Как измерить поляризационный потенциал выносным электродом

Как то посчастливилось присутствовать на совещании специалистов ЭХЗ одного из облгазов.
Аншлаг! Зал клуба райцентра забит полностью, даже в проходах стоят.
После вводной начали разговаривать по теме. Председательствующий спрашивает у публики: «Кто мне скажет — что такое поляризационный потенциал?» Молчание! После третьего повторения вопроса в центре зала нерешительно поднимается рука. Отважного специалиста ЭХЗ вызывают на сцену и ставят за трибуну. Следует ответ:
— Поляризационный потенциал — это суммарный потенциал, минус омическая составляющая.
Далее вопрос председательствующего:
— А что такое омическая составляющая?
Ответ:
— Омическая составляющая — это суммарный минус поляризационный потенциал.
— Ну а суммарный потенциал — это что такое?
И тут следует просто парадоксальный ответ:
— Суммарный потенциал это сумма поляризационного потенциала и омической составляющей!
Еще в детстве читал фантастический рассказ Станислава Лема, честно говоря, не помню названия, но суть в том, что где-то во вселенной была планета, на которую было паломничество туристов потому, что на планете жили странные существа, которых звали «Сипульками», всем было интересно, кто они такие, чем занимаются? Когда у них спрашивали кто такие Сипульки, они отвечали, что это те, которые ходят в Сипулькарии. Их спрашивали что такое Сипулькарий — они отвечали, что Сипулькарий — это место, где собираются Сипульки. На вопрос о том, чем занимаются в Сипулькарии, Сипульки честно отвечали — сипулькеренцией. Если у них спрашивали что такое сипулькиренция следовал совершенно искренний ответ, что это то, чем Сипульки занимаются в сипулькарии!
По моему полная аналогия!
Так вот. Для того, чтобы разобраться что такое поляризационный потенциал, какими приборами его измерять, о достоинствах и недостатках измерителей поляризационного потенциала, об электродах сравнения, без которых измерение потенциалов невозможно, предлагаю открыть эту тему.
Понимаю, что тема достаточно обширна, но по мере обсуждения ее не сложно будет разбить на разделы.
Со своей стороны обещаю подготовить материал по теме и разместить на форуме.
Присоединяйтесь.
Alex.

Источник

Приложение X. Измерение поляризационного потенциала (потенциала без омической составляющей) сооружения, находящегося под электрохимической защитой

X.1 Метод измерения поляризационных потенциалов на подземных стальных трубопроводах с отключением тока поляризации датчика потенциала (вспомогательного электрода)

X.1.1 Поляризационные потенциалы Е на подземных стальных трубопроводах измеряют с помощью датчика потенциала (вспомогательного электрода), имитирующего дефект в защитном покрытии, на специально оборудованных стационарных контрольно-измерительных пунктах двумя способами:

— способ 1 — при помощи стационарного медно-сульфатного электрода сравнения длительного действия и датчика поляризационного потенциала (вспомогательного электрода) (см, рисунок Х.1);

— способ 2 — при помощи переносного медно-сульфатного электрода сравнения и датчика поляризационного потенциала (вспомогательного электрода).

Х.1.2 Объектами для измерений поляризационного потенциала являются коррозионно опасные участки сооружений, расположенные в зоне действия средств электрохимической защиты. Анодные участки трубопроводов выявляются электрометрическими методами обследования и по данным внутритрубной дефектоскопии с контрольной шурфовкой. Не рекомендуется выполнять измерение поляризационных потенциалов на участках трубопроводов с экструдированным полиэтиленовым покрытием, имеющим минимальное количество сквозных повреждений в изоляции.

