Проектирование магистрального нефтепровода

Задача 1

Определить мощность и число УКЗ магистрального трубопровода диаметром Dн, мм, с толщиной стенки, мм, протяженностью Lобщ км. Трубопровод проложен на местности с удельным электросопротивлением г, Омм. Анодное заземление проектируется выполнить из вертикальных упакованных электродов, дренажную линию — из алюминиевого провода уложенного в траншею.

Начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт» Rпн, Омм2.

Таблица 1.

Задача 2.

Требуется определить протяженность защитной зоны протекторной установки и срок службы протекторов, подключенных к магистральному трубопроводу диаметром D, мм, уложенному в грунт с удельным сопротивлением г, Омм. Трубопровод имеет изоляционное покрытие с переходным сопротивлением Rпн, Омм2.

Протекторы установлены на глубине h = 2 м до верха протектора.

Таблица 2.

Техническая характеристика протекторов, применяемых для защиты сооружения от коррозии, приведена в табл. 3.

Таблица 3 Техническая характеристика комплексных протекторов ПМ-У.

Катодная защита магистрального нефтепровода Мощность СКЗ определяется.

где Iдр — ток СКЗ в точке дренажа, А;

— напряжение на зажимах источника постоянного тока, В.

Общее число СКЗ.

где Lобщ — общая длина трубопровода, км;

L — расчетная длина защищаемого участка трубопровода, км.

Расчетную длину защищаемого участка трубопровода можно определить по формуле.

.

Вышеприведенные потенциалы связаны между собой выражением.

Величины потенциалов при защите подземных металлических сооружений от коррозии измеряют по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС).

Многочисленными сравнениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от — 0,23 до — 0,72 В, причем практический диапазон изменения Еест составляет от — 0,45 до — 0,60 В. Поэтому, если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в данном грунте, принято считать Еест = - 0,55 В (по МЭС).

Отсюда, пользуясь формулой (3.4), легко получить предельные значения наложенного потенциала для стального изолированного трубопровода: Emax = -1,1 — (- 0,55) = -0,55 В, Emin = - 0,85 — (- 0,55) = - 0,30 В, где кв — коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ.

.

где — постоянная распространения тока вдоль трубопровода.

.

где RТ — продольное сопротивление трубопровода вычисляют по формуле.

.

где Т — удельное электросопротивление трубной стали, Т 0,245 Оммм2/м;

D, — наружный диаметр трубопровода и толщина стенки;

Rиз — сопротивление единицы длины изоляции.

.

где Rиз (нс) — сопротивление изоляционного покрытия.

— коэффициент работы анодного заземления определяется по формуле.

.

где Г — удельное электросопротивление грунта.

.

где ri — удельное электросопротивление грунта на участке длиной Li;

— доля участка длиной Li в обшей протяженности трубопровода L.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему катодной защиты (рис. 3.3). Как следует из этой схемы, для наиболее простого случая катодной защиты общее сопротивление цепи можно представить как ряд последовательно соединенных отдельных сопротивлений: R1 и R5 — сопротивления соединительных проводов; R2 — сопротивление растеканию тока с анодного заземления в окружающую почву; R3 — сопротивление почвы между анодным заземлением и защищаемым сооружением; R4 — общее сопротивление тока на пути «почва — металл защищаемого сооружения — точка дренажа».

Рис. 3.3. Электрическая схема катодной защиты для расчета мощности СКЗ

Если пренебречь относительно малой величиной сопротивления К3 (из-за большого сечения почвенного проводника), то общее сопротивление цепи катодной защиты.

где Ra = R2 сопротивление растеканию тока с анодного заземления; Rпр = R1 + R5 — сопротивление соединительных проводов;

Rк = R4 — сопротивление собственно защиты.

Таким образом,.

где.

Силу тока в точке дренажа определяют по формуле.

где Zвх — входное сопротивление трубопровода, Ом;

где — удельное электрическое сопротивление грунта, Омм;

у — расстояние от трубопровода до анодного заземления, м, у = 50 … 500 м;

Сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода в коксовой засыпке (при lа << 4h; da << 2la).

.

где d, da, la — соответственно диаметр электрода, диаметр и длина засыпки (табл. 3.4); протекторный анодный заземлитель трубопровод.

h — расстояние от поверхности земли до середины электрода;

a — удельное сопротивление засыпки Омм; a = 0,2 Омм.

Оптимальное число электродов анодного заземления.

где Сэ — стоимость электроэнергии, руб/кВт;

u — коэффициент использования электрода; u = 0,95;

— время работы СКЗ в году;

(+) — норма амортизированных отчислений;

Са — стоимость установки одного электрода, руб.;

— КПД катодной установки; = 0,7;

в — коэффициент экранирования электродов при выбранном расстоянии между ними (табл. 3.5).

Таблица 3.4 Техническая характеристика комплектных анодных заземлителей.

