| | vivaspb.com | finntalk.com

РАСЧЕТ ЭХЗ. Расчёт параметров станции катодной защиты с подпочвенным или глубинным АЗ

Опубликовано в Активная защита

Рейтинг:   / 1
ПлохоОтлично 

В качестве исходных данных для примера возьмем следующие значения параметров:

 

Удельное сопротивление стали трубы

pт

=

2,45

Ом*мм2

Диаметр трубопровода

Dт

=

1,02

м

Толщина стенки трубы

dт

=

10

мм

Среднее удельное сопротивление грунта

pг

=

50

Ом*м

Глубина укладки трубопровода

Hт

=

1.5

м

Сопротивление изоляции

Rиз

=

100000

Ом*м2

Срок службы проектируемой УКЗ

T

=

15

лет

Коэф. изменения сопротивления изоляции во времени

y

=

0,08

год-1

Естественный потенциал трубопровода

Ue

=

0,55

B

Минимальный защитный потенциал трубопровода

Uзмин

=

0,9

B

Максимальный защитный потенциал трубопровода

Удельное электрическое

Uзмак

=

1

B

сопротивление грунта в поле токов катодной защиты

Удельное электрическое

pз

=

20

Ом*м

сопротивление грунта в месте расположения АЗ

pга

=

10

Ом*м

 

Длина трубопровода

        L      =               25000    м

Тип АЗ

Глубинное АЗ. В коксовой засыпке или в др. наполнителе без выхода торца заземлителя на поверхность

земли

 

 

 

Число электродов в одном анодном заземлителе

Nаз

=

10

 

Длина одного электрода анода

La1

=

1,5

м

Площадь сечения электрода анода

Sa

=

0,0038

м2

Масса одного электрода анода

M

=

40

кг

Удельное электрическое сопротивление материала анода

pa

=

0,0

Ом*м

Удельное электрическое сопротивление засыпки

pз

=

600

Ом*м

Диаметр засыпки

Среднее удельное электрическое

Dз

=

0,3

м

сопротивление грунта по глубине скважины

pгс

=

100

Ом*м

Коэффициент неоднородности грунта по глубине скважины

Kг

=

5

 

Длина заземлителя

la

=

15

м

Масса одного заземлителя

M

=

400

кг

Расстояние между двумя заземлителями

a

=

2,25

м

Количество анодных заземлителей

Na

=

5

 

Диаметр заземлителя (электрода)

da

=

0,185

м

Скорость растворения заземлителя

q

=

0,3

кг/A*год

Глубина (до середины заземлителя)

h

=

7,5

м

Эмпирический коэффициент b

b

=

0,41

 

Эмпирический коэффициент c

c

=

0,17

 

Эмпирический коэффициент f

f

=

0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                

Расчет электрических параметров трубопровода:

а) продольное сопротивление трубопровода Rт, Ом/м, рассчитывают по формуле:

где rт – удельное сопротивление материала трубы, Ом·мм2/м (принимается равным 0,245 Ом·мм2/м); Dт – диаметр трубопровода, м; dт – толщина стенки трубопровода, мм.

б) сопротивление окружающего трубу грунта (Rp, Ом×м) (сопротивление растеканию трубопровода) определяют по следующему выражению:

 

где Нт – глубина залегания (до оси) трубопровода, м; rг – среднее удельное электрическое сопротивление грунта, Ом×м, вычисляемое по формуле:

где Lз – длина защитной зоны, м;

Li – длина i-го участка с удельным электрическим сопротивлением ri, м; n – количество участков грунта.

Выражение (8.2) является трансцендентным и решается методом итераций.

в) сопротивление изоляции трубопровода на срок эксплуатации t, год, рассчитывается по следующей зависимости:

где Rиз(t) – сопротивление изоляции в момент времени эксплуатации t, год,

Ом×м2;

Rиз – начальное сопротивление изоляции трубопровода, Ом·м2, выбирается из таблицы 7.3;

g – коэффициент, характеризующий скорость изменения сопротивления изоляции во времени, 1/год, определяется по таблице 7.3.

г) постоянную распространения тока, aт, 1/м, вдоль трубопровода при удельном электрическом сопротивлении грунта менее 50 Ом×м определяют по формуле:

при удельном электрическом сопротивлении грунта более 50 Ом×м:

д) входное сопротивление трубопровода, Zт, Ом, определяют по формуле:

где Lз – длина защитной зоны, м; cth – гиперболический котангенс.