Х.1.3 Средства контроля и вспомогательные устройства:

— прибор для измерений потенциала любого типа с входным сопротивлением не менее 1МОм с прерывателем тока поляризации датчика;

— электрод сравнения медно-сульфатный длительного действия стационарный с датчиком потенциала;

— электрод сравнения переносной медно-сульфатный;

— труба асбоцементная (допускается использовать пластиковую трубу) диаметром от 100 до 120мм для установки переносного медно-сульфатного электрода сравнения;

— датчик потенциала в виде стальной пластины размером 25×25мм, изолированной с одной стороны мастикой, при этом датчик крепят на корпусе стационарного медно-сульфатного электрода сравнения (см. рисунок Х.1) или на асбоцементной (пластиковой) трубе.

Оборудование стационарных контрольно-измерительных пунктов:

— для проведения измерений по способу 1 стационарный медно-сульфатный электрод сравнения длительного действия с датчиком потенциала устанавливают так, чтобы дно корпуса медно-сульфатного электрода сравнения и датчик находились на уровне нижней образующей сооружения (трубопровода) и на расстоянии 100мм от его боковой поверхности; для трубопроводов плоскость датчика располагают перпендикулярно к оси трубопровода, если трубопровод проложен выше уровня промерзания грунта, то медно-сульфатный электрод сравнения устанавливают так, чтобы дно его корпуса находилось на расстоянии от 100 до 150мм ниже максимальной глубины промерзания грунта; проводники от трубы, медно-сульфатного электрода сравнения и датчика подсоединяют к клеммам (выводам проводников) согласно рисунку Х.1, при использовании прибора со встроенным прерывателем тока поляризации датчика проводники присоединяют в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора;

— для проведения измерений по способу 2 асбоцементную трубу с закрепленным на ней датчиком устанавливают так, чтобы нижний конец трубы и датчик находились на уровне нижней образующей трубопровода на расстоянии 100мм от его боковой поверхности; плоскость датчика располагают перпендикулярно к оси трубопровода; проводники от трубы и датчика подсоединяют к клеммам (выводам проводников).

Рисунок Х.1. Схема измерения поляризационного потенциала по способу 1

1 — трубопровод; 2 — контрольные проводники; 3 — прибор со встроенным прерывателем тока поляризации датчика с клеммами: С — для подключения сооружения (трубопровода), ИЭ — электрода сравнения, ВЭ — датчика потенциала; 4 — стационарный медно-сульфатный электрод сравнения; 5 — датчик потенциала

Примечание. На участках, имеющих коррозионные повреждения, при проведении измерений по способам 1 и 2 допускается установка электрода сравнения на уровне характерного расположения коррозионных повреждений, выявленного в процессе эксплуатации трубопровода

Х.1.4 Подготовка к измерениям

Подключают проводники от сооружения, медно-сульфатного электрода сравнения и датчика потенциала к измерительному прибору в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.

Если датчик был постоянно замкнут на трубу перемычкой, то после подключений ее снимают.

Устанавливают переносной медно-сульфатный электрод сравнения на штанге в асбоцементной трубе и подключают проводник от медно-сульфатного электрода сравнения к соответствующей клемме в контрольно-измерительном пункте или на приборе.

Х.1.5 Проведение измерений

Если перемычка в контрольно-измерительном пункте была установлена, то после ее удаления и подсоединения проводников к прибору через 1-2 мин измеряют поляризационный потенциал с интервалом 30 с в соответствии с инструкцией по эксплуатации используемого прибора. Число измерений составляет не менее трех, а при наличии блуждающих токов не менее десяти. При применении прибора, регистрирующего поляризационный потенциал, продолжительность записи определяется конкретными условиями и задачами проведения измерений.

Если перемычки в контрольно-измерительном пункте не было, то указанные измерения поляризационного потенциала начинают не ранее чем через 10 мин.

Регистрируют значения поляризационного потенциала Еi в вольтах при нескольких длительностях разрыва цепи поляризации датчика Δt (в зависимости от типа прибора).

