|
Стр. 8
--------------------------------
<*> Разработчик - Волгоградская Государственная
архитектурно-строительная академия (ВолгГАСА). Тел.: 44-91-68.
Р.1. Общие положения
Р.1.1. Пакет программ предназначен для расчета и
проектирования электрохимической защиты от коррозии сети подземных
металлических трубопроводов различного назначения и сложности, в
том числе:
- разветвленных;
- закольцованных;
- связанных перемычками заданного сечения;
- рассеченных изолирующими вставками;
- связанных с различного рода заземлениями;
- с неоднородной изоляцией;
- в неоднородных грунтах;
- в поле блуждающих и защитных токов смежных сооружений;
- с учетом гальванической неоднородности участков сети и пр.
Р.1.2. Основные решаемые задачи:
- определение оптимального количества и схемы размещения
установок ЭХЗ, величины их токов и распределения суммарного
защитного потенциала (U) исходя из условий минимума суммарного
защитного тока и заданного диапазона изменения U в исследуемой
области (оптимизационная задача, код M1);
- определение удельного электрического сопротивления изоляции
в заданных точках трубопроводной сети по известному (измеренному)
распределению защитного потенциала и токам катодных станций
(обратная задача, код М3).
Р.1.3. Прочие решаемые задачи:
- подготовка сметы и спецификации на строительно-монтажные
работы;
- расчет параметров анодных заземлителей и установок
гальванической защиты;
- анализ поля токов в земле;
- построение эпюры потенциала в поле блуждающих и защитных
токов;
- оценка поля токов продольных коррозионных макропар;
- распечатка проектных материалов, в том числе графических
файлов типовых анодных заземлителей различной конфигурации.
Р.1.4. Прилагается постоянно обновляемая база данных по
преобразователям, гальваническим анодам и электродренажам,
прейскурант цен на строительно-монтажные работы, каталоги на
вспомогательное оборудование и материалы, сметные коэффициенты.
При этом предусмотрена корректировка, добавление и запоминание
произвольных статей сметы.
Р.1.5. Прилагается специализированный графический редактор,
позволяющий заготавливать рабочие чертежи узлов и деталей систем
ЭХЗ.
Р.1.6. Пакет АРМ ЭХЗ-6П является составной частью комплекса
АРМ ЭХЗ-6, куда входят пакеты АРМ ЭХЗ-6Э "Эксплуатация средств
ЭХЗ" и АРМ ЭХЗ-6У "Обучение производственного персонала служб
ЭХЗ".
Р.1.7. Комплекс АРМ ЭХЗ-6 эксплуатируется во многих проектных
и наладочных организациях России.
Р.1.8. Программы могут быть использованы в любых модификациях
ПЭВМ от 286 до Pentium и выполняются с операционной системой как
DOS, так и Windows.
Р.2. Постановка задач и исходные данные
Р.2.1. Исходные данные вводятся в диалоге с программой ввода и
сопровождаются комментариями и пояснениями.
Для решения основных задач (М1, М2 и М3) требуются:
- масштабированный план трубопроводной сети с произвольно
назначенной системой прямоугольных координат;
- координаты контролируемых точек сети: вводы трубопроводов в
здания, повороты трасс, точки разветвления, пересечения с
соседними подземными сооружениями и рельсами трамвая, КИПы и пр.;
- диаметр, толщина стенки, удельное сопротивление изолирующего
покрытия трубопроводов;
- удельное электрическое сопротивление грунта;
- фактическое количество установок ЭХЗ и их токи (задачи М2 и
М3) или предполагаемое количество установок ЭХЗ и предельно
допустимые защитные потенциалы в рассматриваемой сети (задача М1);
- предполагаемое (задача М1) или фактическое (задачи М2 и М3)
положение анодных заземлителей и точек дренажа установок ЭХЗ на
плане сети;
- координаты контролируемых точек рельсовой сети как источника
блуждающих токов и эпюра распределения потенциала рельсы-земля.
Р.2.2. При постановке задач следует учитывать ряд
особенностей.
Р.2.2.1. Минимальное расстояние между контролируемыми точками
(или узлами дискретизации) на участке сети не лимитируется и
определяется степенью точности ожидаемого решения и требуемой
детализацией (дискретизацией) задачи. Например, вблизи анодного
заземлителя шаг дискретизации может быть принят равным 10 м и
менее, а на прямолинейных протяженных участках допустим шаг 500 м
и более.
Возможны незначительные спрямления и искажения реальной схемы
сети (замена расчетной схемой) с целью уменьшения объема ввода
узлов дискретизации. Общее число узлов дискретизации - не более
200, начало нумерации - произвольное.
