Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ метода контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 12
1.1 Анализ метода контроля при автоматизации процесса электрохимической защиты трубопроводов 12
1.2 Анализ средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 23
1.3 Задачи обеспечения качества электрохимической защиты трубопроводов 36
1.4 Результаты и выводы к разделу 1 50
2 Математические модели процесса электрохимической защиты трубопроводов 52
2.1 Анализ математических моделей процесса электрохимической защиты трубопроводов 52
2.2 Математическая модель процесса электрохимической защиты трубопроводов с одиночной сосредоточенной нагрузкой 58
2.3 Математическая модель процесса электрохимической защиты трубопроводов с множеством сосредоточенных нагрузок 68
2.4 Математическая модель процесса электрохимической защиты трубопроводов с учетом взаимного влияния средств защиты 70
2.5 Математическая модель объекта регулирования для автоматизации процесса электрохимической защиты трубопроводов 73
2.6 Результаты и выводы к разделу 2 80
3. Робастное проектирование средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 81
3.1 Обеспечение качества на этапах жизненного цикла средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 81
3.2 Методика формирования, выбора и расположения средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 84
3.3 Робастное проектирование средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов 98
3.4 Разработка средств измерения и телеметрии поляризационного потенциала 127
3.5 Результаты и выводы к разделу 3 140
4. Разработка методики обеспечения качества электрохимической защиты трубопроводов 141
4.1 Методика обеспечения качества электрохимической защиты трубопроводов 141
4.2 Оценка эффективности метода контроля на основе математических моделей процесса электрохимической защиты трубопроводов 149
4.3 Определение базового варианта расположения средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты тепломагистрали 157
4.4 Определение расположения средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты тепломагистрали 162
4.5 Результаты и выводы к разделу 4 176
Заключение 177
Список использованной литературы 179
Приложение
- Анализ средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов
- Математическая модель процесса электрохимической защиты трубопроводов с одиночной сосредоточенной нагрузкой
- Методика формирования, выбора и расположения средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов
- Оценка эффективности метода контроля на основе математических моделей процесса электрохимической защиты трубопроводов
Введение к работе
Российская Федерация располагает одной из крупнейших в мире сетью трубопроводов и трубопроводных систем транспорта энергоносителей. Так общая протяженность трубопроводов в Санкт-Петербурге составляет около 14500 км, из которых в настоящее время 2760 км составляют эксплуатируемые трубопроводы тепловых систем (из них 2400 км — ГУП «Топливно-энергетический комплекс» (ТЭК), 360 км - ОАО «Ленэнерго»), трубопроводы «Водоканала» - 6000 км, газопроводы-5500 км [17, 85].
Трубопроводы являются значительным элементом единой транспортной системы энергоносителей, важным фактором развития ГУП ТЭК, "Водоканала", служб РАОЕС как в масштабе страны, так и ее локальных, региональных подсистем. Методы контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов от коррозии играют превалирующую роль в общем комплексе их технического обслуживания, являясь необходимым условием их безаварийной эксплуатации, предпосылкой существенной экономии материальных, трудовых ресурсов [21, 35, 102]. Создаваемая иерархия функциональных подсистем автоматизированных систем управления трубопроводов - от магистральных трубопроводов до локальных систем городской инфраструктуры — предусматривает автоматизацию управления техническим обслуживанием, прежде всего автоматизированный контроль процесса электрохимической защиты (ЭХЗ).
Научные основы оптимизации процесса ЭХЗ трубопроводов городской инфраструктуры были заложены трудами отечественных учёных: А.П. Артынова, A.M. Зиневича, С.А. Панова, И.В. Романовского. Общие вопросы управления процессом ЭХЗ трубопроводов, его технического обеспечения рассматривались в работах СИ. Авена, А.А. Бакаева, А.С. Бутова, А.Г. Варжапетяна, В.Г. Киселева, Г.И. Коршунова, А.В. Полякова, С.А. Попова, В.И. Савина, В.В.Сахарова, Н.И. Тесова. Экономико-кибернетические проблемы процесса ЭХЗ трубопроводов изучались в работах А.А. Александрова, В.Г. Киселева, А.Ф. Комягина, Б.Л. Кучина, B.C. Панкратова, Н.З Рубинова, И.Я. Фурмана, С.Г. Щербакова.