Х.1.6 Обработка результатов измерений

Х.1.6.1 Результаты измерения заносят в форму, приведенную в таблице Х.1, и вычисляют среднеарифметическое значение поляризационного потенциала Еср, В, для каждой задержки по формуле

Еср = 1/n (∑iЕi) (i=1. n) , (Х.1)

Еi — измеренное значение поляризационного потенциала, В;

n — число измерений.

Таблица Х.1. Результат измерения поляризационного потенциала

Номер измерения	Еi, В, при Δt, мкс
Номер измерения	Δt1	Δt2	Δt3	Δt4
1
2
3
n
Еср

За результат измерения поляризационного потенциала принимают наиболее отрицательное из вычисленных среднеарифметических значений Еср.

Х.1.7 Результаты измерений заносят в протокол по форме, приведенной в Х.1.8.

Х.1.8 Форма протокола измерений поляризационных потенциалов подземных сооружений при контроле эффективности электрохимической защиты

Протокол измерений поляризационных потенциалов подземных сооружений при контроле эффективности электрохимической защиты

Вид подземного сооружения и пункта измерения___________________________

Дата «__» ____________ г.

Время измерений: начало _________________, окончание___________________

Тип и заводской номер прибора ______________, дата поверки_______________

Номер пункта измерения по плану (схеме) трубопровода	Адрес пункта измерения	Среднее значение защитного поляризационного потенциала,В	Минимальное (по абсолютной величине)значение защитного потенциала, В

Измерения провел _____________________

Обработку результатов провел _______________

Проверку провел _______________________

Х.2 Метод отключения тока защиты подземного сооружения

Х.2.1 Метод отключения тока защиты основан на различии во времени спада поляризационного потенциала и омического падения напряжения. При отключении тока омическое падение напряжения исчезает очень быстро (от 10-5 до 10-3 с), тогда как спад поляризационного потенциала происходит достаточно медленно (от десятых долей секунд до нескольких секунд).

Х.2.2 Измерение потенциала следует проводить вслед за отключением тока через небольшой промежуток времени (от 150 до 400 мс), необходимый для исключения влияния переходных процессов. Измеренное таким способом значение называют «потенциалом отключения» Uотк, близким к величине поляризационного потенциала. Оформление результатов измерений по форме, приведенной в Х.1.8.

Х.2.3 При использовании метода отключения тока необходимо, чтобы все средства катодной защиты, оказывающие влияние на защиту участка подземного сооружения, на котором проводят измерение, отключались синхронно. Это условие выполняют, используя специальные синхронные прерыватели тока средств электрохимической защиты.

Х.2.4 Метод отключения тока не может применяться при измерениях на участках подземных сооружений, подверженных опасному влиянию интенсивных блуждающих токов (с размахом потенциала 100мВ и более).

Х.3 Метод измерения потенциала вспомогательного электрода через электролитический ключ, максимально приближенный к поверхности вспомогательного электрода.

Х.3.1 Метод основан на измерении потенциала вспомогательного образца способом Габера-Луггина, модифицированного Пионтелли, при котором мембрана электролитического ключа максимально приближена к вспомогательному электроду. При таком способе измерений омическая составляющая в измеренной величине практически отсутствует или имеет минимальное значение, которым можно пренебречь.

Х.3.2 Для проведения измерений электрод помещают в предварительно подготовленный шпур в непосредственной близости от подземного сооружения (предпочтительно, вблизи от сквозного повреждения в защитном покрытии) и обеспечивают подключение вспомогательного электрода к сооружению через контрольно-измерительный пункт (КИП).

Х.3.3 Для проведения измерений не требуется отключений (прерываний поляризации) вспомогательного электрода от подземного сооружения. При отсутствии блуждающих токов для одиночных измерений используют высокоомные вольтметры с входным сопротивлением не менее 10МОм. При наличии блуждающих токов для долговременных измерений используют автономные регистраторы. Оформление результатов измерений по форме, приведенной в Х.1.8.