е) если точка дренажа разделяет трубопровод на плечи с различными электрическими параметрами, то входное сопротивление правого (Zпр, Ом) и левого (Zлев, Ом) плеч трубопровода будут соответственно равны:

где Rт(пр) и Rт(лев) – продольное сопротивление соответственно правого и левого плеч трубопровода, Ом/м;

Rп(пр) и Rп(лев) – переходное сопротивление на единицу длины МН, соответственно правого и левого плеч трубопровода, Ом×м;

L(пр) и L(лев) – длина соответственно правого и левого плеч трубопровода, м.

Входное сопротивление трубопровода, Zт, Ом, в этом случае определяется выражением:

Расчет установок катодной защиты c подпочвенными и глубинными анодными заземлениями

а) длину защитной зоны (Lз, м) одной УКЗ на конечный период эксплуатации находят по формуле:

где Uзмин– минимальный защитный потенциал, В*; Uзмак – максимальный защитный потенциал, В;

y – расстояние между трубопроводом и анодным заземлением, м; rз – удельное электрическое сопротивление земли в поле токов катодной защиты, Ом×м;

Uе – естественный потенциал трубопровода, В. Определяется по данным изысканий или принимается равным минус 0,55 В по МСЭ;

б) расстояние между трубопроводом и анодным заземлением (кроме протяженного) y, м, определяют по формуле:

где Р – коэффициент, определяемый по формуле:

где rз – удельное сопротивление земли в поле токов катодной защиты, Ом×м; Zт - входное сопротивление трубопровода, Ом, определенное на конечный период эксплуатации данной УКЗ;

в) силу тока катодной установки, Iз, А, определяют на начальный и конечный периоды эксплуатации из выражения:

г) напряжение на выходе катодного преобразователя, V, В, вычисляют по формуле:

где Iз – сила тока катодной установки, А, определяемая на конечный период эксплуатации;

Rа – переходное сопротивление АЗ, Ом:

где yс – длина спусков провода с опор к катодной станции, анодному заземлению и трубопроводу, м;

S – сечение провода дренажной линии, мм2;

rпр – удельное электрическое сопротивление провода, Ом×мм2/м;

Rпр – сопротивление дренажных проводов, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и АЗ, Ом;

д) мощность на выходе катодного преобразователя, W, Вт, определяют по формуле:

е) выбор средств катодной защиты производится в соответствии с результатами расчета защитного тока и напряжения на выходе. При этом необходимо увеличить ток и напряжение на 30%. При прокладке трубопровода в грунтах высокой коррозионной агрессивности необходимо дополнительно увеличить силу защитного тока и напряжение на выходе катодного преобразователя на 50% для обеспечения резервирования катодных установок. В соответствии с расчетными значениями защитного тока и напряжения выбирают тип катодного преобразователя.

 

Расчет подпочвенных и глубинных анодных заземлений, основными параметрами которых являются сопротивление растеканию и срок службы:

а) подпочвенное анодное заземление:

1) сопротивление растеканию заземлителя, Rз1, Ом, при вертикальном расположении:

где rг – удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м; lа - длина электрода заземлителя, м; dа - диаметр электрода заземлителя, м;

h - глубина (до середины заземлителя) заложения электрода, м; 2)

 

 

 Сопротивление растеканию заземлителя, Rз1, Ом, при горизонтальном расположении и при lа ³ h:

где h - глубина заложения электрода, м.

 

3) сопротивление растеканию заземлителя Rз1, Ом, при горизонтальном расположении и при lа < h

4) срок службы, Т, год, подпочвенных АЗ, соединенных параллельно, для горизонтального и вертикального расположения электродов рассчитываем по формуле:

где М – масса анодного заземлителя, кг; k – коэффициент запаса (k = 0.8); q – электрохимический эквивалент материала анода, кг/А×год (по данным п. 16.2);

Na – число заземлителей.

Iзср – средний ток защиты катодной станции за период эксплуатации, А, равный:

где Iн и Iк – защитный ток в начальный и конечный периоды эксплуатации анодного заземления, А.

5) Сопротивление растеканию подпочвенного АЗ Rз, Ом, равно:

где Rз1 – сопротивление растеканию одиночного анодного заземлителя, Ом; hэ – коэффициент экранирования, рассчитываемый по формуле:

где b, c, f – эмпирические коэффициенты (таблица 8.1); a – расстояние между электродами, м.