Р.2.2.2. Удельное электрическое сопротивление изоляционного
покрытия R для проектируемого городского трубопровода принимают
из
приближенно, прорабатывая варианты с вилкой "новая - изношенная"
изоляция, ориентируясь, вероятно, на худший вариант, взятый,
например, из интервала R = 200...50 Ом x кв. м, имея в виду, что
из
изоляция стареет, и фактические значения R могут быть на порядок
из
меньше.
При проработке вариантов с различными значениями R удобно
из
пользоваться коэффициентом старения изоляции, заложенным в разделе
"Исходные данные", позволяющим пропорционально менять величины R
из
сразу во всем массиве участков.
Р.2.2.3. Один из способов определения фактических значений R
из
для узлов дискретизации в действующей трубопроводной сети
представлен задачей М3. Точность решения задачи М3 зависит от
степени достоверности результатов натурных измерений защитных
потенциалов, созданных катодными станциями: изменение потенциала
труба-земля в режиме включено-выключено должно быть зафиксировано
с точностью +/- 0,01 В.
Р.2.2.4. При необходимости определения локального значения R
из
в отдельно взятой точке по трассе существующего трубопровода: а)
включают опытную катодную станцию; б) измеряют поперечный градиент
потенциала в земле вблизи исследуемой точки; в) измеряют смещение
потенциала трубопровода, вызванное током катодной станции; г) по
известной формуле вычисляют плотность тока на поверхности
трубопровода в исследуемой точке и д) по закону Ома вычисляют
удельное сопротивление изоляции R .
из
Р.2.2.5. Поскольку проектируемая трубопроводная сеть, как
правило, затем будет соединена с существующей сетью, следует
учитывать их взаимное влияние, связанное с токами перетекания. С
этой целью для узла дискретизации, соответствующего точке
электрического соединения (стыка) сетей на проектируемом
трубопроводе, вводят потенциал, близкий к фактическому потенциалу
трубопровода со стороны существующей сети в этой точке, например,
U = -0,90 В.
Следует учитывать, что задача М1 корректно решается лишь при
разделенных сетях. Поэтому после решения М1 с разделенными сетями
следует откорректировать результаты решением в режиме М2 при
состыкованных сетях.
Р.2.2.6. При наличии рельсовой сети трамвая или
электрифицированной железной дороги определяют шаг дискретизации
рельсовых линий в интервале 1000...200 м с малым шагом в районе
точек дренажа. Общая протяженность участка моделируемой рельсовой
сети должна быть достаточной для воспроизведения поля блуждающих
токов на исследуемой территории с минимальными искажениями. Для
этого целесообразно рассекать рельсовую сеть в точках токораздела
на границах зон действия соседних тяговых подстанций. Общее число
узлов дискретизации рельсовой сети - не более 40, нумерация узлов
- непрерывная от начала участка.
При наличии ответвления нумерация продолжается от точки
разветвления. При этом точка разветвления получает двойной номер:
по основной линии и по ответвлению.
Р.2.2.7. Переходное сопротивление участка рельсовой сети R
пер
можно принять исходя из технического состояния рельсовой линии
(обычно R = 50...200 Ом x м) или рассчитать по результатам
пер
измерения методом градиента потенциала.
Для расчета R на расстоянии Y = 20...30 м от оси рельсовой
пер
линии измеряют поперечный градиент потенциала земли ДЕЛЬТА U /
ДЕЛЬТА Y; измеряют удельное электрическое сопротивление грунта ро,
по закону Ома вычисляют плотность тока в земле в точке с
радиальной координатой Y; вычисляют суммарный ток, пронизывающий
боковую поверхность полуцилиндра радиуса Y единичной длины;
измеряют среднее значение потенциала рельсов; по потенциалу
рельсов и току вычисляют искомое значение переходного (линейного)
сопротивления в данной точке.
Р.2.2.8. При решении задачи M1, руководствуясь реальными
возможностями размещения установок ЭХЗ на данной территории,
вначале вводят предполагаемое, причем желательно избыточное,
количество установок ЭХЗ, задавая их тип - катодные станции,
электродренажи и установки гальванической защиты (протекторные). В
процессе решения оптимизационной задачи (симплекс-методом)
программа отбрасывает излишние установки ЭХЗ и выбирает наилучший
вариант размещения оставшихся исходя из заданной номинальной
мощности каждой из них и других указанных выше ограничивающих
условий.
