База знаний
02.04.2021

Вопросы метрологии применительно к задачам ЭХЗ

Ю. Б. Егоров, к.т.н., главный инженер ООО «Элтех»

На протяжении последних нескольких лет газораспределительные организации и производителей станций катодной защиты беспокоит вопрос: должна ли станция катодной защиты представлять собой средство измерения? Что и как она должна измерять?

Причины для беспокойства вполне понятны. Для производителей это дополнительные расходы на сертификацию, включение в реестр средств измерения и проведение первичной поверки, а для газораспределительных организаций — увеличение закупочной цены СКЗ и весьма немалые затраты на проведение периодических поверок метрологических характеристик, причем зачастую для проведения поверки требуется еще и осуществлять временный демонтаж СКЗ. Попробуем разобраться, почему и когда возникла эта проблема и как ее можно разрешить.

В 2008 году выходит федеральный закон № 102 об обеспечении единства измерений [1], который впоследствии подвергался нескольким редакциям. В ст. 1, п. 3, пп. 6 этого закона говорится, что сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется на измерения, к которым установлены обязательные метрологические требования и которые выполняются при «осуществлении производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта». Поскольку газопровод подпадает под определение промышленно опасного объекта, некоторые метрологи сочли необходимым отнести станции катодной защиты, устанавливаемые для защиты газопровода от коррозии, к средствам измерения.

Попытаемся разобраться, имеются ли для этого основания. В цитируемой выше ст. 1 ФЗ № 102 говорится о распространении сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений на измерения, к которым установлены обязательные метрологические требования. В ст. 2 п. 14 ФЗ № 102 дается определение метрологических требований: «метрологические требования — требования к влияющим на результат и показатели точности измерений характеристикам (параметрам) измерений, эталонов единиц величин, стандартных образцов, средств измерений, а также к условиям, при которых эти характеристики (параметры) должны быть обеспечены».

Какие же требования, влияющие на результат и показатели точности измерений, дает нам основной документ с требованиями к защите от коррозии ГОСТ 9.602-2016  [2]? В п. 8.1.9 говорится, что «катодную поляризацию сооружений осуществляют таким образом, чтобы защитные потенциалы металла относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения находились между минимальным и максимальным (по абсолютному значению) значениями… Допускается применение других неполяризующихся электродов сравнения с приведением результатов измерения к насыщенному медно-сульфатному электроду сравнения». При этом сами значения защитных потенциалов приводятся даже без указания погрешности. Никаких требований к точности измерений ГОСТ не дает, а контролировать величину защитного потенциала вполне можно даже двухпороговым индикатором. Из этого следует, что говорить о том, что станции катодной защиты относятся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, не приходится.

Рассмотрим более подробно, какие технические и метрологические требования могли бы быть применены к станциям катодной защиты. Начнем с процесса задания выходных параметров СКЗ. Для выбора параметров работы СКЗ производится измерение защитного потенциала в КИП (или на ковере), расположенном на границе зоны защиты, т.е. в точке с минимальным потенциалом. Замечу, что измерения проводятся приборами, включенными в реестр средств измерений с актуальной датой поверки. Устанавливают значение тока СКЗ или защитного потенциала в точке дренажа такими, при которых обеспечивается необходимый защитный потенциал на трубе в точке подключения КИП (точка А на рис. 1). Конкретное значение тока СКЗ или защитного потенциала в точке дренажа не имеет значения, если не превышается максимально допустимый потенциал в точке дренажа Д.

Рисунок 1

Например, точное значение тока СКЗ 5 А, а встроенный измеритель в СКЗ имеет большую систематическую ошибку и показывает значение 6 А. В случае поддержания заданных параметров СКЗ (т.е. крайне малого отклонения тока или потенциала от установленного в процессе задания выходных параметров СКЗ значения) при любой величине систематической ошибки измерения полностью выполняется задача по защите трубопровода от коррозии. Вывод: для СКЗ важна не точность измерения параметров СКЗ в точке дренажа, а стабильность и точность поддержания заданных параметров защиты, которые и должны нормироваться. В точке дренажа необходимо контролировать значение суммарного (не поляризационного) потенциала на предмет начала выделения водорода.

