Пример расчета гальванической защиты

Пусть требуется рассчитать систему ГЗ для защиты двух почти параллельных новых построенных отводов от действующей газо­проводной сети, электрически отсеченных от нее и от вводов в до­ме изолирующими фланцами. Диаметр каждого отвода D = 0,057 м, толщина стенки 8 = 3,5 мм, длина 30 м, глубина прокладки h_T = 1,5 м. Расстояние между отводами 20 м, удельное сопротивление грун­та р_г = 10 Ом. м. Необходимый суммарный начальный ток защиты обоих отводов, определенный по данным опытного включения пе­редвижной катодной станции, равен J_H = 0,2 А.

Для устройства ГЗ доступны типовые комплектные Mg - аноды ПМ-10У длиной Ь=0,7 м, диаметрами засыпки (активатора) dj=0,2 м и стержня d_a = 0,13 м, массой G = 30 кг. Удельное сопротивление

РД 153-39.4-091-01

засыпки р₃= 2 Ом. м, необходимый срок эксплуатации Т не менее 10 лет. Глубина установки анода h = 1,85 м.

Для иллюстрации сравним значения R в формуле (У.1), вычис­ляемые по формулам (У. 13) и (У.2).

По формуле (У. 13) для ПМ-10У

Для расчетов по формуле (У.2) необходимо вычислить все 3 сла­гаемых ее правой части.

Сопротивление растеканию тока вертикального анода вычисля­ем по формуле (У. 10):

Сопротивление соединительного медного провода длиной Ц,, = 10 м (ГА размещен в середине между отводами) и сечением S = 5 мм² вычисляем по формуле (У.7):

Для вычисления переходного сопротивления трубопровода R_nep, входящего в уравнение (У.5), необходимо рассчитать продольное сопротивление трубы R_npw. Приняв по справочным данным удель­ное сопротивление трубной стали р_м = 0,25 Ом.мм²/м, по формуле (У .4) получаем:

Пусть начальное сопротивление изоляции R'_H3, определенное из данных опытного включения катодной станции, равно 200 Ом.м². Тогда сопротивление изоляции на единицу длины трубы по форму­ле (У. 6) равно

Используя формулу (У.5) для начального переходного сопро­тивления труба/земля R_neD, получаем уравнение:

Решая это уравнение с помощью подходящей компьютерной программы (например, Еигеса) или «ручным» методом последова­тельных приближений, получим R_nep = 1147 Ом. м По формуле

РД 153-39.4-091-01

(У.З) вычисляем начальное входное сопротивление каждого трубо­провода:

Таким образом, вычисляемое по уравнению (У.2) сопротивление цепи ГА-труба равно (с учетом того, что соединительных проводов и трубопроводов по 2):

Как видно, эта величина почти не отличается от вычисленной по простейшей формуле (У. 13) для ПМ-10У (4,88 Ом). Видно также, что основной вклад в R вносит сопротивление растеканию тока ГА (96%).

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

(У. 18)

где R_TK и R_ra - конечное и начальное входное сопротивление трубопровода;

у - коэффициент старения изоляции.

Приняв у = 0,08, из (У. 18) получим при Т = 10 лет:

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

На сопротивлении же цепи ГА-труба указанное снижение R_T практически не скажется.

Ток, генерируемый одним анодом (формула (У.1)), равен

меньше требуемого для защиты обоих отводов (J_H= 0,20, J_K = 0,3 А), поэтому необходимо устройство группы ГА. Используя формулу (У. 16) при ηср = 0,85, получим предварительное число анодов в группе:

РД 153-39.4-091-01

Принимаем η_гр = 3. При расстоянии между анодами а = 2 м от­ношение а/l_аз = 2 / 0,7 = 2,86 ≈ 3. По графику рис. У1 при данном а/1_аз и п_ф = 3 находим коэффициент использования анодов η «0,82, мало отличающийся от предварительно принятого. Поэтому окон­чательно принимаем число ГА в грунте n_гр = 3, и максимальная си­ла тока ГЗ должна быть равна (формула (У. 17)):

т.е. практически совпадает с необходимой конечной (через 10 лет) силой тока ГЗ J_K = 0,3 А. Для уменьшения этого тока до необ­ходимой начальной величины 0,2 А в цепь ГА-трубопроводы необ­ходимо включить регулируемый резистор; после его полного выво­да через 10 лет сила тока и станет равной 0,3 А.

Теперь можно оценить, будет ли приемлемой потеря массы ГА за 10 лет. Так как начальный и конечный токи защиты на 1 анод равны соответственно 0,2/ 3 = 0,067 А и 0,3 / 3 = 0,1 А, то средний ток за 10 лет равен J, _ср = 0,067 + [(0,1 - 0,067) /10] х5 = 0,084 А

Потеря массы анода AG за 10 лет эксплуатации по формуле (У.14) равна: 10 = (AG х 2330х 0,6 хО,9) / (8760 х 0,084), отсюда AG = 5,85 кг. Таким образом масса анода уменьшится всего на 20%. Однако ввиду необходимости дальнейшего (после 10 лет) увеличе­ния защитного тока в результате старения изоляции защита трубо­проводов данной группой ГА уже не будет обеспечиваться, так как сила тока от нее не может превысить указанного максимального значения:

РД 153-39.4-091-01

Приложение Ф

(Информационное)

Расчет дренажной защиты

Ф.1 Расчет усиленной дренажной защиты в городских условиях сводится к вычислению тока дренажа, радиуса действия одного усиленного дренажа и сечения дренажного кабеля.

Ф.2 Средний ток дренажа 1_др может быть вычислен так же, как защитный ток при катодной защите - из расчетной защитной плот­ности тока j (формулы (П.11, П. 12) Приложения 77):

(Ф-1)

Ф.З Радиус действия дренажа R (м) вычисляется так же, как ра­диус действия катодной станции (формула (П. 13) Приложения 77):

(Ф.2)

где К (м²/га) - удельная плотность поверхности защищаемых тру­бопроводов на единицу площади территории их размещения.

Ф.4 Сопротивление дренажного кабеля R_Ka6. (Ом) вычисляется по формуле:

(Ф.З)

где и_др - номинальное напряжение на выходе дренажа (для выпус­каемых усиленных дренажей и_др = 6 или 12 В). Ф.5 Сечение дренажного кабеля равно:

(Ф.4)

где р_каб - удельное сопротивление металла кабеля (для меди Ркаб = 0,0175 Ом.мм²/м), 1_каб (м) - полная длина кабеля.

РД 153-39.4-091-01

Приложение X

(Рекомендуемое)