MODEL OF POTENTIAL DISTRIBUTION IN RESERVOIR WITHPROTECTOR

Abstract


The paper deals with the issues of reservoir cathodic protection. Electrical potential distribution in an experimental reservoir is investigated. It is established that electrical potential value decreases as the distance from the protector increases, and it keeps constant starting from a certain radius length. The equivalent circuit consisting of a voltage source and dividers is offered for theoretical description. Formulas for circuit components calculation are offered. Using the equivalent circuit, the theoretical potential distribution in the reservoir is determined. The comparison of the theoretical distribution with the experimental results confirms the model adequacy.

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

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

Denis V Konovalenko

Samara State Technical University

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

Nickolay G Kats

Samara State Technical University

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

References

  1. ЖукН.П.Курс теории коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.
  2. СеменоваИ.В., Флориандрович Г.М., Хорошилов А.В.Коррозия и защита от коррозии. - М.: Физматлит, 1989. - 336 с.
  3. КацН.Г., Стариков В.П., Парфенова С.Н. Химическое сопротивление материалови защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии. - М.: Машиностроение, 2011. - 436 с.
  4. ПахомовВ.С., Шевченко А.А.Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии. - М.: Химия, КолосС, 2009. - 444 с.
  5. ЗиневичА.М., Глазков В.И., Котик В.Г.Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии. - М.: Недра, 1975. - 288 с.

Statistics

Views

Abstract - 40

PDF (Russian) - 25

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2015 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies