powinien mieścić się w założonym przedziale skutecznej ochrony. Automatyczne sterowanie separowanym galwanicznie szybkim kluczem 6 rozłączającym w określonych odstępach czasu prąd polaryzacji realizuje oprogramowany mikrokontroler 9, który zgodnie z założonym algorytmem przetwarza także wyniki pomiarów przekształcone na sygnały cyfrowe, porównuje z wartościami granic przedziału prawidłowej ochrony i generuje odpowiednie sygnały wyjściowe do bloku sygnalizacji 10 i bloku komunikacji 11 zapewniającego transmisję do urządzeń zewnętrznych.

W systemach ochrony katodowej zaopatrzonych w dodatkową elektrodę stymulującą 3, prąd polaryzacji stacji ochrony katodowej 1 jest sumą prądu konstrukcji chronionej 2 i prądu elektrody s ymulującej 3. Tradycyjnie dokonywany w istniejących systemach pomiar tego prądu w obwodzie anody 5 obarczony jest błędem równym wartości prądu płynącego do elektrody stymulującej 3, a w obwód konstrukcji chronionej 2 nie można włączyć żadnego elementu, który mógłby spowodować zmianę polaryzacji tej konstrukcji. Zastosowanie separowanego galwanicznie indukcyjnego przetwornika pomiaru prądu 7 eliminuje tę niedogodność i umożliwia monitorowanie parametrów ochrony bez naruszania istniejącej autonomicznej instalacji ochrony katodowej - lokalnie za pomocą bloku sygnalizacji 10 i zdalnie - za pośrednictwem bloku komunikacji 11.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   System ochrony katodowej mający stację ochrony katodowej, której jeden zacisk połączony jest przewodami z konstrukcją chronioną i elektrodą symulującą, drugi zacisk z anodą, trzeci zacisk z elektrodą odniesienia i wyposażony w mikrokontroler z dołączonym do niego blokiem sygnalizacji oraz blokiem komunikacji, znamienny tym, że na przewodzie konstrukcji chronionej (2) dołączony jest separowany galwanicznie indukcyjny przetwornik pomiaru prądu (7) z wyjściem dołączonym do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego w mikrokontrolerze (9), do którego także dołączone jest wyjście różnicowego wzmacniacza pomiarowego (8) z wejściami dołączonymi do przewodu konstrukcji chronionej (2) i przewodu elektrody odniesienia (4), a do przewodu anody (5) dołączony jest separowany galwanicznie szybki klucz (6) połączony z wyjściem mikrokontrolera (9).