3.2 Проектирование протекторной защиты

Проектирование протекторной защиты следует проводить с учетом общей минерализации, щелочности, газового состава подтоварных вод.

В качестве протекторного материала для защиты стальных резервуаров применяют магниевые, цинковые и алюминиевые сплавы.

При монтаже протекторной защиты выполняются следующие работы:

- подготовка протекторов к установке;

- разметка днища;

- подготовка мест для установки протекторов в резервуаре;

- приварка к днищу контактного стержня в случае магниевых протекторов типа ПРМ или крепящей арматуры алюминиевых или цинковых контактов.

Подготовку протекторов выполняют в специальном помещении с принудительной вентиляцией или на площадке. Она состоит в основном в нанесении изоляции кистью на нижнюю и часть боковой поверхности протектора.

Протекторы размещают на днище и стенках резервуара так, чтобы величина защитного потенциала резервуар - подтоварная вода в промежутках между протекторами и по краям днища была не менее защитного потенциала.

Потенциал резервуара измеряют мультивольтамперметром с помощью специального медносульфатного электрода сравнения. При этом прибор заключается в разрыв цепи электрод сравнения - резервуар.

Перед измерением электрод через отверстия заполняют насыщенным раствором медного купороса до нижних кромок боковых отверстий в корпусе.

Замену изношенных протекторов производят в соответствии с планом ремонтно-профилактических работ, утвержденным главным инженером предприятия. План составляется с учетом срока службы протекторов и эксплуатационных данных об их работе.

3.3 Расчет протекторной защиты резервуаров

3.3.1 Расчет протекторной защиты внутренней поверхности РВС5000 с низким уровнем водной фазы.

Цель расчета параметров протекторной защиты резервуаров в рассматриваемом случае – нахождение диаметров и длины витков протектора на днище, массы протекторов, расстояния между точками дренажа, величины сопротивлений, дополнительно включаемых в цепь дренажных проводов. Используется цинковый протектор.

Исходные данные:

диаметр РВС D=22,8 м;

средняя высота слоя воды м;

удельное сопротивление воды ;

коэффициент дефектности противокоррозионного покрытия днища , в долях единицы;

поляризационное сопротивление стали ;

задаваемая степень защиты от коррозии в долях единицы;

диаметр протектора м;

удельное сопротивление металла протектора ;

удельный расход протектора под током q= 4 кг/ ;

масса 1м протектора кг/м;

коэффициент использования массы протектора ;

проектный срок службы протектора лет;

потенциал протектора в пробе воды при наложении анодной плотности тока 1 А/м², измеренный относительно электрода сравнения В;

дополнительная поляризация протектора в реальных условиях работы за счёт загрязнения его поверхности В;

задаваемый коэффициент неравномерности утечки тока по длине протектора ;

стационарный потенциал стали в водной фазе РВС относительно электрода сравнения В;

Решение

1. Расчет защитной катодной поляризации:

2) Расчет минимально необходимой защитной плотности тока на поверхности резервуара:

3) Расчет переходного сопротивления 1 днища резервуара:

4) Расчет расстояния между витками протектора на днище:

Рассчитывается коэффициент распространения тока между витками протектора в слое водной фазы:



Рассчитывается вспомогательный коэффициент:

Расстояние между витками протектора на днище:

принимаем = 4,2м.

5) Расчет диаметра и длины витков протектора на днище:

поэтому всего 3 витка (n=3), суммарная длина витков:

6) Расчет расстояния (по длине витков протектора) между точками дренажа (соединения дренажных выводов с протектором):

Рассчитывается переходное сопротивление протектора:

Продольное сопротивление протектора в конце срока службы:

Коэффициент распространения тока по длине протектора:

Расстояние (по длине витков протектора) между точками дренажа (соединения дренажных выводов с протектором):

7) Расчет количества точек дренажа:

При этом расстояние между концами витков и ближайшими к ним точками дренажа рассчитывают по формуле:

Округляют m до 1, т.е. имеем одну точку дренажа. Расстояние между точкой дренажа и концом протектора:

8) Расчет требуемой силы тока защиты РВС:

Рассчитывается коэффициент неравномерности утечки между витками:

Коэффициент неравномерности утечки тока по длине витков:

Общий коэффициент неравномерности:

Требуемая сила тока зашиты РВС:

9) Расчет тока в каждом дренажном проводе:

10)Расчет сопротивления, дополнительно включаемого в цепь дренажных проводов:

Рассчитывается требуемая разность потенциалов между протекторами и РВС в точках дренажа:

Суммарная величина сопротивления, включаемая между протектором и РВС в каждой точке дренажа:

Длина дренажных проводов сечением 28 – 45,2 м;

Суммарная длина витков протектора - 118,7 м;

Масса протектора

3.3.2 Расчет протекторной защиты внутренней поверхности РВС10000 с высоким уровнем водной фазы.