Общее количество вводимых установок ЭХЗ - не более 25.
Р.2.2.9. При выборе конструкции анодных заземлителей можно
пользоваться типовыми решениями из альбомов рабочих чертежей
5.905-6 и 7.402-5 или же принять нетиповой (собственный)
заземлитель.
Р.2.2.10. При проектировании только гальванической защиты
участка трубопроводной сети (обычно в режиме М2) вначале должно
быть задано количество групп гальванических анодов, их размещение
и токи, полагая, что группа - это мини-СКЗ. После варьирования
этими параметрами и отыскания приемлемого решения по распределению
потенциала в сети определяют, используя раздел "Анодные
заземлители СКЗ", количество гальванических анодов в группе, ток
каждого из них и срок службы.
Решение задачи гальванической (протекторной) защиты в режиме
М1 аналогично задаче с катодными станциями, но с заданием малых
номинальных (предельных) токов, например не более 0,2 А для группы
гальванических анодов.
Р.2.2.11. К трубопроводу, заземленному на арматуру
железобетонной конструкции или другое подземное сооружение, не
требующее ЭХЗ, подключают эквивалентный трубопровод, моделирующий
данное заземление. Параметры эквивалентного трубопровода вычисляют
в разделе "Анализ поля токов" и направляют его от точки заземления
в глубь земли. При этом, если моделируется железобетонный
фундамент, то стационарный потенциал эквивалентного трубопровода
берется более положительным, чем основного, т.е. равным, например,
-0,3 В.
Р.2.2.12. При определении величины стационарного потенциала
E проектируемого к укладке трубопровода по трассе с неоднородным
ст
грунтом следует иметь в виду, что в сухих грунтах потенциал E
ст
более положителен, чем в мокрых. Обычно E находится в диапазоне
ст
-0,45...-0,7 В.
Р.2.2.13. Поскольку удельное сопротивление изоляции
трубопровода (R ) зависит от удельного сопротивления водной
из
составляющей окружающего грунта, то целесообразно вводить для
корректировки R значения удельного сопротивления грунта (ро) для
из
каждой контролируемой точки или группы ближайших точек.
Р.2.2.14. При исследовании совокупности разнородных и
разделенных трубопроводных сетей, т.е. при отсутствии
потенциалвыравнивающих перемычек и гальванических связей между
сетями, решают задачу М2. При наличии искусственных или
естественных перемычек между трубопроводами возможно решение в
режиме М1.
Потенциалвыравнивающую кабельную перемычку представляют
эквивалентным по продольному сопротивлению трубопроводом с весьма
качественной изоляцией (R = 20000 Ом x кв. м) или принимают R
из из
= 2...4 Ом x кв. м - при использовании голой стальной шины.
Р.2.2.15. При исследовании поля токов коррозии и защиты в
земле, токов перетекания между смежными сооружениями и отдельными
участками, например при их гальванической разнородности, поля
токов в многоанодной системе ЭХЗ и пр. используют программы
раздела "Анализ поля токов". При этом могут быть построены линии
тока анод-катод, векторы плотности тока, рассчитана таблица
потенциалов земли в трехмерном пространстве; вычислены плотности
тока и продольный ток трубопровода в исследуемой точке сети и т.д.
Р.2.2.16. Сметные расчеты на строительно-монтажные работы
ведут на основании прейскурантов ПЭЗ-84 с соответствующим
коэффициентом удорожания. Все сметные коэффициенты могут
корректироваться пользователем. Могут вводиться нестандартные
статьи и калькуляции, которые затем запоминаются для повторного
использования.
Спецификация на оборудование и материалы составляется в
автоматизированном режиме в процессе подготовки сметы и затем
распечатывается по принятой форме.
Р.2.2.17. Графический материал - масштабированная схема
трубопроводной сети с размещенными контрольными точками,
установками ЭХЗ, КИПами, изолирующими фланцевыми соединениями и
прочими графическими и текстовыми отметками - распечатывается на
бумаге формата А4 или А3 (при наличии принтера с широкой
кареткой), а при необходимости может быть перенесен для обработки
в графический редактор Windows.
Пример расчета по программе АРМ ЭХЗ-6П
Пусть в соответствии с представленной на рисунке Р1 расчетной
схемой требуется определить параметры оптимальной системы ЭХЗ
участка трубопроводной сети, находящегося в поле блуждающих токов
рельсового транспорта.
Произвольно принимаем положение осей прямоугольной системы
координат (X, Y, Z), задаем расположение узлов дискретизации:
1...12 - на трубопроводе и 1...5 - в рельсовой линии и определяем
их координаты.