Х.3.4 Для определения плотности тока катодной поляризации измеряют силу тока между сооружением и вспомогательным электродом с помощью шунта. Рекомендуемое сопротивление шунта от 1 до 10 Ом.

Источник

Методика измерения поляризационных потенциалов подземных стальных трубопроводов

1.1. Поляризационный потенциал стальных трубопроводов измеряют на специально оборудованных контрольно-измерительных пунктах (КИП) двумя методами:

Метод 1 — при помощи стационарного медносульфатного электрода сравнения с датчиком электрохимического потенциала.

Метод 2 — при помощи переносного медносульфатного электрода сравнения и датчика электрохимического потенциала.

1.2. Требования к образцам

Образцами для измерения являются участки подземных трубопроводов, расположенные в зоне действия средств электрохимзащиты.

1.3. Аппаратура и материалы

Вольтметр с внутренним сопротивлением не менее 20 кОм на 1 В шкалы и пределы измерения 1-0-1, 3-0- 3.

Прерыватель с запоминающей емкостью (типа ПТ-1).

Прерыватель тока обеспечивает попеременную коммутацию цепей «датчик-трубопровод» и «датчик-электрод сравнения». Продолжительность коммутации цепи «датчик-электрод сравнения» должна быть в пределах 0,2-0,5 мс, продолжительность коммутации цепи «датчик-трубопровод» — в пределах 5-10 мс.

Вольтметр с прерывателем тока (типа 43313).

Стационарный медносульфатный электрод сравнения длительного действия с датчиком потенциала.

Переносной медносульфатный электрод сравнения.

Рисунок 2.7 — Схема контрольно-измерительного пункта со стационарным электродом сравнения: 1 — трубопровод; 2 — контрольные проводники; 3 — медносульфатный электрод; 4 — датчик потенциала

Рисунок 2.8 — Схема контрольно-измерительного пункта с применением переносного электрода сравнения: 1 — трубопровод; 2 — контрольные проводники; 3 — заглушка; 4 — труба для установки переносного электрода сравнения; 5 — датчик потенциала

Асбестоцементная труба для установки электрода сравнения диаметром 100-120 мм.

Датчик потенциала представляет собой стальную пластину размером 25х25 мм, изолированную с одной стороны и укрепленную этой стороной на электроде сравнения или на специальной трубе.

1.4. Подготовка измерений

1.4.1. Для проведения измерений по методу 1 стационарный электрод с датчиком потенциала устанавливают на КИП так, чтобы дно корпуса и датчик находились на уровне нижней образующей трубопровода и на расстоянии 50-100 мм от его боковой поверхности, при этом плоскость датчика должна быть перпендикулярна оси трубопровода. Если трубопровод проложен выше уровня промерзания грунтов, то электрод длительного действия устанавливают таким образом, чтобы дно корпуса электрода находилось на 100-150 мм ниже максимальной глубины промерзания грунтов. Перед проведением измерений собирают схему.

Рисунок 2.9 — Схема измерения поляризационного потенциала с использованием стационарного электрода сравнения: 1 — трубопровод; 2 — контрольные проводники; 3 — вольтметр; 4 — прерыватель тока; 5 — медносульфатный электрод сравнения; 6 — датчик потенциала

Рисунок 2.10 — Схема измерения поляризационного потенциала с использованием стационарного электрода сравнения: 1 — трубопровод; 2 — контрольные проводники; 3 — вольтметр; 4 — прерыватель тока; 5 — труба для установки электрода сравнения; 6 — стальная штанга; 7 — медносульфатный электрод сравнения

1.4.2. Для проведения измерений по методу 2 трубу и датчик устанавливают так, чтобы нижний торец трубы и датчик находились на уровне нижней образующей трубопровода и на расстоянии 50-100 мм от его боковой поверхности, при этом плоскость датчика должна быть перпендикулярна оси трубопровода. В трубу опускают укрепленный на специальной штанге электрод сравнения до соприкосновения с грунтом.