Заметим, что в метрологии различают средство измерения и средство воспроизведения (меру) [3]. Различие в определениях приведено в табл. 1.

Таблица 1. Виды средств измерений

6.2 средство измерений Техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики
6.11 мера (материальная) Средство измерений, которое воспроизводит в процессе использования или постоянно хранит величины одного или более данных родов, с приписанными им значениями

В нашем случае, если и предъявлять к СКЗ требование как к средству измерения, то только как к устройству воспроизведения тока или потенциала (мере).

Устройства воспроизведения — это средства измерения, для которых определены метрологические (точностные) характеристики воспроизведения определенного параметра. В противном случае оператор диспетчерского пункта будет получать результаты точных измерений со станции, которая ничего не поддерживает (не стабилизирует). Иллюстрация такого поведения суммарного потенциала в точке дренажа СКЗ приведена на рис. 2.

Рисунок 2

Косвенным подтверждением правильности этих рассуждений служит требование ГОСТ к станциям катодной защиты для стальных магистральных газопроводов [4]: «Автоматические устройства катодной и дренажной защиты должны обеспечивать стабильность тока или потенциала с погрешностью, не превышающей 2,5% от заданного значения». Аналогичное требование в 2% содержится в СТО Газпром Газораспределение 5.2-1-2013 [5]. Оставим на совести создателей ГОСТ требование к величине погрешности от заданного диапазона, но общий смысл необходимости обеспечения стабильности параметров СКЗ вполне понятен.

Рассмотрим метрологические и технические требования законодательства для контроля эффективности электрохимической защиты газопровода. Так, в ГОСТ 9.602-2016 [2] указывается, что «для контроля эффективности электрохимической защиты сооружения измеряют потенциалы на защищаемом сооружении в контрольно-измерительных пунктах, на вводах в здания и других элементах сооружения, доступных для проведения измерения.». В приложении Ц, описывающем методику измерения суммарного потенциала, приведены метрологические требования к средствам измерения:

— вольтметр постоянного тока любого типа, класса точности не ниже 1.5. с входным сопротивлением не менее 1 МОм (регистрирующий или показывающий);

— электрод сравнения медно-сульфатный стационарный или переносной.

Для вольтметра с диапазоном измерения 5 В абсолютная погрешность измерения суммарного потенциала составит 75 мВ.

Более жесткие требования к точности измерения предъявляют газораспределительные организации. СТО Газпром Газораспределение 2.12-2016 [7] в п. 18.6.4 определяет требование по точности измерений защитного потенциала в 0,01 В. Рассмотрим обоснованность этого требования.

Измерение потенциала сооружения (как суммарного, так и поляризационного) производится относительно неполяризующегося медно-сульфатного электрода сравнения в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602-2016 [2]. Схема измерений поляризационного потенциала приведена на рис. 3.

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

Тот же ГОСТ определяет, что электроды сравнения обеспечивают стабильность потенциала по отношению к образцовому хлорсеребряному электроду сравнения по ГОСТ 17792 [6] в пределах ±15 мВ. Нестабильность потенциала образцового электрода ±0,5  мВ (по ГОСТ 17792). Добавим к этому погрешность, вносимую программным обеспечением (по требованиям СТО Газпром Газораспределение [7] ±0,05 %, т.е. ±2,5 мВ при ВПИ 5 В).

Таким образом, при абсолютно точном измерителе потенциала абсолютная погрешность измерения потенциала защищаемого сооружения составит ±18 мВ. Добавив погрешность самого измерителя потенциала, на порядок меньшую, чем требования ГОСТ [2], получим абсолютную погрешность измерения потенциала защищаемого сооружения не менее ~±25,5 мВ в отличие от требуемого СТО 10 мВ. Требование СТО должно быть скорректировано.

Кроме того, непонятно, почему к электродам сравнения не предъявляются требования по включению их в реестр средств измерений — в нарушение ФЗ № 102 и требований СТО Газпром Газораспределение 2.12-2016. Для них точность воспроизведения потенциала нормируется ГОСТ [2], что вынуждает относить их к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений [1].

Множество вопросов вызывает измерение поляризационного потенциала и возможность работы станции катодной защиты с режимом стабилизации поляризационного потенциала. ГОСТ 9.602-2016 [2] в п. 8.1.8 определяет три возможных способа измерения поляризационного потенциала:

— метод отключения тока поляризации датчика потенциала (вспомогательного электрода), имитирующего дефект в защитном покрытии;

— метод отключения тока защиты подземного сооружения;

— метод непосредственного измерения потенциала вспомогательного электрода через электролитический ключ, максимально приближенный к вспомогательному электроду.

Второй и третий способы для измерения поляризационного потенциала малопригодны, так как второй способ требует периодических синхронных (с погрешностью не более 1 мс) отключений всех СКЗ на защищаемом объекте, а третий способ, использующий зонд-модуль, в настоящее время является скорее лабораторным.

В соответствии с методикой проведения измерений поляризационного потенциала (ГОСТ 9.602-2016, приложение Х [2]) конкретное время от момента разрыва соединения вспомогательного электрода с трубой, через которое производится измерение, в ГОСТе не определено, а отдано на откуп производителю прибора.

Заметим, что значение поляризационного потенциала является функцией времени (от момента снятия защиты), времени и истории защиты, состава грунта и состава электрода. Спад поляризационного потенциала происходит в период от десятых долей секунд до нескольких часов. Поведение поляризационного потенциала иллюстрирует рис. 4 [8].

Рисунок 4

Неопределенность в задержке от момента прерывания тока защиты до момента измерений снижает точность и надежность измерения поляризационного потенциала. Кроме того, по самому принципу, измерения не могут проводиться непрерывно, поскольку необходимо подключать на некоторое время вспомогательный электрод к источнику поляризации, а высокое внутреннее сопротивление источника э.д.с. вспомогательного электрода, длинные провода от электродов до СКЗ и очень высокоомный вход измерителя (требования ГОСТ 9.602-2016 — 1 МОм, требования СТО Газпром Газораспределение 2.12-2016 — 10 МОм) приводят к тому, что полезный сигнал в десятки или сотни раз меньше помех (наводок) от СКЗ.

Это приводит к мысли, что предъявлять к СКЗ требование по стабилизации поляризационного потенциала нецелесообразно. Правильным будет осуществление контроля поляризационного потенциала в КИП на границе зоны защиты с периодической корректировкой уставок СКЗ в режимах стабилизации тока или суммарного потенциала.

Список литературы

  1. Федеральный закон от 26.06.2008 г. № 102-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Об обеспечении единства измерений».
  2. ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии».
  3. РМГ 29-2013 «Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения».
  4. ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии».
  5. СТО Газпром Газораспределение 5.2-1-2013. «Сертификация продукции. Технические требования к оборудованию систем противокоррозионной защиты сетей газораспределения».
  6. ГОСТ 17792-72 «Электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда».
  7. СТО Газпром Газораспределение 2.12-2016. «Автоматизированные системы управления технологическим процессом распределения газа. Функциональные и технические требования».
  8. Патент РФ 2499270. «Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения». Маркелов Виталий Анатольевич (RU), Михаленко Вячеслав Александрович (RU), Исаев Олег Алексеевич (RU), Маслов Алексей Станиславович (RU), Кудашкин Юрий Анатольевич (RU), Иванов Юрий Алексеевич (RU), Назаров Борис Федорович (RU), Чухланцев Сергей Михайлович (RU).
Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Газовые фонари Таганрога
Лечить песней
Встречают по прическе
13 сентября — День парикмахера