Ом.
Учитывая сохранение механической прочности анода, реальный срок его службы следует принять равным 10 - 12 годам. Суммарное сопротивление системы анод - катод Rсум = 2,7 + 0,2 + 0,1 = 3 Ом. Падение напряжения в цепи анод - катод Uкc = Jзащ??Rсум = 2,4??3 = 7,2 В. Мощность, необходимая для катодной защиты затвора Р = Uкс??Jзащ = 7,2??2,4 = 17 Вт.
Пример 3. Расчет катодной защиты сороудерживающей решетки (напорная сторона). Решетка шириной и высотой окрашена по полной схеме. Общая площадь стержней решетки , площадь просвета .
Для катодной защиты решетки с напорной стороны предлагается система из трех вертикальных анодов, расположенных вдоль вертикальных ригелей на расстоянии друг от друга и отстоянии анодов от плоскости решетки h = .
Величина удельной поляризуемости поверхности решетки bреш = 20 Ом??м2. Однако, учитывая дополнительную неравномерность распределения защитной плотности тока по поверхности решетки за счет отличия ее конфигурации от плоскости при расчете катодной защиты решетки, берем b = bреш/n, где n = 600:300 = 2. Тогда расчетное b = 20:2 = 10 Ом??м2. Параметр k = b?? = 10??0,005 = 0,05. Катодная защита рассчитывается по номограмме рис. 2, а. Для а = , h = коэффициент неравномерности равен 8. При минимальном сдвиге защитного потенциала ??Uмин = 0,1 В, ??Uмакс = 0,8 В.
Таким образом, в этом случае обеспечивается сохранность лакокрасочного покрытия, так как Uмакс = ??Uмакс + Uс = 0,8 + 0,4 = 1,2 В. Защитный ток с одного метра анода определяется по нижней номограмме. При а = и h = 0,4, ??Uмин/bJ = 0,055; отсюда J = ??Uмин/0,055??b = 0,1:0,055??10 = 0,18 А/м. Суммарный защитный ток Jзащ = 0,18??24??3 = 13,0 А.
С учетом допустимых гидравлических потерь на обтекание в качестве анодов выбираются стальные трубы диаметром с толщиной стенки .
Расчет сопротивления растеканию анодов ведется по формуле (1) обязательного приложения 4, где l - длина анода, равная ; r - радиус анода, равный ; h = ; ?? = 0,005 См/м. Тогда
Ом.
Сопротивление растеканию решетки Rкат = b/S = 100:600 = 0,017 Ом.
Сопротивление питающих кабелей сечением 35 мм2 и длиной Rв цепи = 0,05 Ом. Таким образом, общее сопротивление в цепи анод - катод Rсум = 3,7 + 0,017 + 0,05 = 3,77 Ом.
Напряжение в цепи питания одной решетки Uкc = Jзащ??Rсум = 13??3,77 ?? 49 В, мощность катодной защиты одной решетки Р = 49??13 = 640 Вт.
При заданных размерах анодов и необходимых токах защиты полное срабатывание анодов будет происходить за 27 лет (масса одного метра анода m = ??(0,12 - 0,092)??7800 = 3,14??0,002??7800 = ; отсюда t = т/ЭJ = 49:10??0,18 = 27 лет.
ПРИЛОЖЕНИЕ 15
Справочное
ПРИМЕР РАСЧЕТА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ
Задан трубопровод диаметром и длиной . Внутренняя поверхность трубопровода не окрашена; сохранилась заводская грунтовка и имеются следы ржавчины. По трубопроводу протекает вода средней минерализации (С = 350 мг/л). На стенках трубы возможно образование солевых катодных отложений. Стационарный потенциал стали в заданных условиях эксплуатации Uс = -0,3 В; удельная поляризуемость стенок трубы в основной период эксплуатации b = 10 Ом??м2.
