Патент на изобретение №2153027
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ, СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И КОМПЛЕКТ ДЕТАЛЕЙ
(57) Реферат: Изобретение относится к комплекту деталей и способу для использования в устройстве коррозионной защиты с подачей тока для удлиненной подложки, а также в электрическом заземлении объектов. Технический результат – повышение долговечности оборудования коррозионной защиты. Комплект деталей содержит удлиненный проводящий элемент, имеющий первый и второй концы и включающий в себя непрерывный удлиненный сердечник, содержащий материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23°С менее 5  10-4 Oмсм и сопротивление при 23°С менее 0,03 Ом/м, элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником. Дополнительные слои окружают и находятся в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом. Комплект деталей снабжен элементом, имеющим, в основном, коническую форму и содержащим канал, проходящий по его оси, для размещения, как минимум, сердечника и проводящего полимерного элемента у первого конца удлиненного проводящего элемента. Канал имеет форму и размер, обеспечивающие плотное прилегание проводящего полимерного элемента у первого конца удлиненного проводящего элемента. Конический элемент имеет электрическое удельное сопротивление, как минимум, такое же высокое, как электрическое удельное сопротивление проводящего полимерного элемента. Способы катодной защиты от коррозии и электрического заземления предусматривают использование комплекта деталей, указанного выше. 4 с. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.
Данное изобретение относится к комплекту деталей и способу для использования в устройстве коррозионной защиты с подачей тока для удлиненной подложки, а также в электрическом заземлении объектов. В частности, изобретение относится к таким комплектам деталей и способам, которые включают в себя удлиненный проводящий элемент, который при использовании может быть соединен посредством изолированного проводника с источником электрического тока. Известны устройства коррозионной защиты с подачей тока, в которых удлиненная проводящая подложка, такая как трубопровод, защищается от коррозии путем установления разности потенциалов между подложкой и расположенным на расстоянии электродом. Разность потенциалов устанавливается путем соединения подложки и электрода друг с другом посредством источника электропитания постоянной полярности, а цепь с химическим источником тока является замкнутой, когда электролит присутствует между подложкой и электродом, так что ток протекает в поперечном направлении от поверхности электрода к подложке для ее защиты. Электролит обычно представлен землей, в которой зарыт электрод, или водой в случае подводного применения. Электрод может быть удлиненным, известным как электрод для длинной линии передачи или непрерывный электрод. В альтернативном варианте устройство коррозионной защиты с подачей тока может содержать множество дискретных электродов, каждый из которых соединен с источником электропитания. Распределенные или дискретные электроды обычно соединены с источником электропитания, так что они действуют как анод, тогда как подложка действует как катод. Примеры удачных распределенных электродов, известных для использования в устройствах коррозионной защиты с подачей тока, описаны в патентных документах EP-A-0067679 (MP769 EPC), GB 9411787.6 (B265 GB2) и WO 9302311 (RK463). Полное раскрытие этих заявок и их соответствующих заявок США приведено здесь для сведения. В EP-A-0067679 описан распределенный электрод, содержащий: (i) бесконечный удлиненный сердечник, содержащий материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23oC менее 5 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м (обычно металл), и(ii) элемент, содержащий проводящий полимерный состав, имеющий относительное удлинение, как минимум, 10%, который окружает и находится в электрическом контакте с сердечником, толщина которого составляет, как минимум, 500 мкм. В GB 9411787.6 (B265 GB2) и WO 9302311 (RK463) описаны электроды, которые содержат элементы электрода по EP-A-0067679 с дополнением окружающей углеродной массы в виде макрочастиц (например, коксовой мелочи, расположенной внутри тканевой оболочки). WO 9302311 (RK463) относится, в частности, к желательной устойчивости оболочки к воздействию кислоты и хлора, а GB 9411787.6 (B265) относится к использованию дополнительных внешних натяжных обмоток для увеличения уплотнения углеродных частиц в тканевой оболочке. Используемый в указанных ссылочных материалах и в настоящем изобретении термин “проводящий полимер” означает состав, который содержит полимерный компонент и диспергированный в полимерном компоненте проводящий наполнитель в форме макрочастиц, имеющий хорошую коррозионную стойкость. Примерами подходящего проводящего наполнителя являются углеродная сажа или графит. Полное раскрытие EP-A-0067679, WO 9302311 (RK463) и GB 9411787.6 (B265), а также их соответствующих заявок США приводится здесь для сведения. Известно также использование так называемых “протекторных анодов” (т.