№79-18
Формування захисного потенціалу підземних сталевих трубопроводів в умовах розвитку сучасних перетворювальних технологій
О.О. Азюковський1, С.К. Шихов1
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2024, 79:210–221
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/79.210
АНОТАЦІЯ
Мета. Дослідити процеси формування захисного потенціалу підземних сталевих трубопроводів в умовах розвитку сучасних перетворювальних технологій. Оцінити вплив параметрів вихідних сигналів випрямлячів катодного захисту на електрохімічний захист сталевих підземних трубопроводів.
Методика досліджень. Виконано комп’ютерне моделювання електрохімічних процесів у підземних сталевих трубопроводах, що знаходяться під катодним захистом. Здійснено аналіз спектрального складу вихідних сигналів випрямлячів різних типів. Розглянуто вплив форми сигналу на електротехнічну систему трубопровід – ґрунт – електрохімічний захист.
Результати досліджень. Продемонстровано, що пульсації вихідного сигналу випрямлячів впливають на значення загального опору трубопроводу, що може спричиняти локальне зниження ефективності катодного захисту. Запропонована можливість цілеспрямованого керування спектром потужності вихідного сигналу випрямляча для підвищення ефективності електрохімічного захисту, особливо у випадках неоднорідної структури трубопроводу або змінних умов навколишнього середовища.
Наукова новизна. Доведено взаємозв’язок між частотними характеристиками вихідного сигналу випрямляча станції катодного захисту та процесів формування захисного потенціалу трубопроводу. Запропонована можливість покращення характеристик електрохімічного захисту та мінімізації негативних впливів змінного струму шляхом оптимізації спектра вихідного сигналу.
Практичне значення. Отримані результати можуть бути використані для розробки нових алгоритмів керування станціями катодного захисту підземних сталевих трубопроводів, що дозволить знизити енергетичні витрати та підвищити надійність. Запропоновані методи можуть бути інтегровані у сучасні катодні станції та враховані під час проектування нових систем захисту трубопроводів.
Ключові слова: катодний захист, підземні сталеві трубопроводи, повний опір, випрямлячі, електрохімічний захист, спектр.
Перелік посилань
1. Plan Rozvytku Hazotransportnoi Systemy Tov "Operator HTS Ukrainy" na 2021–2030 roky, (2020). Kyiv. https://tsoua.com/wp-content/uploads/2020/10/TYNDP-2021-2030-TSO-4.1.pdf
2. Protyazhnist ta struktura vlasnosti hazorozpodilnykh system. (2021). https://map.ua-energy.org/uk/resources/8ff9aac6-34e1-4932-ae4f-97f3896aed29/?_ga=2.244269381.1360191742.1718703785-274564711.1718703058
3. DBN B.2.2-12:2019 Planuvannya i zabudova terytoriy(2019). Kyiv, Ministry for Regional Development, Construction, and Housing and Communal Services of Ukraine.
4. DSTU B V.2.5-29:2006 Inzhenerne obladnannya budynkiv i sporud. Zovnishni merezhi ta sporudy. Systemy hazopostachannya. Hazoprovody pidzemni stalevi. Zahalni vymohy do zakhystu vid koroziyi(2007). Kyiv, Ministry of Construction of Ukraine.
5. Ahmad, Z. (2006). Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control. First edition. Butterworth-Heinemann (Elsevier), Amsterdam. https://doi.org/10.1016/b978-0-7506-5924-6.x5000-4
6. Yelwa, J. M., & Musa, H. (2024). Innovative smart coatings: advancing surface protection and sustainability across industries. Academia Nano: Science, Materials, Technology, 1(1). https://doi.org/10.20935/acadnano7343
7. Azyukovskyi, O. (2023). Vyznachennya strumu stikannya z pidzemnoho truboprovodu z vrakhuvannyam osnovnykh dzherel zburen dlya pidzemnykh metalevykh komunikatsiy. Elektrotekhnichni ta informatsiini systemy, (100), 19–24.
