MODEL OF POTENTIAL DISTRIBUTION IN RESERVOIR WITHPROTECTOR

Full Text

Протекторная защита широко используется для снижения скорости электрохимических коррозионных процессов, протекающих в нефтегазовом оборудовании [1-3]. Одной из проблем, возникающих при проектировании протекторов, является сложность определения радиуса их защитного действия [4, 5]. Настоящая работа посвящена исследованию распределения электрического потенциала, возникающего вокруг протектора. На рис. 1 представлена экспериментальная установка, позволяющая измерять значение электрического потенциала в экспериментальном стальном резервуаре 1, заполненном водным раствором электролита, в зависимости от расстояния от магниевого протектора 2. Для исключения влияния стенок на распределение потенциала они выполнены из оргстекла. Измерения проводились с помощью электрохимического ключа 4, второй конец которого вместе с хлорсеребряным электродом сравнения был погружен в насыщенный водный раствор KCl. Значение потенциала регистрировалось потенциометром 6.В качестве электролита был выбран водный раствор NaCl. В результате экспериментов было получено распределение потенциала по радиусу резервуара, представленное на рис. 3 в виде точек. Из рассмотрения графика видно, что потенциал быстро падает при отдалении от протектора и на расстоянии более 15 см остается практически постоянным. При этом по мере приближения к протектору (там, где значения потенциала выше) концентрация продуктов коррозии резко снижается. а б Рис. 1. Схема (а) и фотография (б) экспериментальной установки для исследования распределения потенциала в резервуаре с протектором С целью упрощения задачи было принято, что значение потенциала постоянно по высоте и по длине окружности и зависит только от расстояния r до выбранной точки протектора. В этом случае распределение потенциала может быть описано с помощью эквивалентной электрической схемы (рис. 2), состоящей из источника напряжения и набора делителей напряжения. Каждый делитель моделирует падение потенциала на определенном интервале изменения радиуса. Рис. 2. Эквивалентная электрическая схема Для построения параметров эквивалентной схемы был использован следующий подход. Объем раствора вокруг протектора разбивался на Nкольцевых зон, каждая из которых имеет средний радиус ri и ширину Dr. Раствор, находящийся в каждой зоне, рассматривается как проводник, в котором протекают две составляющие ионного тока: радиальная, текущая от протектора к периферии, и вертикальная, текущая ко дну резервуара.По мере удаления зоны от протектора радиальная составляющая в ней уменьшается за счет вертикального тока ионов к металлу дна резервуара. Считая, что к каждой зоне может быть применена формула для сопротивления проводника с удельным сопротивлением r, длиной l и поперечным сечением S, , (1) радиальные и вертикальные сопротивления зон оценим по формулам (2) (3) где h - глубина жидкости;a', a'' - эмпирические коэффициенты. В этом случае общие сопротивления звеньев эквивалентной схемы начиная с i-го могут быть определены по формулам (4) . (5) Также считается, что значение напряжения источника связано с разностью электрохимических напряжений металлов резервуара jм и протектора jп , (6) где b - эмпирический коэффициент. С учетом вышеизложенного значения потенциала могут быть определены по формуле (где U0 = E) (7) Теоретическое распределение потенциала, полученное с помощью формулы (7) для лабораторного резервуара, приведено на рис. 3 в виде сплошной линии. -j, В r, м Рис. 3. Зависимость потенциала от расстояния от протектора: сплошная линия - уравнение (7), точки - экспериментальные данные Из сопоставления теоретических и экспериментальных данных, приведенных на рис. 3, можно сделать вывод о том, что предложенная модель адекватно описывает распределение потенциала в резервуаре с протектором. Указанное согласование достигается при значениях a''/a' = 21,4 и b = 0,32. Дальнейшим развитием работы является исследование взаимосвязи между локальными значениями потенциала и скоростями коррозии.

About the authors

Sergey B Konygin

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor. 244, Molodogvardeyskayast., Samara,443100, Russia

Denis V Konovalenko

Samara State Technical University

Assistant. 244, Molodogvardeyskayast., Samara,443100, Russia

Nickolay G Kats

Samara State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor. 244, Molodogvardeyskayast., Samara,443100, Russia

References

Supplementary files