е. дискретных анодов, которые не соединены с источником электропитания) для защиты подверженных коррозии подложек. Такие аноды обычно содержат металл, который является более электрически активным, чем защищаемая подложка. Часто такие дискретные аноды содержат цинк или магний. Аноды соединены посредством изолированного проводника с защищаемой подложкой, и цепь с химическим источником тока является замкнутой при прохождении тока через электролит (например, землю), в которую помещена подложка. При использовании дискретных анодов они обычно имеют цилиндрическую конфигурацию или конфигурацию с утолщением концов. Известно, что в конфигурации с утолщением концов постоянное сопротивление выше, чем в обычном цилиндре. Это описал John Morgan в работе “Cathodic Protection”, опубликованной NACE в 1987 г. на стр. 174. Как указано выше, когда удлиненный электрод используется для устройства защиты с подачей тока, он соединен посредством источника электропитания с защищаемой подложкой. Практически соединение с источником электропитания осуществляется при помощи изолированного проводника. В настоящем изобретении признается, что при использовании в точке соединения электрода с проводником поперечная плотность тока, возбуждающая поверхность электрода и проходящая к подложке, значительно больше по сравнению с плотностью тока в основных частях электрода. Такая повышенная плотность тока может повлечь за собой проблемы, например, для электродов, описанных выше со ссылкой на EP-A-0067679, WO 9302311 и GB 9411787.6, это может привести к расходу проводящего наполнителя в электроде и, следовательно, к сокращению эксплуатационной долговечности электрода. Настоящее изобретение обеспечивает комплект деталей, который уменьшает эту проблему. Если должна быть защищена подложка большой длины, обычно соединяют встык отрезки распределенных электродов вышеописанного типа. Соединение осуществляют путем отрезания окружающего проводящего полимерного покрытия и оболочки с наполнением из углеродных макрочастиц и последующего сращивания центральных проводников. И опять поперечная плотность тока, возбуждающая поверхность электрода по направлению к подложке в месте соединения встык, выше плотности тока в основной части каждого электрода. Эффект обычно меньше, чем в месте соединения проводника с первым электродом, вследствие затухания тока при прохождении вдоль отрезка электрода. Тем не менее, это может представлять собой проблему. Комплект деталей по данному изобретению может также быть использован для уменьшения этой проблемы. Другой областью техники, где электрическая неоднородность присутствует в местах соединений, является область высоковольтных кабелей. В этой области известно, что соединения представляют собой зону высокого электростатического напряжения и соответственно зону неустойчивости (непрочности). Обычный высоковольтный кабель состоит из проводника, первичной изоляции и окружающего экрана. Экран имеет нулевой потенциал и содержит ток внутри кабеля. В месте соединения экран оканчивается, и электростатическое напряжение в этой точке должно поэтому контролироваться, чтобы предотвратить электрический разряд в месте соединения. Контроль обычно обеспечивается конусом напряжения, т.е. коническим слоем, который продлевает нулевой потенциал экрана вдоль конически сужающейся поверхности, диаметр которой возрастает в направлении от конца экрана. Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает комплект деталей для использования в способе коррозионной защиты с подачей тока или в способе электрического заземления объекта. Такой комплект деталей содержит (i) удлиненный проводящий элемент, имеющий первый и второй концы и содержащий (a) непрерывный удлиненный сердечник, содержащий материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23oC менее 5 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м,(b) проводящий полимерный элемент, содержащий проводящий полимерный состав, который окружает и находится в электрическом контакте с сердечником, и (c) возможные дополнительные слои, которые, в случае их присутствия, окружают и находятся в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом; и (ii) выполненный обычно в виде конуса элемент, снабженный каналом, проходящим, в сущности, по его оси, для приема, как минимум, сердечника и проводящего полимерного элемента первого конца удлиненного проводящего элемента, причем канал имеет такой размер и форму, чтобы его стенки плотно обхватывали проводящий полимерный элемент первого конца удлиненного проводящего элемента, а конический элемент имеет электрическое удельное сопротивление, как минимум, такое же высокое, как и проводящий полимерный элемент. При использовании первый конец удлиненного проводящего элемента может быть соединен посредством изолированного проводника с источником электрического тока. При таком соединении электрический ток протекает в поперечном направлении наружу из удлиненного проводящего элемента. Подобным образом, при использовании второй конец удлиненного проводящего элемента может быть соединен с первым концом другого идентичного проводящего элемента. Также известно использование удлиненного проводящего элемента для электрического заземления оборудования. Обычно оборудование соединяется с удлиненным проводящим элементом при помощи изолированного проводника. Мы обнаружили, что распределенные электроды такого строения, как описанные в EP-A-0067679, WO 9302311 и GB 9411787,6, являются приемлемыми для использования в заземляющих устройствах, но подвержены повреждению путем перегорания вследствие электрического разряда у места соединения провода с электродом. У этого места соединения ток, выходящий из электрода в землю, намного больше, чем в основном теле электрода. Поэтому мы обнаружили, что элементы комплекта по данному изобретению не только пригодны для использования в устройстве коррозионной защиты с подачей тока, но могут также применяться для электрического заземления. Комплект деталей по данному изобретению может поэтому быть использован, например, для заземления трубопроводов, высоковольтных распределительных устройств, зданий и т.