В проблеме совершенствования ЭХЗ трубопроводов можно выделить два основных направления. Первое, "общесистемное" направление повышения эффективности ЭХЗ связано с распространением на действующую систему технического обслуживания трубопроводов теоретико-системных принципов организации управления и планирования на базе экономико-математических методов и средств вычислительной техники. Основополагающие результаты, имеющие обще методологическое значение формировались в фундаментальных исследованиях А.Г. Варжапетяна, В.М. Глушкова, А.Г. Гранберга, Л.В. Канторовича, Г.И. Коршунова, В.Л. Макарова, Г.С. Поспелова, И.М. Сыроежина, Н.П.Федоренко, а также других ученых.
Второе, "технологическое", связано с разработкой новых изолирующих покрытий, совершенствованием технических средств и методов контроля процесса ЭХЗ трубопроводов. Это направление исследований представлено работами Н.П. Глазова, A.M. Зиневича, А.А Подгорного, В.В. Притулы, И.В. Стрижевского, Н.И. Тесова, В.Н. Остапенко, И.Н. Францевича, В. Бекмана. В то же время последнее направление далеко от исчерпывающего решения, поскольку применяемые методы контроля процесса ЭХЗ обеспечивают снижение скорости коррозии только на локальных участках трубопроводов, что связано с недостаточным уровнем разработки математическим моделей процесса электрохимической защиты, а также применением частично автоматизированных средств контроля процесса ЭХЗ трубопроводов.
Присущая трубопроводам пространственная рассредоточенность обуславливает распределенность управления процессом ЭХЗ, что не может быть достигнуто с помощью методов контроля локальной ЭХЗ и частично автоматизированных средств контроля процессом ЭХЗ, поэтому разработка метода контроля, автоматизации и обеспечения качества электрохимической защиты трубопроводов на основе разработки моделей процесса электрохимической защиты является актуальной.
Анализ средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов
Назначение (целевая функция) и задачи ЭХЗ трубопроводов определены нормативными документами, согласно которым мероприятия по контролю процесса ЭХЗ входят в систему планово-предупредительного ремонта функциональных структур энергохозяйства; эта система может быть определена как совокупность организационно-технических мероприятий по надзору и уходу за подземными коммуникациями с целью предупреждения их преждевременного износа, предотвращения аварий и обеспечения бесперебойной подачи энергии потребителям [86, 91, 99].
Особенности эксплуатации и защиты от наружной коррозии трубопроводов городской инфраструктуры обусловлены многими факторами. К ним относятся; - большая протяженность и разветвленность трубопроводов; - сочленённость трубопроводов различного диаметра; - наличие большого количества запорной и регулирующей арматуры; - расположение большого количества трубопроводов под проезжей частью автомобильных дорог и пешеходных переходов; - труднодоступность для замены и ремонта поврежденных участков трубопроводов; - наличие рельсовых путей электрифицированного транспорта; сложное разветвленное расположение других подземных коммуникаций сопутствующих и пересекающих трубопроводы, имеющих собственные системы защиты от коррозии. Трубопроводы являются дорогостоящими конструкциями, срок эксплуатации которых в основном зависит от их коррозионной стойкости, относятся к долговременным и дорогостоящим сооружениям. Большинство из строящихся сегодня трубопроводов предназначается для долговременной эксплуатации, так как по ним должны транспортироваться продукты столько времени, сколько будет необходимо. Если срок службы магистрального нефте- или газопроводов определяется в основном сроком службы соответствующего месторождения, технологического - сроком службы технологии, то трубопроводы, обеспечивающие жизнедеятельность города, района или предприятия, должны служить не одному поколению людей [7, 8, 12,54]. Способы защиты подземных трубопроводов от коррозии включают рациональный выбор трассы прокладки трубопроводов и использование пассивных и активных способов защиты. Пассивными способами защиты создают барьер, отделяющий защищаемую поверхность металла от грунта. Активными способами защиты создают такие условия на защищаемой поверхности металла, при которых подавляется или значительно замедляется процесс коррозионного разрушения трубы. К пассивным способам защиты относятся нанесение защитных покрытий и гидрофобизация грунтов, к активным - электрохимическая защита (рис. 1.3) [12, 31, 36, 64, 80, 81, 92, 101, 104, 105].
Применяют следующие виды электрохимической защиты ТС [35]: 1) электродренажная защита — при наличии блуждающих токов в грунтах низких агрессивных свойств; 2) гальваническая защита — при сопротивлении грунта менее 50 Ом м, при отсутствии блуждающих токов; 3) электрохимическая защита от коррозии при помощи протекторов - при отсутствии источников электроэнергии; 4) катодная защита - в случае высокой агрессивности грунтов, наличии блуждающих переменных и постоянных токов. Электродренажная защита трубопроводов от коррозии обеспечивается путём отвода блуждающих токов от сооружения к источнику этих токов. Дренаж осуществляется путём электрического соединения подземного сооружения через дренажное устройство с отрицательной шиной тяговой подстанции или с отсасывающим пунктом, либо с рельсами электрифицированного транспорта [31 ]. Область использования данного вида электрохимической защиты значительно ограничена при условии высокой коррозионной активности грунта. Применение гальванической и протекторной защиты элементов трубопроводов от коррозии в городских условиях нецелесообразно в виду наличия многочисленных источников блуждающих токов и внешних источников электроэнергии. Для подземных городских трубопроводов актуально применение катодной защиты по следующим причинам. В городских условиях грунт, содержащий растворённые в воде химические реагенты, обладает ионной электропроводностью. Это делает его коррозиенно-активным электролитом по отношению к металлическим конструкциям. В большинстве случаев, за исключением сухих фунтов, подземная коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму [29, 53, 73, 75, 133]. Наиболее характерным катодным процессом при фунтовой коррозии является кислородная деполяризация. В сильнокислых грунтах может наблюдаться водородная деполяризация, но, как правило, в большинстве фунтов она не встречается [25].
Также применение катодной защиты трубопроводов эффективно в зонах проявления блуждающих токов от нескольких источников, что характерно для городских условий [42, 91]. В дальнейшем под элекфохимической защитой трубопроводов будем понимать катодную защиту трубопроводов от коррозии.
Опасность коррозии трубопроводов обусловлена характером воздействия блуждающих токов и степенью афессивности фунтов. Наложение блуждающих токов на подземное металлическое сооружение приводит к их взаимодействию с токами почвенной коррозии, что может существенно ускорить разрушение металла. Наиболее распространенным и мощным источником блуждающих токов является электрифицированный рельсовый транспорт, линии электропередачи постоянного тока, системы локальной электрохимической защиты, не учтенные при контроле процесса ЭХЗ рассматриваемого трубопровода.
Характер поля блуждающих токов, следовательно, и расположение анодных и катодных зон трубопроводов, зависит от ряда трудноучитываемых факторов. Непрерывное изменение точек приложения тяговых нагрузок и их величины вызывает соответственно и изменение характера полей блуждающих токов. Характер поля блуждающих токов усложнен также тем, что рельсовые пути могут иметь сложную конфигурацию, образуя систему замкнутых и связанных между собой контуров, соединенных с соответствующими тяговыми подстанциями при помощи отсасывающих кабелей. Кроме того, существенным является и то, что количество поездов одновременно находящихся на участке, также непрерывно меняется. Существенное влияние на характер распределения поля блуждающих токов оказывают и состав грунта, его влажность, величина переходного сопротивления между шпалами и землей [18, 31, 33, 44, 54].
Установлено, что для преобладающего большинства трубопроводов достаточная защита углеродистых и низколегированных сталей обеспечивается при значении регулируемого поляризационного -0,85 В по насыщенному медно-сульфатному электроду сравнения (МСЭ). Этот потенциал принимается в качестве минимального защитного потенциала. Значение максимального регулируемого потенциала для стали с защитным покрытием для любых сред ограничено -1,15 В по МСЭ. Для сталей без защитного покрытия, к которым можно отнести элементы трубопроводов с разрушенной ППУ-изоляцией, нижняя граница регулируемого поляризационного потенциала не ограничивается [21].
В задаче контроля процесса ЭХЗ трубопроводов основным параметром является поляризационный потенциал на поверхности трубопровода. Создание и поддержание необходимого значения поляризационного потенциала на внешней поверхности объекта достигается путем наложения внешнего выпрямленного тока. Контроль этого условия обеспечивается применением средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты включающих: станцию катодной защиты, медно-сульфатный электрод сравнения с датчиком потенциала, анодное заземление, измеритель-преобразователь поляризационного потенциала, средства формирования и приема/передачи информации, центральный пункт управления. При существующем методе контроля процесса защиты трубопроводов применяются неавтоматизированные, частично или полностью автоматизированные средства стабилизации поляризационного потенциала. На рис. 1.4 представлена структура предлагаемых средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов. На рис. 1.5 приведена структурная схема построения автоматического устройства регулирования потенциала при автоматизации процесса электрохимической защиты. Объектом регулирования является электрохимическое звено, образованное трубопроводом и анодными заземлениями. При контроле и автоматизации процесса ЭХЗ, объект регулирования рассматривают как апериодическое звено первого порядка, хотя теоретически и на практике это подтверждено только для электрохимической защиты морских судов [82], и не доказано применительно к трубопроводам.