Таблица 8.1

Коэффициенты для расчета эффекта экранирования

 

Параметры анодного заземлителя

b

c

f

Вертикальный в коксовой засыпке (la = 1,4 м, da = 0,185 м, h = 1,7 м)

0,41

0,17

0,83

Горизонтальный в коксовой засыпке (la = 1,4 м; da = 0,185 м; h =1,7 м)

0,49

0,15

0,71

Вертикальный (la = 3,0 м; da = 0,1 м; h = 1,5 м)

0,41

0,19

0,76

Горизонтальный (la = 3,0 м; da = 0,1 м; ha = 1,5 м)

0,36

0,18

0,80

б) Глубинное анодное заземление (из трубных и свайных конструкций или последовательно соединенных одиночных заземлителей в скважине):

1) сопротивление растеканию анодного заземлителя в коксовой засыпке или в другом наполнителе с выходом торца заземлителя на поверхность земли, Rз1, Ом:

где Na – число анодов в одном анодном заземлителе; la1 – длина одного анодного заземлителя, м; 

rгс – среднее удельное электрического сопротивление грунта по глубине скважины, Ом·м, определяемое как:

 

где li – длина i-го участка с удельным электрическим сопротивлением rгi, м; n – количество участков грунта по глубине скважины с удельным электрическим сопротивлением rгi.

rкз – удельное электрическое сопротивление засыпки, Ом·м; rа – удельное электрическое сопротивление анодного материала, Ом·м; dа – диаметр анода, м; dз – диаметр засыпки, м;

Sа – площадь сечения электрода анода, м2;

2)   сопротивление растеканию анодного заземлителя в коксовой засыпке или в другом наполнителе без выхода торца на поверхность земли в коксовой засыпке или в другом наполнителе:

где h – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м.

2)   сопротивление растеканию анодного заземления Rз, Ом, составленного из Nаз анодных заземлителей, соединенных параллельно, определяют по формуле:

где Rз1 – сопротивление растеканию одного анодного заземлителя, Ом; hэ – коэффициент экранирования (формула 8.24);

2)   срок службы глубинного анодного заземления Т, год, состоящего из Nаз анодных заземлителей, соединенных параллельно, рассчитывают по формуле:

где Мз1 – масса одного анодного заземлителя, кг;

где Ма – масса одного анода; k – коэффициент запаса (k = 0,8); q – электрохимический эквивалент материала анода, кг/А×год;

Если расчетный период эксплуатации меньше требуемого, то количество анодных заземлителей Nз необходимо увеличить. 

kг – коэффициент неоднородности грунта по глубине скважины, определяемый по формуле:

где lai – длина рабочей части заземлителя, находящейся в i-ом слое грунта, м; rгi – удельное электрическое сопротивление i-го слоя грунта, Ом×м; rгk – удельное электрическое сопротивление k-го слоя грунта, имеющего наименьшее сопротивление из n слоев, Ом×м; lak – длина заземлителя, находящейся в k-ом слое грунта, м; n – число слоев грунта с различным удельным электрическим сопротивлением, пересекаемых глубинным анодным заземлением.

Результаты расчета параметров трубопровода

Продольное сопротивление трубопровода

Rт

=

7.7213784272306E-6

Ом/м

Сопротивление растеканию трубопровода

Rп

=

130.898

Ом*м

Сопротивление изоляции трубопровода на конечный срок эксплуатации

Rиз

=

30119.421

Ом*м2

Постоянная распространения тока на конечный срок эксплуатации

aт

=

2.8464000304807E-5

1/м

Входное сопротивление трубопровода на конечный срок эксплуатации

Zт

=

0.136

Ом

Результаты расчета СКЗ

Расстояние между трубопроводом и АЗ

Y

=

50

м

Длина защитной зоны одной УКЗ на конечный год эксплуатации

Lз

=

17658.405

м

Ток одной УКЗ на конечный год эксплуатации

Iз

=

3.659

А

Ток одной УКЗ на начальный год эксплуатации

Iз

=

6.635

А

Средний ток УКЗ за период эксплуатации

Iзср

=

5.891

А

Напряжение на выходе УКЗ

Uз

=

52.18

В

Требуемая мощность УКЗ

W

=

346.24

Вт

 

Результаты расчета АЗ

 

Сопротивление растеканию 1-го анодного заземлителя

Rз1 =

9.795 Ом

Сопротивление растекатию сосредоточенного АЗ

Rз      =

7.728 Ом

Срок службы сосредоточенного АЗ

T          =                     

174.264 лет

Далее остается только подобрать станцию катодной защиты, удовлетворяющую необходимые требованию параметров полученных по расчету.

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поделись с друзьми

Отправить в FacebookОтправить в Google BookmarksОтправить в TwitterОтправить в BobrdobrОтправить в LivejournalОтправить в MoymirОтправить в OdnoklassnikiОтправить в Vkcom