п. Как в случае защиты от коррозии, так и в случае заземления, удлиненный проводящий элемент может быть соединен посредством электропровода с источником электрического тока. В способе коррозионной защиты с подачей тока этот источник электрического тока представляет собой постоянный источник тока, т. е. источник электропитания. В применении для заземления источником электрического тока является временный источник тока, например удар молнии или электрический разряд от высоковольтной линии электроснабжения. При работе устройства коррозионной защиты с подачей тока и при разряде в устройстве электрического заземления ток протекает в поперечном направлении от удлиненного проводящего элемента. В предпочтительном случае удлиненный проводящий элемент является, в основном, цилиндрическим, и ток протекает в радиальном направлении от внешней поверхности удлиненного проводящего элемента. В устройстве коррозионной защиты ток протекает по направлению к подложке, которая должна быть защищена, замыкая таким образом электрическую цепь и химический источник тока. В заземляющих устройствах ток отводится в поперечном направлении от поверхности электрода в окружающую землю. В устройстве коррозионной защиты с подачей тока с использованием типа электрода, описанного со ссылкой на EP-A- 0067679, WO 9302311 и GB 9411787.6, средняя плотность тока, протекающего в поперечном направлении от электродов, составляет примерно 50 мА/м. При заземлении, во время отвода тока при помощи электрода такой же конфигурации, плотность тока, протекающего в поперечном направлении от электродов, может быть примерно от 300 до 2000 А/м. В обоих случаях плотность тока может быть примерно вдвое выше на границе раздела между электродом и изолированным проводником или на границе раздела между электродом и соединением этого электрода с другим электродом. Эта повышенная плотность тока может привести к проблемам, как это описано выше. Помимо комплекта деталей настоящее изобретение также обеспечивает способы катодной защиты электропроводящей подложки от коррозии и способ электрического заземления оборудования. Второй аспект изобретения обеспечивает способ катодной защиты от коррозии удлиненной электропроводящей подложки, расположенной в электролите. Данный способ содержит: (i) обеспечение наличия удлиненного проводящего элемента, имеющего первый и второй концы и содержащего (a) непрерывный удлиненный сердечник, содержащий материал с электрическим удельным сопротивлением при 23oC менее 5 10-4 Омсм и сопротивлением при 23oC менее 0,03 Ом/м,(b) элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, и (c) возможные дополнительные слои, которые, в случае их присутствия, окружают и находятся в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом; (ii) размещение резистивного элемента таким образом, чтобы он окружал и находился в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом первого конца удлиненного проводящего элемента; и (iii) соединение источника электропитания посредством изолированного проводника в положении между подложкой и первым концом проводящего элемента, так чтобы установилась разность потенциалов между подложкой как катодом и удлиненным проводящим элементом как анодом, вследствие чего защитный электрический ток протекает от поверхности анодного удлиненного проводящего элемента к катодной подложке, причем указанный резистивный элемент имеет такую форму и электрическое удельное сопротивление, чтобы уменьшить защитный электрический ток, протекающий от той части удлиненного проводящего элемента, которая окружена резистивным элементом. Резистивный элемент имеет такую форму и электрическое удельное сопротивление, чтобы уменьшать ток, протекающий от удлиненного проводящего элемента. Термин “уменьшить ток” означает уменьшение тока относительно тока, который протекал бы от удлиненного проводящего элемента в отсутствие резистивного элемента. Как указано выше, данное изобретение может также быть использовано для решения проблем на границе раздела между двумя удлиненными проводящими элементами, соединенными встык. Таким образом, другой аспект изобретения обеспечивает способ катодной защиты от коррозии удлиненной подложки, помещенной в электролите, и этот способ содержит: (i) обеспечение наличия, как минимум, двух удлиненных проводящих элементов, каждый из которых имеет первый и второй концы и содержит (a) непрерывный удлиненный сердечник, содержащий материал с электрическим удельным сопротивлением при 23oC менее 5 10-4 Омсм и сопротивлением при 23oC менее 0,03 Ом/м,(b) элемент, содержащий проводящий полимерный слой, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, и (c) возможные дополнительные слои, которые, в случае их присутствия, окружают и находятся в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом; (ii) размещение двух резистивных элементов таким образом, чтобы окружать и находиться в электрическом контакте с проводящими полимерными элементами соответствующих вторых концов двух удлиненных проводящих элементов; (iii) электрическое соединение сердечников указанных вторых концов двух удлиненных проводящих элементов встык и (iv) присоединение источника электропитания посредством изолированного проводника в положении между подложкой и первым концом первого из удлиненных проводящих элементов, так чтобы установилась разность потенциалов между подложкой как катодом и удлиненными проводящими элементами как анодом, вследствие чего защитный электрической ток протекает от поверхности анодных удлиненных проводящих элементов к катодной подложке. Предпочтительно, подобный резистивный элемент также расположен таким образом, чтобы окружать и находиться в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом у первого конца первого удлиненного проводящего элемента (который находится рядом и соединен с изолированным проводником). Известен способ электрического заземления