Рассматриваемый (проектируемый) трубопровод в узле 9 будет
врезан в старую трубопроводную сеть с изношенной изоляцией,
оборудованную ЭХЗ. Координаты узлов проектируемого трубопровода
(X , Y , Z ), стационарные потенциалы и потенциал в точке врезки
т т т
приведены в табл. Р1 (Z - заглубление).
т
Таблица Р1
-------------T------------T------------T------------T------------¬
¦ N узлов ¦ X , м ¦ Y , м ¦ Z , м ¦ U , В ¦
¦ ¦ т ¦ т ¦ т ¦ ст ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 2 ¦ 0 ¦ 5 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 3 ¦ 0 ¦ 10 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 4 ¦ 0 ¦ 15 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 5 ¦ 0 ¦ 60 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 6 ¦ 0 ¦ 200 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 7 ¦ -50 ¦ 0 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 8 ¦ -200 ¦ 0 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 9 ¦ -500 ¦ 0 ¦ 1,5 ¦ U = -0,85 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 10 ¦ 100 ¦ -100 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 11 ¦ 150 ¦ -150 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
+------------+------------+------------+------------+------------+
¦ 12 ¦ 200 ¦ -200 ¦ 1,5 ¦ -0,6 ¦
L------------+------------+------------+------------+-------------
Учитываемая в расчетах рельсовая линия находится в пределах
зоны действия ближайшей тяговой подстанции, которая подключена в
узле Р3. Измеренные потенциалы рельс-земля (U ) и координаты узлов
р
дискретизации (X , Y ) приведены в табл. Р2.
р р
Таблица Р2
----------------T---------------T---------------T----------------¬
¦ N узлов ¦ X , м ¦ Y , м ¦ U , В ¦
¦ ¦ р ¦ р ¦ р ¦
+---------------+---------------+---------------+----------------+
¦ 1 ¦ -2000 ¦ 10 ¦ 1,5 ¦
+---------------+---------------+---------------+----------------+
¦ 2 ¦ -800 ¦ 10 ¦ 1 ¦
+---------------+---------------+---------------+----------------+
¦ 3 ¦ 50 ¦ 10 ¦ -2 ¦
+---------------+---------------+---------------+----------------+
¦ 4 ¦ 600 ¦ 10 ¦ -0,8 ¦
+---------------+---------------+---------------+----------------+
¦ 5 ¦ 1500 ¦ 10 ¦ 2 ¦
L---------------+---------------+---------------+-----------------
Удельное сопротивление изоляции трубопровода (R ) в данном
из
примере принято равным 50 Ом x м. Переходное сопротивление
рельсовой линии (R ) принято равным 50 Ом x м, что характерно
пер
для плохого состояния рельсового полотна.
При определении схемы ЭХЗ можно полагать, что в данной
ситуации наиболее простой способ защиты (вариант 1) - применение
электродренажа между точками 2 трубопровода и 3 рельсов. После
ввода данных (из меню "Ввод и корректировка") решим задачу (из
меню "Решение основной задачи") по варианту 1. Результаты решения
в режиме M1 (оптимизационная задача) приведены в табл. Р3.
Поскольку наиболее опасный участок анодной зоны на
трубопроводе находится в точках 11 и 12, то целесообразно
рассмотреть вариант 2 - с катодной станцией: точка дренажа - 11,
координаты анодного заземлителя - X = 200 и Y = -120 м.
а а
Результаты расчета приведены в табл. Р3, вариант 2.
Для сравнения выполнен расчет по варианту 3 - включены
одновременно и электродренаж, и СКЗ (табл. 3, вариант 3). Решается
оптимизационная задача на минимум тока защиты. Несмотря на то что
суммарный ток защиты несколько снизился, предпочтение,
по-видимому, следует отдать варианту 1.
