Расчет системы протекторной защиты

Пусть требуется рассчитать систему ГЗ для защиты стального трубопровода. Диаметр трубопровода D = 0,108 м, толщина стенки = 5 мм, длина 1200 м, глубина прокладки h_т = 1 м. Удельное сопротивление грунта _г = 15 Ом· м. Необходимый суммарный начальный ток защиты обоих отводов, определенный по данным опытного включения передвижной катодной станции, равен J_н = 0,3 А.

Для устройства ГЗ доступны типовые комплектные M_g — аноды ПМ-10У длиной l_з = 0,7 м, диаметрами засыпки (активатора) d_з = 0,2 м и стержня d_а = 0,13 м, массой G = 30 кг. Удельное сопротивление засыпки _з = 2 Ом· м, необходимый срок эксплуатации Т не менее 10 лет. Глубина установки анода h = 1,85 м. коррозионный защита отопление трубопровод.

1. Сопротивление растекания току ГА по эмпирической зависимости для ПМ-10У:

R_аз = 0,47· 15+ 0,18 = 7,2 Ом.

2. Сопротивление растеканию тока вертикального анода с засыпкой:

R_аз= [15/(6,28· 0,7)]{ln [(2· 0,7)/0,2]+0,5ln [(4· 1,85+0,7)/(4·1,85−0,7)]+(2/15)·ln (0,13/0,2)}= 5,94 Ом.

3. Сопротивление соединительного медного провода длиной lсп = 10 м и сечением S = 5 мм 2:

R_сп = 0,0175 · 10/5 = 0,035 Ом.

4. Для вычисления переходного сопротивления трубопровода Rпер, необходимо рассчитать продольное сопротивление трубы Rпред. Приняв по справочным данным удельное сопротивление трубной стали м = 0,25 Ом· мм 2/м, получаем:

R_прод = 0,25/3,14 · (10³· 0,108−5) · 5 = 1,5 · 10^-4 Ом/м.

5. Пусть начальное сопротивление изоляции, определенное из данных опытного включения катодной станции, равно 200 Ом· м 2. Тогда сопротивление изоляции на единицу длины трубы равно:

R_из = 200/(3,14 · 0,108) = 589 Ом· м.

6. Начальное переходное сопротивление труба/земля Rпер:

.

7. Вычисляем начальное входное сопротивление трубопровода:

Ом.

8. Сопротивление цепи ГА-труба равно:

R = R_аз + R_сп + R_т = 5,94 + 0,035 + 0,35 = 6,4 Ом.

9. Оценим необходимый защитный ток к концу планируемого периода эксплуатации ГЗ (T не менее 10 лет), исходя из падения во времени входного сопротивления трубопровода Rт по формуле:

.

где R_тк и R_тн — конечное и начальное входное сопротивление трубопровода;

— коэффициент старения изоляции.

Приняв = 0,08, из получим при Т = 10 лет:

.

Поэтому можно принять, что необходимый защитный ток через 10 лет эксплуатации ГЗ составит 1/0,67 = 1,5 начального, т. е.

J_к = 1,5 · J_н = 1,5 · 0,30 = 0,45 A.

10. Ток, генерируемый одним анодом, равен:

J₁ = 0,6 / 7,2 = 0,082 А.

11. Предварительное число анодов в группе:

n_гр = 0,45 / 0,082 · 0,85 = 6,09.

Принимаем n_гр = 6. По графику при n_гр = 6 находим коэффициент использования анодов 0,89, мало отличающийся от предварительно принятого. Поэтому окончательно принимаем число ГА в грунте n_гр = 6, и максимальная сила тока ГЗ должна быть равна:

J = 6 · 0,082 · 0,89 = 0,467 А, т. е. практически совпадает с необходимой конечной (через 10 лет) силой тока ГЗ J_к = 0,45 А.

12. Так как начальный и конечный токи защиты на 1 анод равны соответственно 0,3/6=0,05 А и 0,45/6=0,075 А, то средний ток за 10 лет равен.

J_1ср = 0,05 + [(0,075−0,05) / 10]· 5 = 0,0625 А.

• 13. Потеря массы анода G за 10 лет эксплуатации равна:
• 10 = (G · 2330 · 0,6 · 0,9) / (8760 · 0,0625),

отсюда G = 4,35 кг. Таким образом, масса анода уменьшится всего на 14%.