объекта, который описан в патенте США N 4361719, кл. H 01 R 4/66, 1988 и содержит использование удлиненного проводящего элемента, имеющего первый и второй концы и содержащего непрерывный удлиненный сердечник, соединение первого конца удлиненного проводящего элемента с объектом посредством проводника, размещение удлиненного проводящего элемента в земле. Настоящее изобретение заявляет способ электрического заземления объекта, содержащий: (i) обеспечение наличия удлиненного проводящего элемента, имеющего первый и второй концы и содержащего (a) непрерывный удлиненный сердечник, содержащий материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23oC менее 5 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м,(b) элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, и (c) возможные дополнительные слои, которые, в случае их присутствия, окружают и находятся в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом; (ii) соединение первого конца удлиненного проводящего элемента с объектом при использовании изолированного проводника; (iii) размещение резистивного элемента таким образом, чтобы он окружал и находился в электрическом контакте с проводящим полимерным элементом у первого конца удлиненного проводящего элемента, причем резистивный элемент имеет такую форму и электрическое удельное сопротивление, чтобы уменьшать электрический ток, протекающий от окруженной поверхности удлиненного проводящего элемента при заземлении; и (iv) размещение удлиненного проводящего элемента и окружающего резистивного элемента в земле. В способах по данному изобретению резистивный элемент может иметь любую подходящую форму. В одном варианте осуществления резистивный элемент имеет, в основном, коническую форму при использовании в комплекте деталей по данному изобретению. Когда такой резистивный элемент конической формы используется в комплекте деталей или в способах по настоящему изобретению, электрическое удельное сопротивление конического элемента является предпочтительно таким же высоким, как электрическое удельное сопротивление проводящего полимерного элемента удлиненного проводящего элемента. Предпочтительно, электрическое удельное сопротивление конического элемента выше, чем электрическое удельное сопротивление проводящего полимерного элемента удлиненного проводящего элемента. Предпочтительно, электрическое удельное сопротивление материала конического элемента, как минимум, в два раза, а предпочтительно, как минимум, в пять раз выше электрического удельного сопротивления проводящего полимерного элемента удлиненного проводящего элемента. Когда конический резистивный элемент используется в способах по данному изобретению, конус предпочтительно расположен на удлиненном проводящем элементе таким образом, что более широкий конец конического резистивного элемента находится ближе к концу удлиненного проводящего элемента. Конический элемент обеспечивает массу резистивного материала, окружающего конец удлиненного проводящего элемента. Поэтому он действует таким образом, чтобы уменьшать ток, выходящий в поперечном направлении у конца удлиненного проводящего элемента. Коническая форма действует таким образом, что у широкого конца конуса имеет место более значительное уменьшение тока, чем у его узкого конца. Уменьшение плотности тока предпочтительно происходит постепенно в направлении к узкому концу конуса. Электрическое удельное сопротивление конического элемента предпочтительно является равномерным во всем его теле. Однако оно может быть неравномерным, чтобы оптимизировать свойства протекания тока так, как это желательно. Способ, которым это может быть достигнуто, является очевидным для специалиста в данной области. В предпочтительных способах по настоящему изобретению резистивный элемент, в основном, имеет коническую форму и имеет проход для приема удлиненного проводящего элемента. Проход предпочтительно проходит по оси конуса и для удобства может иметь форму цилиндрического канала, проходящего по оси конуса. Внешняя поверхность резистивного элемента является, в основном, конической, и элемент предпочтительно представляет собой, в сущности, твердое тело, за исключением прохода в нем. Термин “в основном, коническая форма” используется здесь также для обозначения конфигураций, имеющих как форму усеченного конуса, так и форму полного конуса. В других вариантах осуществления способа по данному изобретению резистивный элемент может иметь другую форму. Например, он может содержать намотанную ленту. В этом случае электрическое удельное сопротивление намотанной ленты предпочтительно больше, чем предпочтительно, как минимум, в два или даже в пять раз, чем электрическое удельное сопротивление среды, окружающей удлиненный проводящий элемент. В способах катодной защиты удлиненной электропроводящей подложки такой средой будет электролит. Например, для помещенных в землю подложек и удлиненных проводящих элементов средой, окружающей проводящий элемент, может быть грунт или частицы рыхлого кокса, внесенные в грунт. В способе электрического заземления оборудования средой, окружающей удлиненный проводящий элемент, также может быть грунт или частицы рыхлого кокса, внесенные в грунт. Удлиненный проводящий элемент, используемый во всех аспектах настоящего изобретения, является преимущественно цилиндрическим. В одном предпочтительном варианте осуществления он содержит металлический проводящий сердечник, проводящую полимерную оболочку, обычно имеющую электрическое удельное сопротивление около 1,5 Ом см, и внешнюю магнитнопроницаемую оболочку с содержанием углеродных частиц, например, кокса между этой оболочкой и проводящей полимерной оболочкой. Внешняя магнитнопроницаемая оболочка может представлять собой ткань.
