Глубинный скважинный анодный заземлитель

Глубинный скважинный анодный заземлитель

Реферат

 

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии и решает задачу увеличения срока службы за счет обеспечения равномерности стекания электрического тока с электродов заземлителя в грунт. Предлагаемый заземлитель содержит токоввод, расположенный в изоляции внутри соосной ему оболочки и отделенной от нее диэлектриком, электроды, приваренные к оболочке снаружи и между собой в количестве 6 штук и образующие защитный кожух и дополнительный кожух из неэлектропроводного материала, расположенный в верхней части заземлителя, выступающий над поверхностью грунта и снабженный перфорированной крышкой. Оболочка и электроды выполнены из стальных труб одного диаметра, а электроды по длине превышают длину оболочки минимум на три диаметра трубы. Заземлитель снабжен стальной пластиной толщиной не менее толщины стенки трубы, длиной, равной длине электрода, и шириной не менее половины диаметра трубы, установленной между двумя электродами и приваренной к оболочке и к электродам, Межэлектродные сварные швы и швы между пластиной и электродами покрыты снаружи неэлектропроводной антикоррозионной защитной мастикой. Использование надежного с большим сроком эксплуатации заземлителя по предлагаемому изобретению позволит повысить степень катодной защиты подъемных сооружений, в частности скважинного оборудования, от коррозии. 4 ил.

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии.

Известен глубинный анодный заземлитель (SU а/с 852969; C 23 F 13/00), содержащий две концентрично расположенные трубы, пространство между которыми заполнено коксовой мелочью, причем к внутренней трубе по всей длине ее рабочей части снаружи закреплены стальные диски, охватывающие трубу.

Недостатком известного заземлителя является его низкая надежность, обусловленная особенностью сборки заземлителя на месте установки в скважину, большой объем сварочно-монтажных работ. Диски, прикрепленные к внутренней трубе, являются преградой для полноценной без полостей под дисками монолитной засыпки межтрубного пространства коксовой мелочью в случае изготовления заземлителя из заготовленных заранее монтажных секций с уже закрепленными дисками. Для реализации заявленных характеристик заземлителя необходимо, чтобы коксовая мелочь вплотную без полостей под дисками со всех сторон охватывала внутреннюю трубу и диски, поэтому в описании предложен способ сборки: приварку дисков к внутренней трубе и засыпку коксовой мелочью производить по мере спуска заземлителя в скважину. Это возможно лишь только при выполнении этих операций поочередно: сначала засыпка мелочи на высоту, равную расстоянию между дисками, затем приварка диска, далее засыпка и опять приварка диска и т.п. Такой способ сварки, это очевидно, осуществим только при длине наружной трубы, не превышающей длину сварочного электрода - 0,3 м. Если взять длину труб сортамента, поставляемого промышленностью - 12 м, то необходимо 40 отрезков трубы (и 40 сварных швов), чтобы изготовить наружную трубу, соответствующую по длине сортаменту.

Сварные швы являются местом интенсивной коррозии по сравнению с другими местами приложения воздействия электрохимического коррозионного процесса. Очевидно, что надежность наружной трубы из 40 отрезков во много раз меньше, чем цельной трубы. Кроме того, при таком способе сварки, это очевидно, возможен только лишь односторонний сварной шов крепления дисков к трубе. Односторонний шов в 4 раза менее надежен, чем двухсторонний, поскольку подвергается воздействию коррозии с двух сторон, а двухсторонний представляет собой два односторонних шва, подвергающихся каждый в отдельности воздействию коррозии только с одной стороны.

Известен глубинный скважинный анодный заземлитель (SU а/с 1664874 A1; C 23 F 13/00), содержащий токоввод в изоляции, электроды и оболочку, к которой приварены электроды, образующие кожух, изолирующий оболочку от грунта и создающий между внутренней поверхностью кожуха и оболочкой сквозные продольные полости, причем на внешней поверхности кожуха выполнены продольные выступы, а свободное пространство между токовводом и оболочкой заполнено диэлектриком, при этом в верхней части заземлитель снабжен дополнительным защитным кожухом из неэлектропроводного материала, выступающим над поверхностью земли и снабженным перфорированной крышкой, кроме того, электроды и оболочка выполняются из стальных труб.

Недостатком известного заземлителя является низкая его надежность по причине неравномерного стекания электрического тока с заземлителя в грунт, обусловленного нерациональностью конструкции.