Математическая модель процесса электрохимической защиты трубопроводов с одиночной сосредоточенной нагрузкой
Основная задача математического моделирования процесса ЭХЗ для контроля процесса ЭХЗ сводится к нахождению некоторых характеристик защитного электрического поля по положению источников ПОЛЯ, геометрическим и физическим параметрам среды. Ниже будут рассмотрены вопросы создания модели процесса электрохимической защиты, позволяющей определять распределение поляризационного потенциала с учетом следующих условий: - нелинейной зависимости поляризационного потенциала от плотности управляющего тока; - геометрических параметров защищаемых трубопроводов конечных размеров; - конечных точек расположения средств контроля, измерения и автоматизации процесса ЭХЗ трубопроводов; - произвольного взаимного расположения трубопроводов. Разработка математических моделей процесса ЭХЗ трубопроводов приводит к необходимости исследования нестационарных процессов, которые происходят в трубопроводах при изменении параметров средств контроля, измерения и автоматизации (электрохимических параметров, токов анодов, и т.п.). Эти процессы обусловлены двумя явлениями: заряжением двойного слоя и диффузией реагентов к поверхности электродов. В общем случае, нестационарные процессы описываются системой уравнений Максвелла. Однако сравнительно большая продолжительность протекания рассматриваемых процессов позволяет использовать для их описания квазистатическое приближение, т.е. ввести потенциал р, удовлетворяющий, в общем случае, уравнению Пуассона. Нахождение распределения поляризационного потенциала на поверхности подземных металлических трубопроводов требует знания распределения потенциала 9 создаваемого в грунте токами, протекающими через наружную поверхность трубопровода, имеющую контакт с фунтом.
В общем случае, этот потенциал определяется с учетом распределения удельного объемного электрического сопротивления грунта. Поскольку, в большинстве случаев, это распределение неизвестно, расчет распределения потенциала производится в предположении, что подземные трубопроводы расположены в однородном проводящем полупространстве с удельным сопротивлением pt. Среда, с которой граничит полупространство, принимается непроводящей. В этих условиях распределение потенциала ср в проводящей среде является решением уравнения Пуассона [37] где Р - точка наблюдения на поверхности трубопровода, Ч\, — точка расположения источника с номером t, Iv - управляемый ток источника. При наличии одного источника управляемого тока распределение потенциала 9 примет вид В линейном приближении потенциал трубопровода на границе раздела фаз металл трубопровода — окружающая среда удовлетворяет третьей граничной задачи, которая выражается в следующих условиях [63]: где 9м - потенциал металла трубопровода; X, - нормальная составляющая плотности тока на поверхности трубопровода; pL - удельное переходное сопротивление на поверхности металла. Принимая во внимание, что нормальная составляющая плотности тока на поверхности трубопровода равна где i(P) - ток в точке Р(х, у, z), а - радиус трубопровода в точке наблюдения Р(х, у, z), подставляя выражение (2.12) в (2.10), получаем где Принимая во внимание, что на практике справедливо соотношение р, »рЛ,, каждое поперечное сечение можно считать эквипотенциальным, благодаря чему потенциал металла срЛ/ оказывается зависящим только от продольной (по отношению к трубопроводу) координаты, т.е., pA/=9.u(-v) При этих допущениях уравнение, описывающее продольное распределение потенциала металла, принимает вид где г(Р) — погонное продольное сопротивление трубопровода в рассматриваемой точке; i(P) - ток, стекающий в среду через поперечное сечение трубопровода. Уравнение (2.15) является линейным неоднородным дифференциальным уравнением второго порядка. Общее решением данного уравнения является суммой частного решения соответствующего однородного уравнения и частного решения неоднородного уравнения Частное решение однородного уравнения (2.16) имеет вид Для определения неизвестных постоянных фп и Ф,, принимаем во внимание условие отсутствия продольного тока на концах трубопровода, то есть -XiL = o. Таким образом, постоянная фр=0. И частное решение dx однородного уравнения (2,16) имеет следующий вид Частное решение неоднородного уравнения (2.17) по методу Коши есть где Таким образом, общее решение уравнения (2.15) имеет вид Предполагая, что плотность тока, стекающего в среду, во всех точках поперечного сечения одинаковая, можно считать, что эта плотность тока создается линейным источником тока с погонной производительностью /( F), расположенным на оси трубопровода.