Удлиненные проводящие элементы вышеописанного типа, которые содержат проводящие полимерные материалы, известны для использования в устройствах коррозионной защиты с подачей тока, и такое использование описано в EP-A-0067679, WO 9302311 и GB 9411787.6. Такие проводящие элементы также используются для заземления. В отличие от неизолированных металлических проводов, которые обычно используются в качестве заземляющих стержней, удлиненные проводящие элементы, содержащие проводящие полимерные элементы, не подвержены коррозии, будучи помещенными в земле. Кроме того, в неизолированном металлическом проводе, используемом для заземления, большая часть тока будет отводиться у его конца, расположенного у места соединения с заземляемым объектом. Это происходит вследствие низкого радиального сопротивления такого провода. И наоборот, электрод, содержащий проводящий полимерный элемент, имеет более высокое радиальное сопротивление, чем неизолированный провод. Поэтому при отводе тока имеет место тенденция к распределению его вдоль всей длины заземляющего элемента, содержащего проводящий полимерный материал, а не вдоль неизолированного заземляющего провода. Это может как повышать срок службы заземляющего элемента, так и помогать избегать концентрации электростатического напряжения в точках, расположенных непосредственно под заземляемыми объектами.
Удлиненные проводящие элементы, используемые в настоящем изобретении, имеют длину, как минимум, 25 м, более предпочтительно – как минимум, 50 м или, как минимум, 75 м. Проводящие элементы могут быть, как минимум, 80 м или, как минимум, 100 м длиной. Для определенных случаев применения эта длина может доходить до 200 м, 300 м или 500 м. Если требуемая длина проводящего элемента составляет более 50 м, то она может обеспечиваться как одним проводящим элементом, так и несколькими проводящими элементами посредством их соединения встык.
Предпочтительный удлиненный проводящий элемент по данному изобретению содержит металлический сердечник, проводящее полимерное покрытие, окружающее сердечник, и углеродные частицы, расположенные вокруг проводящего полимерного покрытия и внутри наружной оболочки, предпочтительно представляющей собой ткань. Этот предпочтительный удлиненный проводящий элемент предпочтительно используется в сочетании с вышеописанным резистивным элементом, обычно имеющим коническую форму. В случае использования этого сочетания способы по данному изобретению предпочтительно содержат введение конического резистивного элемента внутрь наружной тканевой оболочки и предпочтительно также закрепление оболочки вокруг наружной поверхности конического элемента. Конический элемент предпочтительно окружен коксом внутри наружной оболочки. Чтобы ввести конический элемент в наружную оболочку, может быть необходимо удалить часть кокса из под оболочки.
Примеры материалов, которые могут использоваться для конического резистивного элемента или другого резистивного элемента, включают в себя полимерные материалы, содержащие проводящий наполнитель, например полиолефины, такие как полиэтилен, и спеченный полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, содержащий проводящий наполнитель, такой как углерод. Особенно подходящий материал, включающий в себя спеченный полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, содержащий углерод, описан в WO 8806517 (MP1180PCT) и US 89/02738 (MP1180PCT3).
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на следующие прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано устройство коррозионной защиты с подачей тока, а на фиг.2 – устройство электрического заземления по настоящему изобретению;фиг.3 представляет собой увеличенное продольное сечение обозначенной пунктиром области III, показанной на фиг. 1 и 2, где представлена плотность тока, которая имела бы место в отсутствие резистивного элемента по данному изобретению; фиг. 4 представляет собой продольное сечение, аналогичное изображенному на фиг.3, но с добавлением резистивного конического элемента по данному изобретению; фиг.5 представляет собой продольное сечение с использованием резистивных конических элементов у соединения встык двух удлиненных проводящих элементов и фиг. 6 представляет собой продольное сечение, где показано применение резистивной ленты у конца удлиненного проводящего элемента. В соответствии с представленными чертежами на фиг.1 показано устройство коррозионной защиты с подачей тока, в котором может применяться настоящее изобретение. Подложка в виде трубопровода 1 соединена с удлиненным проводящим элементом 3 посредством источника 5 электропитания. Удлиненный проводящий элемент является распределенным анодом и соединен с положительным выводом источника 5 электропитания. Подложка в виде трубопровода 1 соединена с отрицательным выводом источника 5 электропитания. Соединения источника 5 электропитания осуществлены посредством изолированного проводника 7. Электрическая цепь и химический источник тока замыкаются посредством электролита, в котором располагается как трубопровод 1, так и распределенный анод 3. Обычно электролитом является земля. Электрохимические реакции происходят на поверхности как трубопровода 1, так и