При выполнении электродов из стальных профилей специального рельефа - острия или участка с минимальным радиусом кривизны - зоны максимальной плотности стекания тока сосредотачиваются у этих мест и в местах сварных швов, крепящих электроды к оболочке. Участки максимальной кривизны и сварные швы разрушаются в первую очередь, что приводит к нарушению электрической связи между оболочкой и электродами и к прямому доступу электролита грунта к оболочке, что означает практически преждевременное разрушение заземлителя.

При выполнении электродов из стальных труб аналогичная вышеописанной картина наблюдается и в этом случае.

При рассмотрении порядка приварки поочередно электродов к оболочке и между собой нетрудно заметить, что последний в очереди на приварку электрод лишен возможности быть приваренным к оболочке, он приваривается только к соседним электродам: к первому и предпоследнему в очереди. Последний электрод имеет электрическую связь с токовводом через соседние (первый и предпоследний) электроды, в то время как остальные связаны с токовводом непосредственно через оболочку и соседние электроды. Очевидно, что плотность стекающего тока с последнего электрода в грунт будет меньше и он останется более целым, чем остальные электроды. То есть все электроды, кроме последнего, будут нагружены больше, они возьмут на себя часть работы последнего, в результате чего неравномерность плотности стекания тока по электродам вызовет их неравномерный износ, преждевременный для большинства электродов, что не соответствует цели изобретения - увеличению срока службы. Кроме того, межэлектродные сварные швы разрушаются прежде электродов и открывают доступ к электролиту грунта к сварным швам между оболочкой и электролитами, которые вскоре тоже будут разрушены, что приведет к нарушению электрической связи между оболочкой и электродами и, в конечном счете, к выходу из строя заземлителя в целом раньше назначенного срока службы в противоречии с целью изобретения.

Данный заземлитель наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Технической задачей изобретения является создание глубинного скважинного анодного заземлителя, конструкция которого обеспечивает равномерное стекание тока с заземлителя в грунт, большой срок службы, надежность работы, простоту и технологичность изготовления устройства.

Техническая задача решается за счет того, что в глубинном скважинном анодном заземлителе, включающем токоввод в изоляции, расположенный внутри соосной ему оболочки и разделенный с нею слоем диэлектрика; протяженные электроды, приваренные снаружи к оболочке и между собой в количестве 6 штук, образующие кожух, причем оболочка и электроды выполнены из стальных труб одного диаметра, а длина электродов превышает длину оболочки на 3 диаметра трубы и более, дополнительный защитный кожух из неэлектропроводного материала в верхней части заземлителя выступающий над поверхностью грунта и снабженный перфорированной крышкой, согласно изобретению заземлитель содержит стальную пластину толщиной не менее толщины стенки трубы, длиной, равной длине электрода, шириной не менее половины диаметра трубы, установленную между двумя электродами и приваренную к оболочке и электродам, кроме того, все межэлектродные сварные швы и швы между пластиной и электродами покрыты снаружи неэлектропроводной антикоррозионной защитной мастикой.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - продольный разрез заземлителя; фиг.2 - поперечный разрез А-А заземлителя; фиг.3 - выноска Б с фиг.2; фиг.4 - выноска В с фиг.2.

Глубинный скважинный анодный заземлитель содержит токоввод 1, расположенный в изоляции 2, отделенный слоем диэлектрика 3 от оболочки 4. Снаружи к оболочке 4 приварены протяженные электроды 5, образующие вокруг оболочки 4 защитный кожух со сквозными полостями 6 для выхода газа при электрохимическом процессе. Оболочка 4 и кожух 5 выполнены из стальных труб одного диаметра, причем длина электродов 5 на три диаметра трубы и более превышает длину оболочки 4. В верхней части заземлитель снабжен дополнительным кожухом 7 из неэлектропроводного материала, например полиэтилена, с перфорированной верхней крышкой 8. Кожух 7 выступает над поверхностью грунта. Электрический контакт 9 токоввода 1 с оболочкой 4 осуществляется электросваркой в верхней и нижней частях заземлителя и защищается заглушкой 10. Электроды 5 привариваются к оболочке 4 сварными швами 11 последовательно, начиная с I по V, но VI электрод 5 нет возможности приварить к оболочке 4, поэтому между VI и I электродами 5 установлена стальная пластина 12, которая предварительно приваривается сварным швом 11 к оболочке 4, а затем к VI и I электродам 5. Пластина 12 изготовлена из стального листа толщиной не менее толщины стенки труб электродов 5, шириной не менее половины диаметра труб и длиной не более длины электрода 5. Электроды 5 привариваются электросварными швами 13 между собой, а пластина 11 электросварными швами 14 к VI и I электродам 5. Электросварные швы 13 и 14 покрыты неэлектропроводной антикоррозионной защитной мастикой 15, например битумно-резиновой мастикой.