Цель расчета параметров протекторной защиты резервуаров в рассматриваемом случае – нахождение диаметров и длины витков протектора на днище, массы протекторов, расстояния между точками дренажа, величины сопротивлений, дополнительно включаемых в цепь дренажных проводов.

Исходные данные:

диаметр РВС D=34,2 м (РВС-10000);

диаметр центральной стойки РВС =0,5 м;

коэффициент дефектности противокоррозионного покрытия в долях единицы;

проектный срок службы протектора = 5 лет;

срок подключения центральных протекторов (ЦП), расположенных вокруг центральной стойки =2 года;

степень защиты от коррозии =0,95 в долях единицы;

средняя высота слоя воды =6 м;

удельное сопротивление воды =0,2 ;

поляризационное сопротивление стали =1 ;

диаметр протектора =0,06 м;

длина вертикально устанавливаемых у боковой стенки и центральной стойки протекторов =6 м ( );

удельное сопротивление металла протектора =0,04· ;

удельный расход протектора под током q=6,5 кг/А год (протектор марки АЦКМ);

масса 1м протектора =7,6 кг/м;

коэффициент использования массы протектора =0,65;

потенциал протектора в пробе воды при наложении анодной плотности тока 1 А/м², измеренный относительно электрода сравнения =0,95 В;

дополнительная поляризация протектора в реальных условиях работы за счёт загрязнения его поверхности = 0,1 В;

задаваемый коэффициент неравномерности утечки тока по длине протектора = 1,1;

стационарный потенциал стали в водной фазе РВС относительно электрода сравнения =0,6 В.

Решение

1) Расчет защитной катодной поляризаций по формуле (3):

2) Расчет минимально необходимой защитной плотности тока на поверхности резервуара по формуле (4):

3) Расчет переходного сопротивления днища резервуара по формуле (5):

4) Расчет расстояния между витками протектора на днище:

Рассчитывается коэффициент распространения тока между витками протектора в слое водной фазы по формуле (6):

При больших ( >3м) принимают = /2, где =4 м – расчетное расстояние между витками, которое принимают в начале расчетов. При <3м, = . Так как =6>3, то принимаем =4/2=2м и рассчитываем начальное значение коэффициента утечки тока между витками протектора

Рассчитывается вспомогательный коэффициент по формуле (7):

Расстояние между витками протектора на днище по формуле (8):

Принимаем

5) Расчет диаметра и длины витков протектора на днище по формуле (9):

;

м

поэтому всего 6 витка (n=6), ; ;

При защите РВС с >2м крайний (у стенки) виток (КВ) не соединяют с другими витками, а защищают в кольцо у вводной коробки. К этому витку присоединяют вертикальные протекторы (ВП), закрепленные на боковой стенке с шагом Виток с ВП имеет параметры, отличные от параметров внутренних витков (ВВ), поэтому рассчитываются отдельно.

6) Расчет расстояния (по длине витков протектора) между точками дренажа (соединения дренажных выводов с протектором):

Рассчитывается переходное сопротивление протектора по формуле (11):

Продольное сопротивление протектора в конце срока службы по формуле (12):

Коэффициент распространения тока по длине протектора по формуле (13):

Расстояние (по длине витков протектора) между точками дренажа (соединение дренажных выводов с протектором) по формуле (14):

7) Расчет количества точек дренажа на внутренних витках по формуле (15):

Округляем m=1. Рассчитываем удаление точки от дренажа от концов внутренних витков

8) Требуемый ток защиты РВС:

Рассчитывается коэффициент неравномерности утечки тока между витками по формуле (17):

Коэффициент неравномерности утечки тока по длине протектора по формуле (18):

Общий коэффициент неравномерности по формуле (19):

Требуемы ток защиты днища:

9) Расчет силы тока в каждой точке дренажа внутренних витков по формуле (21):