распределенного анода 3, и их результатом является полезный отвод тока к трубопроводу 1. Поэтому коррозия трубопровода 1, в сущности, предотвращается. На фиг.2 показан другой вариант применения настоящего изобретения, а именно для заземления объекта, такого как здание 9. Здание 9 соединено при помощи изолированного проводника 7 с удлиненным проводящим элементом 3. Изолированный проводник 7 и проводящий элемент 3, как и фундамент здания 9, находятся в земле 11. Удлиненный проводящий элемент 3 имеет длину около 100 м и для удобства помещен в землю параллельно ее поверхности. Строение удлиненного проводящего элемента 3, изолированный проводник 7 и соединение между ними являются одинаковыми для обоих вариантов, представленных на фиг.1 и 2, и показаны более подробно на фиг.3. Как показано на фиг.3, удлиненный проводящий элемент 3 содержит обычно цилиндрический металлический сердечник 13, предпочтительно медный, и окружающее покрытие из проводящего полимерного материала 15, которое находится в электрическом контакте с сердечником. Удлиненный проводящий элемент 3 дополнительно содержит наружную тканевую оболочку 17 и кокс 19 в виде макрочастиц, расположенных под наружной тканевой оболочкой 17, между этой оболочкой и проводящим полимерным покрытием 15. Изолированный проводник 7 содержит проводящий медный сердечник 23 и полиэтиленовую изоляцию 25. Чтобы образовать соединение между изолированным проводником 7 и удлиненным проводящим элементом 3, все слои, окружающие медные сердечники 13 и 23, срезаются. Сердечники 13 и 23 затем соединяются обжимающей деталью 27. Может быть использован и любой другой способ соединения. Затем обеспечивается изолирующее и влагозащитное покрытие изолирующего слоя 25 провода 7 и наружной тканевой оболочки 17 удлиненного проводящего элемента 3. Это покрытие может быть, например, выполнено в виде термоусадочного полимерного рукава 29. Рукав 29 снабжен покрытием в виде влагозащитного слоя 30, например, из мастики или адгезива, такого как клей-расплав. Влагозащитный слой 30 может быть обеспечен отдельно от рукава. Рукав 29 нагревают, так чтобы он сжимался и мог контактировать с деталью 27 и наружной оболочкой 25 провода 7 и наружной оболочкой 17 проводящего элемента 3. При этом нагревании уплотняющий слой 30 заполняет все пустоты в области соединения, обеспечивая таким образом защиту от влаги. На фиг. 3 не показан резистивный конус или другой резистивный элемент, требуемый в соответствии с настоящим изобретением. Плотность тока, направленная в поперечном направлении от удлиненного проводящего элемента в отсутствие резистивного конуса или элемента, показана линиями со стрелками с индексами j1 и j2. Длина линий j1 и j2 со стрелками схематически показывает относительную плотность тока вдоль длины удлиненного проводящего элемента 3. Как видно на фигуре, плотность тока у концов удлиненного проводящего элемента примерно вдвое выше, чем вдоль основной длины удлиненного проводящего элемента 3. Эта неравномерность плотности тока могла бы привести к расходу коксовых частиц 19 в устройстве коррозионной защиты с подачей тока по фиг.1 или выходу из строя вследствие выгорания в устройстве для заземления по фиг. 2 (плотность тока обычно выше в устройствах для заземления, чем в устройствах коррозионной защиты с подачей тока). Фиг. 4 аналогична фиг.3, за исключением наличия резистивного конуса по данному изобретению. Конус 31 расположен у одного конца удлиненного проводящего элемента 3 таким образом, чтобы широкий конец конуса находился ближе к концу удлиненного проводящего элемента. Конус 31 имеет цилиндрический канал, проходящий по его оси, и расположен вокруг проводящего полимерного покрытия 15 проводящего элемента 3, но внутри тканевой оболочки 17. Кокс 19 размещен таким образом, чтобы оставить место для конуса 31. Свободный конец тканевой оболочки 17 проводящего элемента 3 расположен на конусе 31 и может быть прикреплен к нему. Затем термоусадочный рукав 29 сжимается в соответствующем месте, располагаясь вокруг конца тканевой оболочки 17 и конуса 31. Резистивный, имеющий, в основном, коническую форму, элемент 31 обычно имеет электрическое удельное сопротивление около 30 Ом см. Особенно предпочтительным материалом для резистивного конуса 31 является спекшийся полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, содержащий частицы углеродной сажи. Резистивный конус 31 уменьшает более высокую плотность j2 тока, которая иначе имела бы место у конца удлиненного проводящего элемента 3 в месте соединения с изолированным проводником 7, как это описано выше со ссылкой на фиг.3.
На фиг. 5 показан другой случай применения резистивного конуса 31, у места соединения двух удлиненных проводящих элементов 3. Такое соединение может потребоваться, например, когда длинные отрезки распределенного электрода 3 используются в устройстве коррозионной защиты с подачей тока. На этом рисунке одинаковые номера позиций относятся к одинаковым деталям, показанным на предыдущих фигурах. Резистивный конус 31 размещен на соединяемом конце каждого из удлиненных проводящих элементов 3. В каждом случае более широкий конец конуса расположен ближе к концу проводящего элемента 3.