Заземлитель работает следующим образом.

Электрический ток с токоввода 1 через электрические контакты 9 поступает на оболочку 4. Изоляция 2 и диэлектрик 3 служат для предотвращения любой несанкционированной электросвязи токоввода 1 с оболочкой 4 в других местах помимо электроконтактов 9. Такое соединение токоввода 1 и оболочки 4 обеспечивает равномерное растекание электротока по оболочке 4, с которой электрический ток поступает через электросварные швы 11 на электроды 5, с I по V. VI электрод 5 не имеет прямой связи с оболочкой 4, поэтому эту роль выполняет пластина 12, приваренная электросварным швом 11 к оболочке 4 и затем электросварными швами 14 к I и VI электродам 5, между которыми она установлена. Между собой электроды 5 привариваются электросварными швами 13, тем самым создается кожух, защищающий оболочку 4 от прямого контакта с грунтом. Электрический ток с оболочки 4 благодаря такому соединению с нею электродов 5 растекается равномерно по всем электродам 5 и плотность стекания электрического тока с электродов 5 в грунт равномерно распределяется по их поверхности 16, что является предпосылкой к равномерному, прогнозируемому во времени износу электродов 5.

Электросварные швы 13, 14 являются местами интенсивной электрохимической коррозии, и чем больше в электросварном шве пор, подрезов, трещин и т.п., то есть факторов, не подлежащих точной их регламентации, тем более интенсивен износ шва, тем менее прогнозируемо время, в течение которого электрический шов разрушится, в результате чего появится прямой доступ электролита грунта к оболочке 4 и электросварным швам 11, что резко нарушит равномерность стекания электрического тока с заземлителя в грунт с поверхности 16, поскольку будет нарушена равномерность распределения электрического тока между электродами 5. Для избежания этого случая электросварные швы 13, 14 покрываются защитной мастикой. Таким образом, конструкция заземлителя обеспечивает равномерное распределение поступления электрического тока по поверхности 16 электродов 5, а значит и равномерное стекание его в грунт, что гарантирует равномерный износ электродов и является основой надежной и длительной работы заземлителя. Использование для оболочки 4 и электродов 5 стальных труб одного диаметра упрощает конструкцию заземлителя, повышает технологичность его изготовления. Наличие выступов поверхности 16 электродов 5 по окружности заземлителя, их рельефность, способствует в обязательном порядке неплотному прилеганию грунта к заземлителю и образованию полостей для удаления газов, образующихся при электрохимическом процессе. Выступание концов электродов 5 за оболочку 4 защищает нижний конец оболочки от ускоренного растворения и нарушения контакта токоввода 1 с оболочкой 4 от эффекта концевого стекания тока экраном, который образуют выступающие концы электродов 5.

В верхней части установлен дополнительный кожух 7 из неэлектропроводного материала с перфорированной крышкой 8, исключающий стекание тока в грунт, что защищает верхнее контактное соединение 9 от разрушения, а также снижает величину электрического потенциала на поверхности грунта и увеличивает эффект глубинного растекания тока, а также обеспечивает выход образующихся газов в атмосферу.

В первый период эксплуатации электрический контакт с грунтовым электролитом осуществляется только на поверхности электродов 5, образующих защитный кожух и после их равномерного электрохимического растворения, вступает в дело оболочка 4, и лишь только после ее растворения благодаря замене токопроводимой засыпки (активатора) между токовводом 1 и оболочкой 4 на диэлектрик функцию электрода принимает на себя токоввод 1. Такая последовательность работы элементов заземлителя обеспечивает длительный срок работы и устраняет один из недостатков известного заземлителя, заключающийся в двойном электрохимическом растворении элементов заземлителя и значительном непроизводительном перерасходе материалов.

Формула изобретения

Глубинный скважинный анодный заземлитель, содержащий токоввод, расположенный в изоляции внутри соосной ему оболочки и отделенный от нее слоем диэлектрика, шесть электродов, приваренных снаружи к оболочке и между собой, образующих кожух, оболочка и электроды выполнены из стальных труб одного диаметра, а электроды по длине превышают длину оболочки минимум на 3 диаметра трубы, дополнительный кожух из неэлектропроводного материала, в верхней части выступающий над поверхностью грунта и снабженный перфорированной крышкой, отличающийся тем, что он снабжен стальной пластиной толщиной не менее толщины стенки трубы, длиной, равной длине электрода, шириной не менее половины диаметра трубы, установленной между двумя электродами и приваренной к оболочке и электродам, при этом все межэлектродные сварные швы и швы между пластиной и электродами покрыты снаружи неэлектропроводной антикоррозионной защитной мастикой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4