Таблица 3.5 Коэффициент экранирования вертикальных трубчатых заземлителей, размещенных в ряд (в).

Число труб.	Отношение расстояния между трубами к длине трубы.
	0,84 — 0,87.	0,9 — 0,92.	0,93 — 0,95.
	0,76 — 0,8.	0,85 — 0,88.	0,9 — 0,92.
	0,67 — 0,72.	0,79 — 083.	0,85 — 0,88.
	0,56 — 0,62.	0,72 — 0,77.	0,79 — 0,83.
	0,51 — 0,56.	0,66 — 0,73.	0,76 — 0,80.
	0,41 — 0,5.	0,65 — 0,7.	0,74 — 0,79.
	0,38 — 0,43.	0,56 — 0,63.	0,68 — 0,74.

Сопротивление растеканию тока с анодного заземления.

Оптимальная плотность тока в дренажной линии.

где пр — удельное сопротивление металла проводов, принимаемое пр = 0,029 мм2/м;

С1 — стоимость прокладки дренажной линии.

Оптимальное сечение дренажного провода.

Сопротивление дренажной линии.

Проводник стали.

где пр — удельное сопротивление металла проводов, принимаемое пр = 0,2 910−6 Омм;

Sпр = 16 мм²;

lпр — длина проводника.

Среднее значение потребляемой мощности СКЗ = Iдр.

В зависимости от величины подбирается соответствующая марка СКЗ.

На основании закона Фарадея срок анодного заземления (в годах), установленного в грунт, определяется по формуле.

где G — общий вес рабочих электродов заземления, кг;

и — коэффициент использования электродов; (и = 0,95);

q — электрохимический эквивалент материала электродов, кг/а год.

Расчет числа СКЗ.

Где Rп — переходное сопротивление «трубопровод-грунт».

Rп.н — начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт», не задано, принимаем равным 104 Омм2.

— показатель скорости старения покрытия, 0,116−0,133 1/год, принимаем равным 0,125 1/год.

tн.с — нормативный срок эксплуатации устройств катодной защиты.

— норма амортизационных отчислений, идущая на полное восстановление основных фондов, принимается равным 10,5%/год.

лет.

Омм2.

Омм.

1/м.

Emax = -1,1 — (- 0,55) = -0,55 В,.

Emin = - 0,85 — (- 0,55) = - 0,30 В.

Значение у не задано, принимаем 350 м.

Ом м.

принимаем 71 станция.

м.

А Сечение проводника принимаем Sпр = 16 мм² по условию, h принимаем 2 м.

Ом В.

Ом В.

В В.

Вт.

года Протекторная защита магистральных трубопроводов Расчет протекторной защиты трубопроводов сводится к определению длины защищаемого участка трубопровода L и срока службы протекторов Т.

Длину зоны действия защиты на изолированном трубопроводе можно определить с достаточной для инженерных расчетов точностью по следующей формуле.

.

где Rиз — сопротивления изоляции трубопровода на единице длины, Омм;

Rпр — сопротивление растеканию тока с протектора, Ом;

пр — потенциал протектора до подключения его к трубопроводу, В; для магниевых протекторов пр = - 1,6 В по МЭС;

— минимальный защитный потенциал.

Сопротивление растеканию тока групповой протекторной установки при h >> la/4 и la >> da/2 определяется по формуле

,.

где г — удельное сопротивление грунта, окружающего протектор Омм;

а — удельное сопротивление активатора, Омм; а=0,2 Омм;

dпр, lпр — соответственно диаметр и высота столба протектора с активатором, окружающего протектор;

d — диаметр протектора;

h — глубина установки протектора от поверхности земли до середины протектора;

N — число протекторов в грунте;

в — коэффициент, учитывающий взаимное экранирование вертикальных протекторов в группе.

При защите трубопровода одиночными протекторами N = 1 и в = 1.

Срок службы протекторной установки вычисляется по формуле.

где G — масса протекторной установки, кг.;

qпр— теоретический электрохимический эквивалент материала протектора, кг/ (А год);

Jпр — сила тока в цепи протекторной установки, А;

и — коэффициент использования протектора (и = 0,95);

пр — КПД протектора (пр = 0,5).

Сила тока в цепи протекторной установки при подключении ее к трубопроводу определяется зависимостью.

Произведем расчет для протектора с активатором Для определения в воспользуемся рисунком 1.

Принимаем в = 0,83.

Ом.

Ом Для трубопроводов с полимерной изоляцией = -1,15 В.

Тогда.

м Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать ест = -0,55 В по МЭС.

Тогда.

А.

qпр— теоретический электрохимический эквивалент материала протектора, для магниевых протекторов qпр = 3,95 кг/ (А год);

года.

Рис. 1. Зависимость коэффициента экранирования вертикальных протекторов от числа при различных отношениях ,

а — без активатора б — с активатором.