Проектирование и эксплуатация средств электрохимической защиты

Министерство образования  РФ

 

ГОУВПО Самарский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

Факультет Нефтетехнологический

 

 

Кафедра Трубопроводный транспорт

 

 

 

 

 

Проектирование и эксплуатация

средств электрохимической  защиты

 

Вариант

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 5 курса, ФДО, 

 

 

 

                                             Проверил:  доцент кафедры ТТ

                                                            Заборовский Е.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2010г.

 

Задание 1

 

Определить оптимальные  параметры катодной защиты магистрального трубопровода диаметром 1020 мм, длиной 900 км, имеющего толщину стенки, равную 13 мм. Трубопровод прокладывается по местности, участки которой имеют следующие значения удельного электросопротивления грунта:

 

Доля длины  трубопровода, l/L	0,1	0,1	0,2	0,1	0,2	0,3
Удельное электросопротивление, Ом×м	50	120	30	70	90	80

 

Дренажная линия –  воздушная с подвеской алюминиевого провода на деревянных столбах с  железобетонными приставками. Начальное  переходное сопротивление «трубопровод-грунт» равно 9000 Ом×м². Средняя стоимость электроэнергии – 0,02 руб/кВт×ч (цены 1980 г), показатель скорости старения покрытия 0,125 1/год. Анодное заземление выполнить из электродов длиной 1,4 м, диаметром 0,03м, массой 10 кг, устанавливаемых непосредственно в грунт. Стоимость одного электрода – 20 руб, электрохимический эквивалент материала электродов – 0,2 кг/А×год.

 

Решение

 

 

1. Среднее значение удельного электросопротивления грунта вдоль трассы трубопровода

2. Продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле (5)

3. Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле (6)

4. То же в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле (7)

5. Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле (10)

6. То же к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (9)

7. Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле (4)

8. Задаем удаление анодного заземления от трубопровода У=350 м и определяем параметр q по формуле (2)

9. Коэффициент взаимного влияния СКЗ по формуле (8)

10. Протяженность зоны защиты трубопровода одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (1)

11. Среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле (11)

12. Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h равна 2,2 м, а расстояние между ними равно 7 м. Тогда сопротивление растеканию с одиночного вертикального электрода по формуле (21)

13. Примем число электродов анодного заземления n=5 и по формулам (25) вычислим коэффициенты А_i и Б_i. Расчет коэффициентов представим таблицей:

 

i	1	2	3	4
А	0,63	0,31	0,21	0,16
Б	0,1	0,05	0,033	0,025

 

14. Сопротивление растеканию с центрального электрода заземления по формуле (23)

15. Сопротивление растеканию с крайнего электрода анодного заземления по формуле (23)

16. Коэффициент экранирования электродов анодного заземления по формуле (22)

17. Оптимальное число электродов анодного заземления по формуле (29)

То есть принятое и расчетное число электродов совпадают

18. Сопротивление растеканию тока с анодного заземления по формуле (16)

 

19. Оптимальное сечение дренажного провода по формуле (30)

Выбираем из стандартного ряда серийно выпускаемых проводов ближайшее большее сечение, которое равно 16 мм².

20. Сопротивление дренажной линии по формуле (14)

21. Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ по формуле (13)

22. Средняя величина мощности, потребляемая СКЗ, по формуле (12)

23. В соответствии с рассчитанными параметрами выбираем тип катодной станции – КСТ(КСК)-500 с параметрами: мощность 0,5 кВт; напряжение на контактах 10,5 В; ток 10 А; стоимость 122 руб.

24. Выполним расчет экономических показателей катодной защиты при принятом удалении анодного заземления от трубопровода:

- стоимость одного заземления по формуле (32)

- стоимость опор воздушной линии по формуле (33)

- стоимость провода воздушной линии по формуле (34)

- капитальные затраты на одну СКЗ по формуле (35)

- стоимость электроэнергии, потребляемой одной СКЗ по формуле (36)

- удельные приведенные затраты на катодную защиту по формуле (31)

25. Задавая другие значения удаления анодного заземления от трубопровода, аналогично вычисляем удельные приведенные затраты на катодную защиту и для них. Результаты расчетов представим таблицей:

 

Показатели	Размерность	Величина показателей  при удалении, м
		250	300	350	400	450
Кв	-	0,588	0,580	0,574	0,570	0,567
lскз	м	11914	13645	14940	15948	16757
Iдр	А	3,2	3,53	3,8	4,02	4,2
DЕср	В	24,4	27,2	29,6	31,7	33,5
Рскз	Вт	78,2	96,1	112,4	127,1	140,6
Коп	руб	270	295	320	345	370
Кпр	руб	20,25	24,3	28,35	32,4	36,45
Кз	руб	512,25	541,3	570,35	599,4	628,45
Эл	руб/год	13,71	16,84	19,69	22,27	24,63
П/lскз	руб/км	12,67	11,87	11,55	11,47	11,52

 

26. По результатам расчета построим график в координатах «П/l_скз – У», откуда видно, что оптимальное удаление анодного заземления является 400 м.