Таблица Р3
------T----------------------------------------------------------¬
¦ N ¦ Разность потенциалов труба-земля, В, по м.с.э. ¦
¦узлов+----------T-----------------------------------------------+
¦ ¦ без ЭХЗ ¦ с ЭХЗ ¦
¦ ¦ +---------------T---------------T---------------+
¦ ¦ ¦ вариант 1 ¦ вариант 2 ¦ вариант 3 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 1 ¦ -0,51 ¦ -1,134 ¦ -1,035 ¦ -1,034 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 2 ¦ -0,52 ¦ -1,177 ¦ -1,068 ¦ -1,069 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 3 ¦ -0,52 ¦ -1,189 ¦ -1,076 ¦ -1,078 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 4 ¦ -0,52 ¦ -1,189 ¦ -1,077 ¦ -1,078 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 5 ¦ -0,39 ¦ -1,073 ¦ -0,961 ¦ -0,961 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 6 ¦ -0,22 ¦ -0,973 ¦ -0,850 ¦ -0,850 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 7 ¦ -0,71 ¦ -1,343 ¦ -1,230 ¦ -1,236 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 8 ¦ -1,03 ¦ -1,637 ¦ -1,508 ¦ -1,524 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 9 ¦ -0,83 ¦ -1,086 ¦ -1,035 ¦ -1,040 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 10 ¦ -0,20 ¦ -0,886 ¦ -0,941 ¦ -0,850 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 11 ¦ -0,17 ¦ -0,859 ¦ -1,066 ¦ -0,892 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦ 12 ¦ -0,10 ¦ -0,850 ¦ -1,006 ¦ -0,853 ¦
+-----+----------+---------------+---------------+---------------+
¦Параметры ЭХЗ: ¦J = 6,27 А ¦J = 5,43 A ¦J = 2,46 A ¦
¦ ¦ др ¦ скз ¦ скз ¦
¦ ¦ ¦ ¦J = 2,86 A ¦
¦ ¦ ¦ ¦ др ¦
L----------------+---------------+---------------+----------------
Расчет дренажного кабеля показал ("Результаты расчета"), что
по первому варианту необходим кабель сечением 35 кв. мм, а по
третьему - 10 кв. мм.
При расчете анодного заземлителя с ферросилидовыми стержнями
("Расчет анодного заземлителя") по варианту 3 оказалось, что
достаточно одного стержня длиной 1,5 м. Его срок службы - 21,7
года, сопротивление растеканию тока - 7,9 Ом.
При ухудшении качества изоляции трубопровода до уровня R =
из
25 Ом x м токи защиты увеличатся примерно в два раза.
Если же оставить R = 50 Ом x м, но увеличить переходное
из
сопротивление рельсовой линии до уровня R = 100 Ом x м,
пер
суммарный ток защиты уменьшится примерно в два раза, поскольку
существенно уменьшится интенсивность блуждающих токов. Так, в узле
8 (катодная зона) потенциал трубопровода изменится от U = -1,03 В
g
до U = -0,82 В, в анодной - от U = -0,10 В до U = -0,36 В.
g 12 12
Приложение С
(информационное)
ИНФОРМАЦИЯ
О КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЕ CAG ДЛЯ РАСЧЕТА
АНОДНЫХ ЗАЗЕМЛЕНИЙ СИСТЕМ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ <*>
--------------------------------
<*> Модифицированная программа ORVG-1. Разработчик - Академия
коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Тел.: 490-37-23.
С.1. Программа CAG предназначена для расчета одиночных
вертикальных и горизонтальных заземлителей в однородных и
двухслойных грунтах и однорядных анодных заземлений из идентичных
вертикальных заземлителей в однородных и (при определенных
ограничениях) в двухслойных грунтах. Характеристики грунтов
берутся по данным вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).
С.2. Программа разработана как программное средство для любых
модификаций ПЭВМ от 286 до Pentium, совместимых с IBM PC AT.
Программа может выполняться как с операционной системой DOS, так и
Windows 95. Все необходимые для работы программы файлы
поставляются в комплекте. Запуск осуществляется из рабочего файла.
Все комментарии и советы вызываются через Help. Применение мыши,
учитывая активную работу с клавиатурой, не предусмотрено. В
результате выполнения программы вычисляются искомые значения. Они
могут, кроме вывода на экран, сохраняться в файле результатов,
формируемом по желанию пользователя для последующей распечатки и
обработки.
С.3. Программа может решать следующие задачи:
С.3.1. При расчете одиночных заземлителей (число анодов n = 1)
при заданных характеристиках анода, грунта и расположения анода в
грунте:
- вычисление сопротивления растеканию тока анода R и
одновременно срока службы анода Т, если задана сила тока на анод
J, или допустимой силы тока на анод J, если задан срок его службы
Т.
Для вертикального анода одновременно вычисляются приведенные
годовые затраты С.