10) Расчет сопротивления резисторов, дополнительно включаемых в цепь дренажных проводов:

Рассчитывается требуемая разность потенциалов между протекторами и РВС в точках дренажа внутренних витков по формуле (22):

Суммарная величина сопротивления, включаемая между протектором и РВС в каждой точке дренажа по формуле (23):

Точка дренажа внутренних витков находится на расстояние 17 м от обоих концов протектора, а длина первого витка равна 8,5 м, поэтому точка дренажа находится на втором витке, диаметр которого равен Тогда расстояние от точки дренажа до вводной коробки будет равно . Длину же дренажного провода берем с метровым запасом, т.е. 14,05 м. В качестве дренажного провода используем стальную проволоку сечением 56 (двойная проволока диаметром по 6 мм), сопротивление которой будет равно (при удельном сопротивлений стали 0,18 Ом ) .

Сопротивление резистора, дополнительно включаемого в цепь дренажного провода:

11) Расчет шага расстановки вертикальных протекторов (ВП) по периметру РВС:

12) Расчет требуемого защитного тока с крайнего витка (КВ) и вертикальных протекторов (ВП):

Рассчитывается коэффициент утечки тока между ВП:

Сопротивление одного ВП:

Переходное сопротивление КВ с ВП:

Коэффициент утечки КВ с ВП:

Коэффициент неравномерности утечки тока между ВП:

Коэффициент неравномерности утечки тока по длине КВ:

Общий коэффициент неравномерности утечки тока на КВ:

Требуемый защитный ток КВ с ВП:

Этот ток равен току в точке дренажа КВ, так как на КВ всего одна точка дренажа.

13) Расчет сопротивления добавочного резистора, включаемого в цепь: точки дренажа КВ:

Рассчитывается требуемая разность потенциалов между протектором КВ и РВС в точке дренажа:

КВ удален от стенки РВС на 2,4 с учетом полуметрового запаса, длина дренажного провода будет равна 2,9 м. В качестве дренажного провода двойную стальную проволоку диаметром 6 мм, сопротивление которой равно .

Сопротивление добавочного резистора, включаемого в цепь точки дренажа КВ:

14) Расчет количества центральных вертикальных протекторов:

Вокруг центральной стойки РВС вертикально устанавливаются центральные протекторы (ЦП) длиной по 6 м каждый, размещаемых у центральной стойки, количество которых равно:

15) Расчет силы тока защиты ЦП:

16) Расчет сопротивления добавочного резистора, включаемого в дренажную цепь ЦП:

Рассчитывается требуемая разность потенциалов между ЦП и РВС:

В качестве дренажного провода ЦП принимаем изолированную медную жилу КПБК сечением 16 , длиной , и с запасом в 1 м, тесть 18,25м, удельное сопротивление 0,02 Ом. Сопротивление провода будет равно:

Сопротивление добавочного резистора, включаемого в дренажную цепь ЦП:

17) Расчет общей длины протекторных стержней, необходимых для защиты резервуара:

общая масса протектора

3.3.3 Расчет протекторной защиты днища РВС.

3.3.3.1 Расчет протекторной защиты днища РВС 5000.

Цель расчета параметров протекторной защиты днищ РВС в рассматриваемом случае - выбор схемы расположения протекторов; числа групп протекторов; длины протекторов и их количества в группе; проверка правильности выбора параметров протекторной защиты путем сопоставления сопротивления растекания группы протекторов с предельным рассчитанным значением этой величины.

Исходные данные:

Защищаемый резервуар РВС-5000, диаметром , установлен на обычный песчаный грунт, толщина подушки ;

РВС обвязаны тремя подземными трубопроводами, имеющими следующие параметры:

№ трубопровода	Срок службы, лет.	Диаметр .	Толщина стенки .	Тип изоляции
1	5	0,219	0,006	Полимерное пленочное
2	12	0,273	0,007	Полимерное пленочное
3	12	0,273	0,007	Полимерное пленочное

удельное электрическое сопротивление грунта в точке расположения РВС ;

диаметр протекторных стержней ;

длина протекторных стержней ;

проектный срок службы протекторов .

