Определить оптимальные параметры катодной защиты магистрального трубопровода диаметром 1220 мм, длиной 1200 км, имеющего толщину стенки, равную 15 мм. Трубопровод прокладывается по местности, участки которой имеют следующие значения удельного электросопротивления грунта:
Доля длины трубопровода, l/L 0,1 0,1 0,2 0,1 0,2 0,3
Удельное электросопротивление, Омм 10 50 70 100 120 80
Дренажная линия – воздушная с подвеской алюминиевого провода на деревянных столбах с железобетонными приставками. Начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт» равно 9000 Омм2. Средняя стоимость электроэнергии – 0,02 руб/кВтч (цены 1980 г), показатель скорости старения покрытия 0,125 1/год. Анодное заземление выполнить из электродов длиной 1,4 м, диаметром 0,03м, массой 10 кг, устанавливаемых непосредственно в грунт. Стоимость одного электрода – 20 руб, электрохимический эквивалент материала электродов – 0,2 кг/Агод.
Решение
1.Среднее значение удельного электросопротивления грунта вдоль трассы трубопровода
rг.ср=10⋅0,1+50⋅0,1+70⋅0,2+100⋅0,1+120⋅0,2+80⋅0,3=78 Ом⋅м
2.Продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле (5)
Rт=ρтπ⋅δ⋅(Дн-δ)=0,245⋅10-63,14⋅0,015(1,22-0,015)=4911351100=4,32⋅10-6Ом/м
3.Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле (6)
Rиз(τнс)=Rпнπ⋅Дн⋅е-β⋅τнс=90003,14⋅1,22⋅е-0,125⋅9,5=716,52 Ом/м
4.То же в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле (7)
Rиз.ср=Rпнπ⋅Дн⋅β⋅τнс⋅1-е-β⋅τнс=90003,14⋅1,22⋅0,125⋅9,51-е-0,125⋅9,5=1375,04 Ом/м
5.Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле (10)
Zср=0,5Rт⋅Rиз.ср=0,54,32⋅10-6⋅1375,04=38,54⋅10-3Ом
6.То же к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (9)
Zк=0,5Rт⋅Rиз(τнс)=0,54,32⋅10-6⋅716,52 =27,82⋅10-3Ом
7.Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле (4)
α=RтRиз(τнс)=4,32⋅10-6716,52=7,77*10-5 1/м
8.Задаем удаление анодного заземления от трубопровода У=350 м и определяем параметр по формуле (2)
θ=rг.ср2⋅π⋅Zк⋅y=782⋅3,14⋅27,82⋅10-3⋅350=1,276
9.Коэффициент взаимного влияния СКЗ по формуле (8)
KB=11+1-EminEmax2∙(1+θ)=11+1-0,30,552∙(1+1,276)=0,638
10.Протяженность зоны защиты трубопровода одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (1)
lскз=2αlnEmaxKB⋅Emin∙(1+θ)=27,77∙10-5ln0,550,638⋅0,3(1+1,276)=6000,86 м
11.Среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле (11)
Iдр=EmaxZср(1+2е-α⋅lскз+θ)=0,5538,54⋅10-3(1+2е7,77∙10-5⋅6000,86+1,276)=11927e23313341150000000013750+10964636875000=2,61 A
12.Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h равна 2,2 м, а расстояние между ними равно 7 м
. Тогда сопротивление растеканию с одиночного вертикального электрода по формуле (21)
R1в=0,16⋅rr.срLэln2Lэd+12ln4h+Lэ4h-Lэ=0,16⋅781,4ln2⋅1,40,03+12ln4⋅2,2+1,44⋅2,2-1,4=156∙ln5137+312∙ln280335=41,87 Ом
13.Примем число электродов анодного заземления n=5 и по формулам (25) вычислим коэффициенты Аi и Бi. Расчет коэффициентов представим таблицей:
i 1 2 3 4
А 0,63 0,31 0,21 0,16
Б 0,1 0,05 0,033 0,025
14.Сопротивление растеканию с центрального электрода заземления по формуле (23)
Rц=R1+rr.срπLэ⋅i=1n-12Fi
где Fi – функция, равная
Fi=lnБi+1+Бi2Ai+Бi+1+(Ai+Бi)2Ai-Бi+1+(Ai-Бi)2;
Rц=41,87+783,14⋅1,4ln(0,1+1+0,12)0,63+0,1+1+(0,63+0,1)20,63-0,1+1+(0,63-0,1)2++ln(0,05+1+0,052)0,31+0,05+1+(0,31+0,05)20,31-0,05+1+(0,31-0,05)2=46,84 Ом
15.Сопротивление растеканию с крайнего электрода анодного заземления по формуле (23)
Rк=R1+rr.ср2πLэ⋅i=1n-1Fi==41,87+783,14⋅1,4ln(0,1+1+0,12)0,63+0,1+1+(0,63+0,1)20,63-0,1+1+(0,63-0,1)2+
+ln(0,05+1+0,052)0,31+0,05+1+(0,31+0,05)20,31-0,05+1+(0,31-0,05)2+
+ln(0,033+1+0,0332)0,21+0,033+1+(0,21+0,033)20,21-0,033+1+(0,21-0,033)2+
+ln(0,025+1+0,0252)0,16+0,025+1+(0,16+0,025)20,16-0,025+1+(0,16-0,025)2=48,85 Ом
16.Коэффициент экранирования электродов анодного заземления по формуле (22)
ηэ=2R1Rц+Rк=2⋅41,8746,84+48,85=0,88
17.Оптимальное число электродов анодного заземления по формуле (29)
nопт=Iдр8,76⋅R1в⋅σэσа⋅η⋅ηи⋅ηэ(ε+ξ)=2,618,76⋅41,87⋅0,0220⋅0,77⋅0,7⋅0,88(0,12+0,148)=4,43
То есть принятое и расчетное число электродов совпадают
18.Сопротивление растеканию тока с анодного заземления по формуле (16)
Rа=Rв=R1вnв⋅ηв=41,874⋅0,88=11,89 Ом
19.Оптимальное сечение дренажного провода по формуле (30)
Sпр.опт=2,95⋅Iдрσэ⋅ρпрс1⋅ηε+ξ=2,95⋅2,610,02⋅0,0290,0035⋅0,70,12+0,148=7,24 мм2
Выбираем из стандартного ряда серийно выпускаемых проводов ближайшее большее сечение, которое равно 16 мм2.
20.Сопротивление дренажной линии по формуле (14)
Rпр=ρпр⋅lпрSпр=0,029⋅35016=0,63 Ом
21.Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ по формуле (13)
ΔЕ=Emax-Emin+Iдр∙Rпр+Rа=0,55-0,3+2,61∙0,63+11,89=32,93 В
22.Средняя величина мощности, потребляемая СКЗ, по формуле (12)
Рскз=Iдр⋅ΔЕ=2,61⋅32,93=85,95Вт
23.В соответствии с рассчитанными параметрами выбираем тип катодной станции – КСТ(КСК)-500 с параметрами: мощность 0,5 кВт; напряжение на контактах 10,5 В; ток 10 А; стоимость 122 руб.
24.Выполним расчет экономических показателей катодной защиты при принятом удалении анодного заземления от трубопровода:
-стоимость одного заземления по формуле (32)
Ка=σа⋅n=20⋅5=100 руб
-стоимость опор воздушной линии по формуле (33)
Коп=2σко+σпоУ50-1=2∙85+25(35050-1)=320 руб
-стоимость провода воздушной линии по формуле (34)
Кпр=(с1⋅Sпр+с2)⋅у=(0,0035⋅16+0,025)⋅350=28,35 руб
-капитальные затраты на одну СКЗ по формуле (35)
Кз=Ка+Коп+Кпр+Кст=100+320+28,35+122=570,35 руб
-стоимость электроэнергии, потребляемой одной СКЗ по формуле (36)
Эз=σз⋅Рср⋅τскз=0,02⋅112,41000⋅8760=19,69 руб/год
-удельные приведенные затраты на катодную защиту по формуле (31)
Пlскз=Кз(ε+ξ)+Эзlскз=19,69+570,35(0,12+0,148)6,00086=28,75 руб/км
25.Задавая другие значения удаления анодного заземления от трубопровода, аналогично вычисляем удельные приведенные затраты на катодную защиту и для них
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