С.3.2. При расчете однорядных анодных заземлений в однородном
и (с определенными ограничениями) в двухслойном грунте при
заданных характеристиках анодов, грунта, расположения анодов в
грунте, силе тока на заземление J и сроке службы анодов Т:
р
- при n = 0 и R = 0: расчет числа анодов n в экономически
g mз
оптимальном заземлении, минимальных приведенных годовых затрат
C , сопротивления растеканию тока заземления R , сопротивления
min g
растеканию тока одного анода R, допустимой силы тока на анод J,
минимального необходимого числа анодов в заземлении n ;
m
- при n = 0 и заданном R > 0: расчет числа анодов n,
g
обеспечивающего получение значения R , максимально близкого к
g
заданному; соответствующее значение R , а также значений R, J, n
g m
и С;
- при R = 0 и числе анодов n >= 2: расчет значений R , R, J,
g g
n и С.
m
Подробнее возможности и ограничения расчетов, обозначения и
размерности вводимых и вычисляемых параметров перечислены в Help.
Выход на Help возможен и в процессе расчетов - клавиша F1.
С.4. После запуска рабочего файла следует в соответствии с
появляющимся запросом выбрать тип рассчитываемых анодов -
вертикальные или горизонтальные, а затем ответить на запрос: не
нужен (n) или нужен (имя файла) файл результатов.
С.5. При выборе вертикальных анодов на экране появляются 7
схем возможного расположения вертикального анода в грунте (рис.
С1). При выборе горизонтальных анодов на экране появляются 4 схемы
возможного расположения горизонтального анода в грунте (рис. С2).
С.6. Для введения исходных данных следует выбрать нужный номер
схемы и дать его как двузначное число (например, 24).
С.7. Для вертикальных анодов ввиду большого количества
вводимых исходных параметров их столбец занимает 2 экрана. Переход
от 1-й половины столбца ко 2-й и обратно осуществляется командами
соответственно Page Down и Page Up.
С.8. В столбце исходных параметров, наряду с их обозначениями,
приведены их произвольные численные величины - кроме коэффициента
запаса (E ), а для вертикальных анодов - также нормативного
ps
коэффициента (Е ), к.п.д. преобразователя (w) и числа часов работы
н
заземления в году (Т ). Для этих параметров даны значения,
г
употребительные на момент составления программы. Для изменения
значения любого параметра, включая указанные, следует установить
курсор на его символе и дать команды: Enter - нужное число -
Enter. Могут вводиться параметры как типовых, так и нетиповых
заземлителей.
С учетом п. 4.3.17 заглубление анода t, а также толщина
верхнего слоя двухслойного грунта отсчитываются от нижней границы
слоя промерзания грунта.
С.9. После введения всех нужных численных значений параметров
подвести курсор к строке "run" в столбце исходных данных и нажать
клавишу Enter. Если введенные числа не содержат ошибки (значения
L, L , L , h, t соответствуют выбранной схеме расположения анода в
1 2
грунте) и не попадают в зону ограничений возможностей программы, в
правой половине экрана появляется столбец значений искомых
характеристик. В противном случае высвечивается информация об
ошибке или попадании введенного значения того или иного параметра
в зону ограничений возможностей расчета по программе.
С.10. Выход из режима расчетов по любой схеме в графическое
изображение осуществляется командой Esc. Выход из графического
изображения в каталог программы - командами 0 и Enter.
Пример расчета однорядного анодного заземления
из вертикальных анодов по программе CAG
Требуется рассчитать экономически оптимальное однорядное
заземление на ток J = 25 А и срок службы Т = 10 лет. Заземление
p
должно состоять из стальных труб длиной L по 10 м, наружным
диаметром d = 0,25 м и внутренним диаметром d = 0,20 м;
н в
плотность стали G = 7800 кг/куб. м.
аm
Коксовой обсыпки нет, поэтому принимаем d = d = 0,25 м и
0 n
расход материала анода по току E = 10 кг/А x год.
c
Грунт двухслойный. Отсчитываемые от нижней границы слоя
промерзания заглубление анода t = 0,3 м, толщина верхнего слоя h =
8,3 м, его удельное сопротивление R = 20 Ом x м, удельное
о1
сопротивление нижнего слоя R = 40 Ом x м.
о2
При указанных значениях L, h и t расположение анода отвечает
схеме 2.4 (рис. С1), которая и выбирается для расчета.
Принимаем также:
- расстояние между соседними анодами в ряду S = L = 10 м;
- коэффициент запаса E = 0,72;
ps
- нормативный коэффициент для расчета приведенных годовых
затрат E = 0,27;
н
- число часов работы заземления в году Т = 8760 ч;
г
- к.п.д. преобразователя W = 0,60;
- цена одного анода (включая стоимость кабеля) К = 100 у.е.;
а
- стоимость электроэнергии К = 0,043 у.е./кВт.ч.