1.5. Проведение измерений

1.5.1. Измерение поляризационных потенциалов проводят при помощи прерывателя тока и вольтметра или измерительного прибора, содержащего прерыватель тока.

1.5.2. Измерение поляризационного потенциала при помощи прерывателя тока проводят следующим образом: к соответствующим клеммам прерывателя тока присоединяют контрольные проводники от трубопровода, датчика, электрода сравнения и вольтметр; включают прерыватель тока; через 10 мин после включения прерывателя тока измеряют потенциал через каждые 5 с.

1.5.3. Измерение поляризационного потенциала при помощи вольтметра с прерывателем тока проводят следующим образом: к соответствующим клеммам прибора присоединяют контрольные проводники от трубопровода, датчика и электрода сравнения; включают прибор; через 10 мин после включения прибора измеряют потенциалы через каждые 5 с.

1.5.4. Продолжительность измерений поляризационных потенциалов устанавливается НТД.

Среднее значение поляризационного потенциала , В, вычисляют по формуле

, (2.8)

где — сумма мгновенных значений потенциалов за весь период измерений, В;

— общее число измерений.

Источник

Измерение поляризационного потенциала

Поляризационные потенциалы U_п на подземных стальных трубопроводах измеряют с помощью датчиков потенциала на специально оборудованных стационарных контрольно-измерительных пунктах при помощи стационарного медно-сульфатного электрода сравнения длительного действия и датчика поляризационного потенциала (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 – Схема измерения поляризационного потенциала:

1 — трубопровод; 2 — проводник от трубопровода; 3 — проводник от МЭС; 4 — проводник от датчика потенциала; 5 — измерительный прибор; 6 — электрод в мешке с засыпкой; 7 — датчик потенциала; 8 – разъем; 9 — перемычка

Измерения потенциала производятся приборами любого типа со встроенным прерывателем тока поляризации (ПКО, ПКИ, ИПП-1).

Электрод сравнения медно-сульфатный длительного действия стационарный с датчиком потенциала.

Датчик потенциала в виде стальной пластины размером 25×25мм, изолированной с одной стороны мастикой. Датчик крепят на корпусе стационарного медно-сульфатного электрода сравнения.

Стационарный медно-сульфатный электрод сравнения длительного действия с датчиком потенциала устанавливают так, чтобы дно корпуса медно-сульфатного электрода сравнения и датчик потенциала находились на уровне нижней образующей трубопровода и на расстоянии 100 мм от его боковой поверхности. Плоскость датчика располагают перпендикулярно к оси трубопровода. Проводники от трубы, медно-сульфатного электрода сравнения и датчика подсоединяют к клеммам КИП.

При использовании прибора со встроенным прерывателем тока поляризации датчика проводники присоединяют в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.

Измерительный прибор подсоединяют к клеммам КИП в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.

Датчик потенциала, постоянно замкнут на трубу перемычкой, перед измерениями эту перемычку размыкают.

Если перемычка в контрольно-измерительном пункте была установлена, то после ее удаления и подсоединения проводников к прибору через 1–2 мин измеряют, поляризационный потенциал с интервалом от 20 до 30 сек соответствии с инструкцией по эксплуатации используемого прибора. Число измерений составляет не менее трех при отсутствии блуждающих токов и не менее 10 — при их наличии.

Если перемычки в контрольно-измерительном пункте не было, то указанные измерения поляризационного потенциала начинают не менее чем через 10 мин. после установки перемычки и поляризации датчика потенциала.

По результатам измерений вычисляют среднеарифметическое значение поляризационного потенциала U_п, по формуле:

(5.4)

где U_i — измеренное значение поляризационного потенциала, В;

n — число измерений.

Результаты измерений заносят в протокол (Приложение Г).