Решение

1) Расчет переходного сопротивления днища РВС:

где P - поляризационное сопротивление днища, (принимают: Р=10 при контакте днища с грунтом; Р=20 при контакте днища с гравийно-песчаной подушкой; Р=40 при контакте с гравийно-песчаной подушкой, пропитанной нефтью);

- удельное сопротивление материала подушки под днищем РВС,

При отсутствии опытных данных принимают: для обычного глинистого, суглинистого или песчаного грунта ; для гравийно-песчаной подушки ; для гравийно-песчаной подушки, пропитанной нефтью .

2) Расчет эквивалентного входного сопротивления всех соединенных с РВС подземных трубопроводов:

Рассчитываются продольные сопротивления всех соединенных с РВС подземных трубопроводов:

Переходные сопротивления обвязанных с РВС трубопроводов:

где - сопротивление наружной изоляций трубопроводов, , берется из таблицы 7:

Таблица 7- Ориентировочное сопротивление изоляций трубопроводов

Тип изоляций	Срок службы трубопровода, год.
	0-2	2,1-5	5,1-10	10,1-15	Более 15
Отсутствие	0	0	0	0	0
Битумное	1000	600	400	200	100
Полимерное пленочное	4500	3000	2000	1000	500
Полимерное экструзионное	8000	5500	3000	1500	800

Входные сопротивления трубопроводов:

Эквивалентное входное сопротивление всех трубопроводов:

3) Расчет общего сопротивления системы “РВС - трубопровод”:

4) Расчет силы тока, обеспечивающего требуемую защитную плотность тока на днище РВС:

где - защитная плотность тока днища РВС (при контакте с грунтом 0,01, при контакте с гравийно-песчаной подушкой 0,05, при контакте с гравийно-песчаной подушкой, пропитанной нефтью, 0,0025), ;

- величина катодной поляризации (принять 0,1 В);

- коэффициент экранирования трубопроводов, принимают 0,4-0,6.

5) Выбор схемы расположения протекторов, количества групп протекторов, расстояние между протекторами и стенкой резервуара, длины дренажных проводов.

Протекторы группами размещают вокруг РВС по окружности, удаленной от стенки резервуара на 4м. Количество групп в первом приближении принимают . Каждую группу соединяют дренажным проводом диаметром и длиной накоротко с корпусом РВС.

6) Расчет эквивалентного сопротивления дренажных проводов:

где - диаметр дренажного провода, мм;

– удельное сопротивление металла дренажного провода, (для стали = 0,2);

– длина дренажного провода, м;

- сечение дренажного провода, ;

- количество групп протекторов по периметру РВС.

7) Расчет предельно допустимого общего сопротивления растекания протекторов:

где - разность стационарных потенциалов протектора и днища РВС ;

- анодная поляризация протектора;

- эквивалентное сопротивление всех дренажных проводов, соединяющих группы протекторов с РВС, Ом.

Таблица 8 - Характеристики магниевых протекторов.

Марка сплава	МП-2-4	Мл 15	Мл 16
Средний КПД ŋ, доли единицы	0,35	0,25	0,35
Разность стационарных потенциалов “протектор-сталь” , В	0,95	0,95	0,95
Анодная поляризуемость протектора , В	0,05	0,05	0,05
Длина протекторного стержня , мм	0,6-2,8	1,4-2,8	1,4-2,8
Диаметр протекторного стержня мм	40-120	40-80	40-80
Диаметр армирующей проволоки, мм	5-6	5-6	5-6
Выступ проволоки, мм	150	150	150

8) Расчет предельно допустимого сопротивления растекания одной группы протекторов:

9) Выбор общей длины протекторов (количество стержней) и величины их заглубления:

Выбирают длину протекторов (2 стержня по 2,8м, соединенных между собой сваркой армирующих прутков ) и заглубление протекторов

10) Расчет сопротивления растекания одной группы протекторов:

11) Выбор количества протекторов в каждой группе и расстояния между ними; определение коэффициента экранирования :

Принимают количество протекторов в каждой группе , а расстояние между ними, определяем коэффициент экранирования по таблице 9:

Таблица 9 -Коэффициент экранирования вертикальных протекторов.

Значение	Количество протекторов в группе,
	1	2	3	4	5	7
0,5	1	0,7	0,58	0,55	0,52	0,45
1	1	0,8	0,72	0,68	0,66	0,6
2	1	0,9	0,83	0,78	0,76	0,73
3	1	0,92	0,85	0,83	0,82	0,78
4	1	0,95	0,88	0,87	0,85	0,83