Аннотация

Проведен анализ использования трансформаторных станций катодной защиты и импульсных станций катодной защиты модульного типа. Предложена замена транформаторных СКЗ на более энергоэффективные импульсные СКЗ модульного типа. Расчитана стоимость электроэнергии, строительно-монтажных работ, доказана целесообразность применения предлагаемого проектного решения.

Ключевые слова: электрохимическая защита, система катодной защиты, станция катодной защиты, модульная станция катодной защиты.

Abstract

Transformer cathodic protection stations and modular pulse current cathodic protection stations implementation has been analysed. Replacement of transformer CPS with a more energy-efficient modular pulse current CPS has been suggested. Cost of electricity, building and assembly works has been calculated and proposed design solution feasibility has been proven.

Keywords: electrochemical corrosion protection, cathodic protection system, cathodic protection station, modular cathodic protection station.

Система катодной защиты состоит из защищаемого сооружения, источника постоянного тока (станции катодной защиты), анодного заземления, соединительных анодной и катодной линий, окружающей их электропроводной среды (почвы), а также элементов системы мониторинга — контрольно-измерительных пунктов.

Основное энергопотребление в системах ЭХЗ осуществляют источники катодного тока – станции катодной защиты (СКЗ). Поэтому от энергетических показателей СКЗ: коэффициента полезного действия (КПД) и активной потребляемой мощности зависит в целом энергопотребление систем ЭХЗ.

Традиционные в СКЗ на основе низкочастотного (50-герцового) силового трансформатора и управляемого тиристорного выпрямителя, имеют существенные потери, в частности из-за тока холостого хода силового трансформатора, и относительно невысокий КПД.

Другим крайне значимым фактором, определяющим эффективность энергопотребления систем ЭХЗ, является степень использования СКЗ, которая характеризуется отношением текущего значения выходного тока или выходной мощности к номинальному значению данных параметров. При использовании СКЗ в рабочих режимах, отличных от номинальных, с уменьшением выходной мощности и выходного тока происходит естественное уменьшение КПД, обусловленное техническими факторами, и энергоэффективность использования СКЗ падает.

Данная проблема является актуальной, так как при проектировании электрохимической защиты преимущественно устанавливаются трансформаторные СКЗ.

Проблему энергоэффективности использования СКЗ можно решить с помощью применения модульных импульсных станций катодной защиты. Модульность этих станций заключается в техническом разделении одного мощного силового преобразователя СКЗ на несколько однотипных силовых преобразователей (силовых модулей) с меньшей выходной мощностью каждого и обеспечении независимой параллельной их работы на одну нагрузку. В процессе эксплуатации выбирать и устанавливать силовые модули с оптимальными выходными параметрами и их количество в СКЗ для обеспечения эффективного энергопотребления в течение длительного периода эксплуатации.

Целью является увеличение энергоэффективности систем электрохимической защиты путем замены трансформаторных СКЗ на модульные СКЗ импульсного типа.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

— провести сравнение зависимости величины КПД от значения выходного тока для трансформаторных и имульсных СКЗ модульного типа;

— провести примерный расчет экономии электроэнергии при использовании импульсных СКЗ модульного типа;

— провести расчет увеличения стоимости оборудования;

— оценить выгоду от применения импульсных СКЗ модульного типа.

У завода-изготовителя станций катодной защиты была получена информация по зависимости величины КПД от значения выходного тока для трансформаторных и имульсных СКЗ модульного типа, рисунок 1.

Рисунок 1. Зависимость КПД от выходного тока

Далее для трансформаторной СКЗ и импульсной СКЗ модульного типа были получены значения выходной мощности, КПД, входной мощности. Затем была расчитана разница между входной мощностью трансформаторной и импульсной СКЗ, из которой была получена экономия электроэнергии в год в зависимости от загрузки СКЗ (таблица 1).

Таблица 1.

Расчёт экономии электроэнергии в зависимости от выходного тока при использовании модульной имульсной станции катодной защиты установленным одним силовым модулем (1200 Вт) в сравнении с транформаторной станцией катодной защиты (1200 Вт)

Выходной ток, Iн / Iном, %		100 (макс.)	80	60	25	5 (мин.)
Выходная мощность СКЗ, Рвых., Вт		1190,4	766,2	428,2	71,7	2,31
Коэффици­ент полез­ного дей­ствия, %	выпрямителя	85,2	84,5	81,8	66,5	13,3
	модульной СКЗ	92	91,7	88,5	74,6	26,0
Входная активная мощность, Рвх., Вт	выпрямителя	1397,5	906,7	523,5	107,8	17,3
	модульной СКЗ	1293,9	835,5	483,8	96,1	8,9
	Разность, ΔРвх., Вт	103,6	71,2	39,7	11,7	8,4
Экономия электроэнергии в год, кВт/ч		907	623	347	102	73

Средняя экономия в год составляет 6621 рублей. Полученная экономия электроэнергии для одной СКЗ на срок эксплуатации 15 лет с учетом дисконтирования (6,25%) в среднем составила 157 тысяч рублей.

Стоимость одной трансформаторной СКЗ составляет 139,8 тысяч рублей, одной импульсной СКЗ модульного типа той же мощности – 256,8 тысяч рублей. Увеличение затрат на оборудование составляет 117 тысяч рублей.

Выгода для одного проекта при использованиии импульсных СКЗ вместо транформаторных составит около 40 тысяч рублей.

За 2019-2020 года был выполнен 41 проект с использованием трансформаторных СКЗ. При замене их на импульсные СКЗ модульного типа предполагаемая выгода составит 1644,1 тыс.руб.

В ходе проделанной работы были получены следующие результаты:

— замена используемых трансформаторных СКЗ на импульсные СКЗ модульного типа повышают энергоэффективность;

— полученная экономия перекрывает увеличение стоимости оборудования;

— полученная выгода для одного проекта, в среднем, равна 40 тысячи рублей;

— уменьшение количества проектируемых СКЗ за счет применения силовых модулей;

— при применении импульсных СКЗ модульного типа для выполненных за 2019-2020 года проектов электрохимической защиты предполагаемая выгода составила бы 1644,1 тысячи рублей.

Список используемых источников информации

1. № П4-06 ПДТП-0059 Паспорт документации типового проектирования Компании «Типовые технические решения. Электрохимическая защита магистральных и промысловых трубопроводов»;

2. ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии»;

3. ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии»;

4. Доклад на тему: «Современное оборудование для защиты от электрохимической коррозии поземных стальных трубопроводов и сооружений, выпускаемое ПАО Ставропольский радиозавод «СИГНАЛ», г. Ставрополь, 2016 г.

5. http://mypractic.ru/stancii-katodnoj-zashhity.html