8. Peabody, A.W. (1967). Control of Pipeline Corrosion. NACE, Houston.
9. Lyon, S. B., Bingham, R., & Mills, D. J. (2017). Advances in corrosion protection by organic coatings: What we know and what we would like to know. Progress in Organic Coatings, 102, 2–7. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2016.04.030
10. Morsch, S., Lyon, S., Greensmith, P., Smith, S. D., & Gibbon, S. R. (2015). Mapping water uptake in organic coatings using AFM-IR. Faraday Discussions, 180, 527–542. https://doi.org/10.1039/c4fd00229f
11. Nazeer, A. A., & Madkour, M. (2018). Potential use of smart coatings for corrosion protection of metals and alloys: A review. Journal of Molecular Liquids, 253, 11–22. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.01.027
12. Mittal, V. (2014). Self-healing anti-corrosion coatings for applications in structural and petrochemical engineering. Handbook of Smart Coatings for Materials Protection, 183–197. https://doi.org/10.1533/9780857096883.2.183
13. Zhang, L., Li, R., Ding, H., Chen, D., & Wang, X. (2024). Preparation of a self-cleaning TiO2-SiO2/PFDTS coating with superamphiphobicity and photocatalytic performance. Progress in Organic Coatings, 197, 108767. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108767
14. Grigoriev, D., Shchukina, E., Tleuova, A., Aidarova, S., & Shchukin, D. (2016). Core/shell emulsion micro- and nanocontainers for self-protecting water based coatings. Surface and Coatings Technology, 303, 299–309. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.01.002
15. Roberge, P.R. (2000). Handbook of Corrosion Engineering. New York, McGraw-Hill.
16. Evitts, R. W., & Kennell, G. F. (2018). Cathodic Protection. Handbook of Environmental Degradation of Materials, 301–321. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-52472-8.00015-0
17. Ji, T., Liao, X., Zhang, S., He, Y., Zhang, X., Zhang, X., & Li, W. (2022). Cement-Based Thermoelectric Device for Protection of Carbon Steel in Alkaline Chloride Solution. Materials, 15(13), 4461. https://doi.org/10.3390/ma15134461
18. Sibiya, C. A., Numbi, B. P., & Kusakana, K. (2021). Modelling and Simulation of a Hybrid Renewable/Battery System Powering a Cathodic Protection Unit. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, 203–208. https://doi.org/10.18178/ijeetc.10.3.203-208
19. Pivniak H., Aziukovskyi O., Papaika Yu., Lutsenko I., & Neuberger N. (2022). Problems of development of innovative power supply systems of Ukraine in the context of European integration. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 89–103. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/089.
20. Guo, Y., Ding, J., Li, X., & Li, J. (2021). Study of Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) on the Steel Pipeline under DC Stray Current Interference. International Journal of Electrochemical Science, 16(5), 210547. https://doi.org/10.20964/2021.05.59
21. Brenna, A., Beretta, S., & Ormellese, M. (2020). AC Corrosion of Carbon Steel under Cathodic Protection Condition: Assessment, Criteria and Mechanism. A Review. Materials, 13(9), 2158. https://doi.org/10.3390/ma13092158
22. Kim, Y.-S., Seok, S., Lee, J.-S., Lee, S. K., & Kim, J.-G. (2018). Optimizing anode location in impressed current cathodic protection system to minimize underwater electric field using multiple linear regression analysis and artificial neural network methods. Engineering Analysis with Boundary Elements, 96, 84–93. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2018.08.012
23. Sun, H., Wei, L., Zhu, M., Han, N., Zhu, J.-H., & Xing, F. (2016). Corrosion behavior of carbon fiber reinforced polymer anode in simulated impressed current cathodic protection system with 3% NaCl solution. Construction and Building Materials, 112, 538–546. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.141
24. Qiao, G., Guo, B., Ou, J., Xu, F., & Li, Z. (2016). Numerical optimization of an impressed current cathodic protection system for reinforced concrete structures. Construction and Building Materials, 119, 260–267. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.012
25. Pfeiffer, R. A., Young, J. C., Adams, R. J., & Gedney, S. D. (2019). Higher-order simulation of impressed current cathodic protection systems. Journal of Computational Physics, 394, 522–531. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2019.06.008
26. Aziukovskyi A. (2013). The electrochemical cathodic protection stations of underground metal pipelines in uncoordinated operation mode. Energy Efficiency Improvement of Geotechnical Systems – Proceedingsof the International Forum on Energy Efficiency, 47–55. https://doi.org/10.1201/b16355-7.
27. Abbassen, L. & Benamrouche, N. (2023). Design and Simulation of a Cathodic Protection System at impressed current control. The first International Conference on Electrical Engineering and Advanced Technologies ICEEAT23. https://www.researchgate.net/publication/375594536_Design_and_Simulation_of_a_Cathodic_Protection_System_at_impressed_current_control