Следует найти количество и расположение анодов, защитный ток для обеспечения защиты трубопровода при минимальном сдвиге потенциала не менее 0,05 В и при максимальном сдвиге потенциала вблизи анода не более 2,2 В. Таким образом, заданная степень неравномерности сдвига защитного потенциала ??Uмакс/??Uмин = 2,2/0,05 = 44.
Для расчета выберем случай минимального количества анодов, т.е. N = 1 и посмотрим, удовлетворяет ли защита с помощью одного анода поставленной задаче. При расчете необходимо учесть, что полосовой анод шириной 2с1 = и изолятор, на который он крепится к трубе, имеют конечную ширину. Выберем ширину изолятора равной 2с2 = . Тогда расчет максимального сдвига потенциала нужно вести в точке с координатой
Параметр Согласно номограмме рис. 2 обязательного приложения 6 при ?? = 2°, ??Uмакс??/J = 0,4, а при ?? = 180° ??Uмин??/J = 0,001.
Таким образом, степень неравномерности распределения сдвига защитного потенциала ??Uмакс/??Uмин = 0,4/0,001 = 400, что не удовлетворяет заданным условиям степени неравномерности распределения защитного потенциала.
Тогда для расчета выберем N = 3. При kтр = 0,15, ?? = 2° ??Uмакс??/J = 0,40; при ?? = 60° ??Uмин??/J = 0,012, т.е. ??Uмакс/??Uмин = 0,40/0,012 = 33. Расчет параметров защиты, таким образом, ведем для N = 3 (номограмма рис. 2, в).
Из условия ??Uмин??/J = 0,012 определяем ток, стекающий с одного метра каждого анода J = ??Uмин??/0,012 = 0,05??0,035/0,012 = 0,145 А/м.
Суммарный ток защиты Jзащ = 0,145??50??3 = 22 А.
Задаем срок службы анодов до полного срабатывания t = 20 лет. Тогда сечение анодов ?? = 12,8Jt = 12,8??0,145??20 = 37 см2, т.е. для полосового анода шириной его толщина должна быть равна . Сопротивление растеканию Rр определяем по формуле (4) обязательного приложения 4:
Ом.
Здесь отношение ширины анода к ширине экрана равно 120/160 = 3/4, тогда согласно приложению 4 коэффициент В = 0,95, а
Ом.
Сопротивление растеканию катода Ом. Сопротивление подводящих кабелей не более 0,05 Ом, Rсумм = 0,09 + 0,014 + 0,05 = 0,154 Ом. Напряжение на клеммах катодной станции Uкс = 22??0,154 = 3,4 В; мощность катодной защиты Р = 3,4??22 = 75 Вт.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие положения
2. Расчет катодной защиты
Исходные данные
Расчет катодной защиты плоских конструкций
Расчет катодной защиты внутренней поверхности трубопроводов
3. Устройство катодной защиты
Анодные системы
Установка анодов на механическом оборудовании
Электрическое оборудование катодной защиты
Контроль параметров защиты, эксплуатация
Приложение 1 Терминология и условные обозначения
Приложение 2 Выбор исходных данных для расчета катодной защиты
Приложение 3 Методика расчета катодной защиты плоских металлоконструкций
Приложение 4 Расчет сопротивления растеканию анодов
Приложение 5 Расчет электрических параметров источников питания катодной защиты
Приложение 6 Методика расчета катодной защиты внутренней поверхности трубопроводов
Приложение 7 Основные анодные материалы
Приложение 8 Схемы установки и способы крепления анодов
Приложение 9 Проектирование механического оборудования с учетом требований, предъявляемых к устройствам катодной защиты
Приложение 10 Источники тока установок катодной защиты
Приложение 11 Технология изготовления пористого хлорсеребряного электрода сравнения
Приложение 12 Технология изготовления насыщенного медносульфатного электрода сравнения
Приложение 13 Формуляр записи регулировок параметров катодной защиты и результатов измерений потенциала конструкции
Приложение 14 Примеры расчета катодной защиты плоских металлоконструкций
Приложение 15 Пример расчета катодной защиты внутренней поверхности трубоп