Для измерений поляризационного потенциала в местах отсутствия стационарных электродов сравнения (или при их неисправности) используют переносной электрод сравнения с датчиком потенциала (рис.5.7).

Рисунок 5.7 – Переносной электрод сравнения с датчиком потенциала

При этом необходимо учитывать, что датчик потенциала перед измерением требуется подключить к защищаемой коммуникации и «наполяризовать» в течение 10 минут.

5.2 Измерение потенциала с омической составляющей

Для определения эффективности ЭХЗ по суммарному потенциалу (включающему поляризационную и омическую составляющие) используют те же самые приборы. Переносные электроды сравнения устанавливают на поверхности земли на минимально возможном расстоянии (в плане) от трубопровода, в том числе на дне колодца.

1 — трубопровод; 2 — измерительный прибор; 3 — электрод сравнения; 4 — измерительные провода; 5 — КИП

Рисунок 5.8 – Схема измерений разности потенциалов «труба-земля»:

а) при помощи стационарного МЭС; б) при помощи переносного МЭС

Для измерения потенциала «труба-земля» с омической составляющей необходимо собрать электрическую схему в соответствии с рисунком 5.8.

Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения следует устанавливать на поверхности земли над трубопроводом. При подключении измерительного прибора к электроду сравнения и трубопроводу необходимо учитывать, что потенциал трубопровода имеет более отрицательное значение, чем потенциал электрода сравнения.

При включенных установкахкатодной защиты измеряется защитный потенциал «труба-земля», при выключенных установкахкатодной защиты измеряется естественная разность потенциалов «труба-земля». Среднее значение суммарного потенциала U_cp (В) вычисляют по

(5.5)
где SU_i -сумма значений суммарного потенциала, n — общее число отсчетов.

Результаты измерений заносятся в протокол (Приложение Г).

Измерение суммарного потенциала проводят при интенсивных измерениях для определения уровня защищенности трубопровода методом выносного электрода.

В обязательном порядке методом выносного электрода с шагом не менее 5 м должно быть проведено обследование следующих участков:

— с минимальным уровнем защитного потенциала на обследуемом участке МТ;

— при длине защитной зоны УКЗ менее 3 км в однониточном исполнении.

Метод выносного электрода применяют на участках трубопровода, на которых отсутствуют блуждающие токи источников постоянного тока.

Измерения проводятся по двухэлектродному методу на участках трубопроводов, расположенных в зоне работы средств ЭХЗ.

Один человек определяет ось трубопровода, второй измеряет разность потенциалов «труба-земля», третий измеряет боковой градиент напряжений, перенося боковой электрод сравнения и устанавливая его параллельно оси трубопровода на расстоянии от 5 до 10 м, результаты измерений вносятся в измерительную систему.

Начало измерений при двухэлектродном методе производится на КИП (возможно использование для этих целей задвижек, выходов трубы с открытой поверхностью металла).

Вывод с КИП через катушку подключается к измерительной системе. Один электрод сравнения относится на 5-10 м перпендикулярно трубопроводу и соединяется с измерительной системой (к минусовой клемме вольтметра). Второй электрод сравнения устанавливается около КИП (на оси трубопровода) и соединяется с измерительной системой (к плюсовой клемме вольтметра). Передвигаясь вдоль трубы и переставляя электроды сравнения с шагом 10 м, регистрируют разность потенциалов (рис.5.9).

Рисунок 5.9 – Схема для проведения интенсивных измерений по двухэлектродному методу:

1 – КИП; 2 – вольтметр; 3 – МЭС

При каждом замере специалист должен контролировать правильность сохраняемых значений, а также проводить первичный анализ полученных данных – изменение потенциалов, выявляя дефектные места изоляции, характеризующиеся резким увеличением «воронки» потенциалов и соответственно падением потенциала «труба-земля» (рис.5.10).

Рисунок 5.10 – Типичная картина дефекта изоляции при измерении градиента потенциала

Источник