 

 

 

 

Задание 2

 

Рассчитать входное  сопротивление и постоянную распределения  токов и потенциалов вдоль  системы параллельно уложенных трубопроводов, имеющих одинаковое состояние изоляционного покрытия (R_п=1000 Ом×м²) и следующие диаметры D и толщину стенки d:

1-й трубопровод: D₁=1020 мм; d₁=10 мм;

2-й трубопровод: D₂=720 мм; d₂=9 мм;

3-й трубопровод: D₃=529 мм; d₃=8 мм.

Трубопроводы уложены  в грунт со средним удельным электросопротивлением r_r.ср =20 Ом×м на расстоянии В=10 м друг от друга.

 

Решение

 

1. По формуле (5) находим продольное сопротивление единицы длины трубопроводов

Аналогично находим

2. Эквивалентное продольное сопротивление 1-го и 2-го трубопроводов по формуле (37)

3. Эквивалентное продольное сопротивление всех трех трубопроводов

4. Сопротивление единицы длины изоляции для каждого трубопровода

Аналогично находим R_из2=442,3 Ом×м, R_из3=602,0 Ом×м.

5. Постоянная распределения токов и потенциалов для каждого трубопровода по формуле (4)

Аналогично находим a₂=1,66×10^-4 1/м и a₃=1,76×10^-4 1/м.

6. Взаимное сопротивление между 1-м и 2-м трубопроводом по формуле (40)

7. Эквивалентное сопротивление изоляционного покрытия на единице длины 1-го и 2-го трубопроводов по формуле (38)

8. Постоянная распределения токов и потенциалов трубопровода, эквивалентного 1-му и 2-му трубопроводам, по формуле (39)

9. Взаимное сопротивление между эквивалентным трубопроводом (заменяющим 1-й и 2-й) и третьим трубопроводом

10. Эквивалентное сопротивление изоляционных покрытий на единице длины всех трех трубопроводов

11. Постоянная распределения токов и потенциалов (общая для системы)

12. Входное сопротивление системы нефтепроводов по формуле (9)

Задание 3

 

Определить параметры  СКЗ для защиты сети подземных  трубопроводов нефтебазы в радиусе R_з = 300 м. Число присоединенных к ним контуров заземления 2, переходное сопротивление изоляции трубопроводов R_п=7000 Ом×м². Среднее удельное электросопротивление r_r.ср =30 Ом×м. Другие необходимые данные: R_q=10 Ом, R_пр=0,5 Ом.

 

Решение

 

1. По таблице 9 находим величину коэффициентов К₁ и К₂. Для условий примера К₁=1,5. Величину коэффициента К₂ определяем методом интерполяции

2. Сила дренажного тока по формуле (41)

3. Напряжение на контактах СКЗ по формуле (42)

4. Требуемая мощность СКЗ для обеспечения защиты по формуле (12)

Задание 4

 

Определить протяженность  защитной зоны и срок службы одной  протекторной установки, состоящей  из 5 вертикально установленных протекторов марки ПМ5У. Глубина установки протекторов h_п = 2 м, расстояние между ними в группе а = 5 м. Среднее удельное электросопротивление r_r.ср =20 Ом×м. Другие данные, необходимые для расчета: R_из.ср=500 Ом×м; r_а=0,2 Ом×м.

 

Решение

 

1. Для протекторов марки ПМ5У по таблице 10 находим L_п = 0,5 м, d_п = 0,095 м, L_а = 0,58 м, d_а = 0,165 м, G_п = 5 кг.

2. Вычисляем сопротивление растеканию одиночного протектора по формуле (18)

3. По графику на рисунке 5 для заданного количества протекторов и отношения а/L_п = 10 находим величину коэффициента экранирования h_эп = 0,82.

4. Находим сопротивление растеканию тока с протекторной установки по формуле (44)

5. Определяем протяженность защитной зоны протекторной установки по формуле (43)

6. Сила тока протекторной установки по формуле (46)

7. Анодная плотность тока по формуле (48)

8. По графику на рисунке 6 находим КПД протекторной установки h_п = 0,32.

9. Срок службы протекторной установки по формуле (47)

Задание 5

 

Определить, какое число  магниевых протекторов марки  ПМ10У потребуется для обеспечения  защиты участка трубопровода длиной 10000 м, если известно, что R_из.ср=1000 Ом×м. Среднее удельное электросопротивление r_r.ср = 10 Ом×м.