Еще одним возможным вариантом (не показан), близким к изображенному на фиг. 5, может быть использование провода между соединяемыми концами двух удлиненных проводящих элементов в сочетании с Т-образной деталью для соединения провода с сердечником каждого удлиненного проводящего элемента и Т-образным термоусадочным формованным покрытием.
На фиг.6 показан еще один вариант по настоящему изобретению. В этом случае резистивный конус заменен намотанной лентой 33. Электрическое удельное сопротивление этой ленты предпочтительно больше, чем электрическое удельное сопротивление коксовых частиц 19, которые ее окружают. Предпочтительно, электрическое удельное сопротивление ленты 33 примерно вдвое больше, чем электрическое удельное сопротивление окружающих ее коксовых частиц. В целях упрощения соединение сердечника 13 удлиненного проводящего элемента 3 с проводником 7 не показано. Оно аналогично варианту по фиг.4.
Очевидно, что в соответствии с данным изобретением резистивные конусы 31 и резистивная лента 33 могут быть использованы на других удлиненных проводящих элементах. В частности, они могут быть использованы на элементах, подобных показанным на этих фигурах, но не содержащих дополнительной наружной тканевой оболочки 17 и коксовых частиц 19.
Формула изобретения
см и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м, проводящий полимерный элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, отличающийся тем, что он снабжен элементом, имеющим, в основном, коническую форму с каналом по его оси для размещения, как минимум, непрерывного удлиненного сердечника и проводящего полимерного элемента у первого конца удлиненного проводящего элемента, причем канал выполнен формой и размером, обеспечивающим плотное прилегание проводящего полимерного элемента у первого конца удлиненного проводящего элемента, при этом конический элемент выполнен из материала с электрическим удельным сопротивлением, как минимум, таким же высоким, как электрическое удельное сопротивление проводящего полимерного элемента.
2. Комплект деталей по п.1, отличающийся тем, что конический элемент выполнен из материала с более высоким электрическим удельным сопротивлением, чем проводящий полимерный элемент.
3. Комплект деталей по п.2, отличающийся тем, что конический элемент выполнен из материала с электрическим удельным сопротивлением, как минимум, в два раза более высоким, чем электрическое удельное сопротивление проводящего полимерного элемента.
4. Комплект деталей по любому из пп.1 – 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной наружной ионопроницаемой оболочкой, отстоящей от проводящего полимерного элемента, между которыми размещены обогащенные углеродом частицы, предпочтительно коксовые.
5. Комплект деталей по п.4, отличающийся тем, что конический резистивный элемент размещен на первом конце удлиненного проводящего элемента поверх проводящего полимерного элемента и внутри наружной ионопроницаемой оболочки с обеспечением электрического контакта между удлиненным проводящим элементом и коническим резистивным элементом.
6. Комплект деталей по п.4, отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен в форме ленты, размещенной в электрическом контакте с удлиненным проводящим элементом, намотанным вокруг проводящего полимерного элемента, внутри наружной тканевой оболочки.
7. Комплект деталей по п. 5 или 6, отличающийся тем, что резистивный элемент размещен вокруг проводящего полимерного элемента, окружающего сердечник проводящего удлиненного элемента, ионопроницаемая наружная оболочка прикреплена к наружной поверхности резистивного элемента.
8. Способ катодной защиты от коррозии удлиненной электропроводящей подложки, помещенной в электролит, включающий использование источника электропитания и удлиненного проводящего элемента, имеющего первый и второй концы и содержащего непрерывный удлиненный сердечник из материала, имеющего удельное сопротивление при 23oC менее 5 х 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м, проводящий полимерный элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, отличающийся тем, что размещают резистивный элемент, окружающий и обеспечивающий электрический контакт с проводящим полимерным элементом, у первого конца удлиненного проводящего элемента, и присоединяют источник электропитания посредством изолированного проводника между подложкой и первым концом проводящего элемента с установлением разности потенциалов между подложкой как катодом и удлиненным проводящим элементом как анодом для протекания защитного электрического тока от поверхности удлиненного проводящего элемента к подложке, причем указанный резистивный элемент выполняют с формой и электрическим удельным сопротивлением, уменьшающими защитный электрический ток, протекающий от части удлиненного проводящего элемента, окруженной резистивным элементом.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве резистивного элемента используют резистивный элемент, имеющий, в основном, коническую форму с каналом по его оси, причем резистивный элемент с более широким и более узким концами размещают так, чтобы он окружал и находился в электрическом контакте с первым концом удлиненного проводящего элемента, а его широкий конец размещают ближе к указанному первому концу удлиненного проводящего элемента.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве резистивного элемента используют ленту, которую наматывают вблизи указанного первого конца удлиненного проводящего элемента.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что удлиненный проводящий элемент помещают в землю и окружают его углеродными частицами, предпочтительно коксовыми, при этом ленту выполняют из материала с электрическим удельным сопротивлением большим, чем удельное сопротивление углеродных частиц.