Методика формирования, выбора и расположения средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов
Для оптимального выбора параметров средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ необходимо решить следующие задачи: выбрать множество параметров, удовлетворяющих принципу построения проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ и требованиям технического задания; выбрать исходя из оптимального сочетания типы параметров; выбрать формы взаимодействия параметров в средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ, исходя из наличия связей, различной физической природы между элементами.
Решение задачи выбора оптимальных в смысле установленного критерия вариантов расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ предполагает наличие интегрального показателя, наиболее полно характеризующего основные системные свойства средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ. Показателем, позволяющим получить численную оценку степени соответствия рассматриваемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ их назначению, является интегральный критерий качества (ИКК), который представляет собой набор характеристик (экономических, функциональных, информационных, используемых по отдельности или всех вместе).
Современная теория систем позволяет рассматривать средства автоматизированного контроля процесса ЭХЗ как совокупность отдельных частей, взаимосвязанных для выполнения цели. В качестве частей системы могут рассматриваться, в зависимости от описываемых системных свойств, элементы или отдельные структуры средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ. Средства автоматизированного контроля процесса ЭХЗ характеризуются множеством существенных свойств, допускающих количественную оценку внутренних параметров И, а также множествами входных {G}, выходных {Ф}, управляющих {z} параметров и дестабилизирующих факторов {х}.
Свойства, характеризующие количественные значения показателей проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ, называют выходными характеристиками Параметры проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ, которые можно варьировать, называют управляющими параметрами. Управляющие параметры при проектировании объединяют в вектор
Внешние параметры, характеризующие свойства внешней среды, имеющие в общем случае, случайную природу, сводят в вектор дестабилизирующих факторов Под математической моделью проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ понимается отображение между множествами параметров {z,X } и {ф }, которое, в частности, может быть задано в виде функциональных соотношений
Требования, вытекающие из технического задания, условия физической и схемной реализуемости, условия функционирования задаются в виде В процессе проектирования рассматриваются только те значения вектора {z}, которые принадлежат множеству допустимых значений D
Любой вектор ZeD является работоспособным вариантом проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ. Пусть проектируемые средства автоматизированного контроля процесса ЭХЗ описываются с помощью детерминированной математической модели вида Ф = Ф(г). Если в области D имеется только одно значение вектора управляющих параметров {z}, то принятие решения о выборе варианта средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ определяется однозначно. В случаях, когда работоспособный вариант не единственный, для сравнения вариантов и выбора оптимального вводят критерии оптимальности
Экстремальное значение целевой функции численно характеризует свойство технико-экономического показателя проектируемых средств автоматизированного коніроля процесса ЭХЗ. Критерий показывает относительное преДФочтение одного варианта по отношению к другому, определяет цель проектирования и вместе с вектором {z} и областью D образует математическую модель принятия оптимального решения, которое является задачей параметрической оптимизации в случае однокритериальной задачи. Таким образом, решение задачи сводится к выбору управляемых параметров z , принадлежащих допустимой области и доставляющих экстремум критерию оптимальности /(?). При этом уровень качества однозначно определяется только значением критерия. Формированию единого критерия в виде скалярной функции препятствует ряд сложностей: аналитическое описание взаимных функциональных зависимостей параметров, так как их выявление сопряжено с необходимостью учета нелинейностей характеристик и других факторов; учет взаимного влияния отдельных показателей качества, причем оптимизация по одному какому-то показателю может привести к выходу другого за поле допуска.
Можно сформулировать основные требования к интегральному критерию качества средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ. ИКК должен: измерять основную характеристику - полезный эффект, позволяющий считать вариант расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ качественным или некачественным; - количественно оценивать качество варианта расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ; учитывать влияние как можно большего числа параметров.
Применительно к задаче обеспечения качества варианта расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ применение единого критерия ИКК искажает смысл задачи и может привести к неверным выводам из-за предпочтения одного показателя качества другим. Необходимость такого подхода, например, возникает при выборе вариантов реализации средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ при требовании одновременного, зачастую противоречивого, обеспечения характеристик по точности, стоимости и быстродействию. При невозможности применения одного критерия из множества частных критериев образуется векторный критерий. Такие задачи являются многокритериальными или векторными [27].
Постановка задачи принятия решения в терминах многокритериальной оптимизации связана с вопросом сравнения альтернатив по множеству целевых функций (критериев). Для возможных альтернатив вводятся отношения слабого предпочтения, равноценности, строгого предпочтения. Такой подход приводит к использованию альтернатив оптимальных по Парето [27] или относящихся к договорным множествам [65].