э
Вводим все приведенные значения в столбец исходных данных. Так
как оптимальное число анодов в заземлении и сопротивление
растеканию тока заземления неизвестны, то вводим значения
соответственно n = 0 и R = 0.
g
После команды "run" в таблице результатов расчета получаем
следующие основные данные:
- оптимальное число анодов в заземлении n = 6;
mз
- сопротивление заземления растеканию тока R = 0,528 Ом;
g
- минимальные приведенные годовые затраты C = 369 у.е./год.
min
Кроме того, в таблицу результатов выведены:
- допустимая сила тока на 1 анод J = 8,82 А;
- сопротивление растеканию тока одного анода R = 1,871 Ом;
- минимально необходимое число анодов в заземлении n = 2,84,
m
принимаем n = 3.
m
Обязательное требование, чтобы число анодов в заземлении было
не меньше минимально необходимого числа анодов, выполняется: n >
mз
n .
m
Полученное решение может не удовлетворять каким-либо
дополнительным условиям или требованиям. Например, длина ряда
анодов в рассчитанном заземлении (S x (n - 1) = 10 x 5 = 50 м)
mз
может оказаться слишком большой.
В этом случае можно провести новый расчет с целью сокращения
длины ряда, использовав, например, коксовую обсыпку, или увеличив
длину анода, или перейдя к анодам из ферросилида и т.д.
Пример расчета одиночного горизонтального
заземлителя по программе CAG
Требуется рассчитать одиночный горизонтальный заземлитель из
стальной полосы длиной L = 7 м, шириной b = 0,08 м и толщиной
дельта = 0,03 м в двухслойном грунте с толщиной верхнего слоя
(относительно нижней границы слоя промерзания) h = 2,5 м, его
удельным сопротивлением R = 20 Ом x м и удельным сопротивлением
o1
нижнего слоя R = 10 Ом x м. Коэффициент запаса E = 0,72,
о2 ps
расход материала анода по току E = 10 кг/А x год. Заданный срок
c
службы Т = 10 лет. Необходимо выбрать оптимальное расположение
анода в грунте, т.е. значение t, и определить допустимый ток на
анод J и его сопротивление растеканию тока R.
Для расчета R принимаем наружный диаметр эквивалентного
цилиндрического анода d = 0,5b = 0,5 x 0,08 = 0,04 м и d = 0
экв в
(см. Help).
Исходя из желательности наименьшего возможного заглубления,
принимаем, что в одном варианте (A) t = 0,2 м, т.е. анод
расположен в верхнем слое грунта, а в другом варианте (Б) t = 2,7
м, т.е. анод расположен в нижнем слое грунта, у его верхней
границы.
В варианте А (схема 2.1 рис. С2) получаем R = 3,626 Ом, в
варианте Б (схема 2.2 рис. С2) R = 1,574 Ом, т.е. с точки зрения
более низкого R вариант Б выгоднее.
В обоих вариантах значение J, естественно, одинаково и равно
0,49 А. Однако это значение необходимо скорректировать на
отношение площади сечений используемой полосы и цилиндра диаметром
d (см. Help):
экв
2
J = J x (b дельта / 0,785 d ) =
факт экв
2
= 0,49 x (0,08 x 0,03 / 0,785 x 0,04 ) ~= 0,94 А.
Приложение Т
(информационное)
ИНФОРМАЦИЯ
О КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЕ MLG-2 ДЛЯ РАСЧЕТА
ВЕРТИКАЛЬНЫХ АНОДНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
В МНОГОСЛОЙНЫХ ГРУНТАХ <*>
--------------------------------
<*> Модифицированная программа MLG-1. Разработчик - Академия
коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Тел.: 490-37-23.
Т.1. Программа MLG-2 предназначена для технического расчета
одиночных вертикальных заземлителей (в первую очередь, глубинных)
систем катодной защиты подземных металлических сооружений в
многослойных грунтах с числом слоев n от 3 до 12. Вводимые
характеристики таких грунтов берутся по данным вертикального
электрического зондирования (ВЭЗ).
Т.2. Программа разработана как программное средство для любых
модификаций ПЭВМ от 286 до Pentium, совместимых с IBM PC AT.
Программа может выполняться с операционной системой как DOS, так и
Windows 95. Все необходимые для работы файлы поставляются в
комплекте. Все комментарии и советы вызываются через Help.
Применение мыши, учитывая активную работу с клавиатурой, не
предусмотрено. В результате выполнения программы вычисляются
искомые значения, которые, кроме вывода на экран, могут
сохраняться в файле результатов, формируемом по желанию
пользователя для последующей распечатки и обработки.