12. Способ по любому из пп.8 – 11, отличающийся тем, что удлиненный проводящий элемент дополнительно окружают наружной ионопроницаемой оболочкой, отстоящей от проводящего полимерного элемента, между проводящим полимерным элементом и наружной ионопроницаемой оболочкой размещают обогащенные углеродом частицы, предпочтительно коксовые.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что конический резистивный элемент размещают на первом конце удлиненного проводящего элемента поверх проводящего полимерного элемента и внутри наружной ионопроницаемой оболочки с обеспечением электрического контакта между удлиненным проводящим элементом и коническим резистивным элементом.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что резистивную ленту наматывают на проводящий полимерный элемент с обеспечением между ними электрического контакта и размещают их внутри наружной тканевой оболочки.
15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что после размещения резистивного элемента вокруг проводящего полимерного элемента, окружающего сердечник удлиненного поводящего элемента, наружную ионопроницаемую оболочку прикрепляют к наружной поверхности резистивного элемента.
16. Способ электрического заземления объекта, включающий размещение в земле удлиненного проводящего элемента, имеющего первый и второй концы и содержащего непрерывный удлиненный сердечник, соединение первого конца удлиненного проводящего элемента с объектом посредством проводника, отличающийся тем, что в качестве удлиненного проводящего элемента используют элемент с сердечником, содержащим материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23oC менее 5 х 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м, проводящий полимерный элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, в качестве проводника используют изолированный проводник, размещают резистивный элемент вокруг проводящего полимерного элемента с обеспечением электрического контакта с ним у первого конца удлиненного проводящего элемента, причем указанный резистивный элемент выполняют с формой и электрическим удельным сопротивлением, уменьшающим электрический ток, протекающий от окруженной поверхности удлиненного проводящего элемента при заземлении, и помещают удлиненный проводящий элемент совместно с его резистивным элементом в землю.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в качестве резистивного элемента используют резистивный элемент, имеющий, в основном, коническую форму с каналом по его оси, резистивный элемент с более широким и более узким концами размещают так, чтобы он находился в электрическом контакте с указанным первым концом удлиненного проводящего элемента, а его широкий конец размещают ближе к указанному первому концу удлиненного проводящего элемента.
18. Способ по п.16, отличающийся тем, что в качестве резистивного элемента используют ленту, которую наматывают вблизи указанного первого конца удлиненного проводящего элемента.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что удлиненный проводящий элемент помещают в землю и окружают его углеродными частицами, предпочтительно коксовыми, при этом ленту выполняют из материала с удельным сопротивлением большим, чем удельное сопротивление углеродных частиц.
20. Способ по любому из пп.16 – 19, отличающийся тем, что удлиненный проводящий элемент дополнительно окружают наружной ионопроницаемой оболочкой, отстоящей от проводящего полимерного элемента, между проводящим полимерным элементов и наружной ионопроницаемой оболочкой размещают обогащенные углеродом частицы, предпочтительно коксовые.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что конический резистивный элемент размещают на первом конце удлиненного проводящего элемента поверх проводящего полимерного элемента и внутри наружной ионопроницаемой оболочки с обеспечением электрического контакта между удлиненным проводящим элементом и коническим резистивным элементом.
22. Способ по п.20, отличающийся тем, что резистивную ленту наматывают на проводящий полимерный элемент с обеспечением между ними электрического контакта и размещают их внутри наружной тканевой оболочки.
23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что после размещения резистивного элемента вокруг проводящего полимерного элемента, окружающего сердечник проводящего удлиненного элемента, ионопроницаемую наружную оболочку прикрепляют к наружной поверхности резистивного элемента.
24. Способ катодной защиты от коррозии удлиненной подложки, помещенной в электролит, включающий использование источника электропитания и, как минимум, двух удлиненных проводящих элементов, каждый из которых имеет первый и второй концы и включает в себя непрерывный удлиненный стержень, содержащий материал, имеющий электрическое удельное сопротивление при 23oC менее 5 х 10-4 Омсм и сопротивление при 23oC менее 0,03 Ом/м, проводящий полимерный элемент, содержащий проводящий полимерный состав, окружающий и находящийся в электрическом контакте с сердечником, отличающийся тем, что размещают два резистивных элемента, окружающих и обеспечивающих электрический контакт с проводящими полимерными элементами у соответствующих вторых концов, как минимум, двух удлиненных проводящих элементов, обеспечивают электрическое соединение сердечников у указанных вторых концов двух удлиненных проводящих элементов путем соединения встык проводящих элементов и присоединяют источник электропитания при помощи изолированного проводника между подложкой и первым концом первого из удлиненных проводящих элементов с установлением разности потенциалов между подложкой как катодом и удлиненными проводящими элементами как анодом для протекания защитного электрического тока от поверхности удлиненных проводящих элементов к подложке.
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.09.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 14-2004
Извещение опубликовано: 20.05.2004
|
||||||||||||||||||||||||||