Оценка эффективности метода контроля на основе математических моделей процесса электрохимической защиты трубопроводов
На основании математических моделей, разработанных в разделе 2, и методики формирования, выбора и расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ трубопроводов производиться формирование и выбор базового варианта расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ рассматриваемого участка Приморской тепломагистрали.
В соответствии с [86] для трубопроводов определяется параметр где р„ - удельное объемное сопротивление металла трубопроводов; Rui - удельное сопротивление изолирующего покрытия; S - толщина стенки трубопроводных систем, если протяженность рассматриваемого участка трубопровода меньше 1а, то расчет параметров, определяющих размещение анодных заземлений относительно трубопроводной системы, производится для всего объекта.
Значение /0 для рассматриваемого участка Приморской тепломагистрали составляет /0 - 2236.067 м, так как протяженность рассматриваемого участка Приморской тепломагистрали меньше /0, то расчет параметров, определяющих размещение анодных заземлений относительно трубопроводной системы, должен производится для всего объекта без деления его на участки меньшей протяженности. Размещение анодных заземлений относительно трубопроводной системы, в которую входят трубопроводы одного диаметра 2«, производится на расстоянии у{1 от оси трубопровода ТС [86]
Если в трубопроводную систему входят трубопроводы различных диаметров, то анодные заземления располагают так, чтобы расстояние от линии их расположения до оси любого из трубопроводов было где а, -радиус /-готрубопровода.
Таким образом, минимальное базовое расстояние от трубопровода до линии анодных заземлений в соответствии с (4.2) составляет 3 м. В соответствии с [43] расстояние от защищаемого участка трубопровода до линии анодных заземлений должно находиться в интервале 10-60 м. При моделировании процесса ЭХЗ участка Приморской тепломагистрали были рассмотрены анодные заземления, находящиеся от линии тепломагистрали на расстоянии от 20 до 70 метров. Границы были выбраны из условий физической осуществимости.
Получаемые при моделировании процесса ЭХЗ участка Приморской тепломагистрали значения среднего, минимального и максимального регулируемого поляризационного потенциала при различных значениях тока источников, расстояниях от трубопровода до линии анодных заземлений и количестве анодных заземлений представлены Приложении.
Анализируя данные, представленные в Приложении, можно выделить 73 альтернативных варианта модульных структур АСЭХЗ участка тепломагистрали, которые могут считаться условно годными к эксплуатации по локальному критерию КЇ. В табл. 4.4 приведены параметры условно годных вариантов построения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ трубопроводов.
Для выбора "лучшего" из семидесяти трех альтернативных вариантов построения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ трубопроводов по локальному критерию К1 необходимо определить - как далеко показатели каждого варианта построения средств автоматизированного контроля находятся от базовых показателей целевого варианта расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ трубопроводов.
В соответствии с ГОСТ 9.602-89 верхняя и нижняя граница допускового интервала для значений поляризационного потенциала определены, как Фтал=-0.85 В и рт-п=-1.15 В соответственно. В качестве целевого значения для верхней и нижней границы изменения поляризационного потенциала будем принимать потенциал 9 = -1.00 В, соответствующий середине допускового интервала. По формуле (3.20) определим значения метрики Махаланобиса для указанных вариантов расположения, которые также представлены в табл. 4.4. При достижении для варианта построения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ трубопроводов целевых значений потенциала значение метрики Махаланобиса будет равно нулю. Вариантом расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ, обладающим минимальным значением метрики Махаланобиса, является вариант с 17 анодными заземлениями, находящимися на расстоянии 65 м от участка тепломагистрали, при значении тока источников 1=10 А. Этот вариант построения принимается исходным для последующего робастного проектирования средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ участка Приморской тепломагистрали.
Схема участка Приморской тепломагистрали, который является объектом для проектируемых средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ, представлена на рис. 4.1.
Исходные данные для выбора параметров расположения средств автоматизированного контроля процесса ЭХЗ участка Приморской тепломагистрали представлены в табл. 4.5.
На рис. 4.9 представлено распределение поляризационного потенциала, полученное на основании математической модели процесса электрохимической защиты (2.54) при параметрах исходного расположения средств контроля процесса ЭХЗ участка Приморской тепломагистрали.
Похожие диссертации на Метод и техническая реализация средств автоматизированного контроля процесса электрохимической защиты трубопроводов