Т.3. Возможности и ограничения расчетов, обозначения и
размерности вводимых и вычисляемых параметров перечислены в Help.
Выход на Help возможен и в процессе расчетов (клавиша F1 или
строка Help).
Т.4. После запуска рабочего файла следует ответить на
появляющийся запрос: не нужен (n) или нужен (имя файла) файл
результатов.
Т.5. Далее, исходя из принятой схемы строения
горизонтально-слоистого грунта, следует ввести расстояния Y
i
каждого i-го слоя от поверхности земли, заглубление t и принятые
параметры анода. Нижний слой трактуется как бесконечный, поэтому,
например, для 4-слойного грунта вводятся значения У - У для 3-х
1 3
слоев и удельные сопротивления R - R для всех 4-х слоев.
о1 о4
С учетом п. 4.3.17 заглубление анода t и толщина Y верхнего
1
слоя грунта отсчитываются от нижней границы слоя промерзания
грунта.
Т.6. Ввиду большого количества вводимых и исходных данных их
столбец занимает 2 экрана. Переход от 1-й половины столбца ко 2-й
и обратно осуществляется командами соответственно Page Down и Page
Up.
Т.7. В столбце исходных параметров, наряду с их обозначениями,
приведены их произвольные численные значения - кроме коэффициента
запаса (E ), нормативного коэффициента (E ), к.п.д.
ps н
преобразователя (w) и числа часов работы заземлителя в году (Т ).
г
Для этих 4-х параметров даны значения, употребительные на момент
составления программы. Для изменения значения любого параметра,
включая указанные 4, следует установить курсор на его символе и
дать команды: Enter - нужное число - Enter. Могут вводиться
параметры как типовых, так и нетиповых заземлителей.
Т.8. После введения всех нужных численных значений параметров
можно вызвать схему принятого расположения анода в грунте
принятого строения: курсор подводится к строке "схема" в столбце
исходных данных и дается команда "Enter". Визуализированная
наглядная схема полезна для проверки, уточнения или исправления
принятого размещения анода и (или) его длины.
В таблицу у схемы выводится ряд параметров, в частности
толщина наиболее электропроводного слоя (L , м), удельное
min
сопротивление этого слоя (R , Ом x м) и среднее удельное
оmin
сопротивление грунта по длине анода (R , Ом x м).
оsr
Т.9. После проверки схемы курсор подводится к строке "run" в
столбце исходных данных и дается команда Enter. Если введенные
числа не содержат ошибки и не попадают в зону ограничений
возможностей расчета, в правой половине экрана появляются искомые
значения - сопротивление растеканию тока анода (R, Ом) и
допустимая сила тока на анод (J, A), при которой обеспечивается
введенный в столбец исходных данных срок службы анода (Т, годы).
Т.10. Выход из программы: Esc + Enter.
Пример расчета анодного заземлителя
по программе MLG-2
Требуется рассчитать основные эксплуатационные характеристики
вертикального трубчатого стального заземлителя длиной L = 20 м,
наружным диаметром d = 0,25 и внутренним диаметром d = 0,20 м,
н в
заглубленного на глубину t = 1,0 м в 4-слойный грунт, со
следующими характеристиками:
Y = 3,0 м R = 20 Ом x м
1 о1
Y = 5,5 м R = 40 Ом x м
2 о2
Y = 9,5 м R = 7 Ом x м
3 о3
R = 50 Ом x м.
о4
Выход по току E = 8 кг/А x год, необходимый срок службы Т =
c
10 лет, коэффициент запаса E = 0,72. Обсыпки нет (d = d ).
ps 0 н
После введения перечисленных значений параметров по команде
"схема" получаем на экране визуализированную схему размещения
заземлителя в грунте (рис. Т1).
После выхода из "схемы" (Esc) и введения команды "run" на
экран выведены искомые значения:
- сопротивление растекания тока заземлителя R = 1,041 Ом;
- допустимая сила тока J = 6,19 А.
Полученное значение J может оказаться недостаточным. В этом
случае целесообразен расчет для заземлителя из более стойкого
материала. Например, приняв сплошной ферросилидовый заземлитель
той же длины L = 20 м и наружным диаметром d = 0,08 м, при E =
н c
0,25 кг/А x год, E = 0,72 и Т = 20 лет получим R = 1,229 Ом, J =
ps
38,08 А.
Приложение У
(информационное)
МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ЗАЩИТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ АНОДАМИ (ПРОТЕКТОРАМИ)
|
