Использование термоэлектричества для электрохимической защиты от коррозии

Автор: Семичева Н.Е., Гнездилова О.А., Бурцев А.П., Якшин А.В.

Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j

Статья в выпуске: 11 (17), 2016 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена использованию эффекта термоэлектричества для энергоснабжения станции катодной защиты (КЗ) тепловых сетей, газо и нефтепроводов от коррозии. Применение предлагаемого решения позволит создать условия для обеспечения максимально эффективного использования потенциала энергетического сектора и топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) для роста экономики и повышения качества жизни населения, обеспечить надежное снабжение потребителей ТЭР, повысить эффективность использования ТЭР и снизить антропогенное воздействие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) на окружающую среду.

Термоэлектричество, термоэмиссионный элемент, теплоснабжение, трубопровод, катодная защита, коррозия

Короткий адрес: https://sciup.org/140267594

IDR: 140267594

Текст научной статьи Использование термоэлектричества для электрохимической защиты от коррозии

В настоящее время для противодействия электрохимическому разрушению (коррозии) стальных трубопроводов применяются различные виды защит – анодная и катодная защиты, а также разнообразные покрытия. [1, с. 74-78; 2, с. 28-29]. Наиболее эффективной считается станции катодной защиты в основе принципа работы которой лежит наложение отрицательного потенциaла на защищаемую деталь. Основными элементами станции катодной защиты являются: выпрямителя (преобразователь) высокого напряжения линии электропередачи в ток необходимой конфигурации, токоподвода к защищаемому сооружению, анодных заземлителей (жертвенный анод), электрода сравнения и анодного кабеля [3, c. 50].

В данной работе предлагается использовать термоэлектричество для электроснабжения станции катодной защиты. Приведена схема экспериментальной установки источника ЭДС, описание и результаты эксперимента.

В основе эффекта термоэлектричества лежит явление получения электрической энергии путем преобразования тепловой энергии. Переход тепловой энергии в электрическую происходит в термоэмиссионных преобразователях. Термоэмиссионный преобразователь — это пара проводников из разных материалов, соединенных на одном конце. Когда один из спаев элемента нагрет больше, чем другой возникает термоэлектрический эффект [4; 5, c. 18; 6, с. 502-506].

Для подтверждения теоретических данных, была разработана экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 . Схема экспериментальной установки

В качестве теплоносителя (рабочей средой) на экспериментальной установке использовался нагретый воздух.

Процесс получения электричества путем преобразования тепловой энергии в результате теплообмена между термоэлектрической секцией и трубопроводом осуществлялся в следующей последовательности:

1. Нагрев фиксированного расхода воздуха до достижения установившегося режима.
2. Измерение посредством пирометра температуры начального и конечного участка трубы с последующей фиксацией полученных значений.
3. Измерение посредством анемометра скоростей воздуха на выходе из теплоэлектрических секций.

В качестве трубопровода использовали отрезок металлической трубы длиной 0,5 м и диаметром 50 мм. В качестве рабочего тела использовали воздух, подогреваемый в электрокалорифере. Термоэмиссионные преобразователи были изготовлены из 50 пар отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2 (М1–хромель, М2– копель), соединенных зигзагообразно, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи наружной кромки и наружной поверхности участка трубы, при этом свободные концы теплоэлектрических секций каждого зигзагообразного ряда присоединены к коллекторам с одноименными зарядами [7, c. 195-198].

Полученные результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ экспери– мента	Температура воздуха на входе, ˚С	Температура воздуха на выходе, ˚С	Напряжение, В	Сила тока, мА	Расход воздуха, м³/ч
1	25	20	0,05	15	0,42
2	50	38	0,08	27
3	75	50	0,10	30
4	100	74	0,12	40
5	125	90	0,18	50
6	150	110	0,2	65
7	175	130	0,25	70
8	200	150	0,3	85

9	225	170	0,32	90
10	250	180	0,35	110

Графическое отображение результатов исследований, показывающее основные зависимости выходных параметров, таких как силы тока, напряжения, мощности от разности температур между нагретой поверхностью трубопровода и наружным воздухом приведено на рисунке

Рисунок 1. График зависимости выходных параметров сила тока, напряжения, мощности от разности температур между нагретой поверхностью трубопровода и наружным воздухом.

Выводы

В ходе проведения экспериментальных исследований было установлена возможность использования эффекта термоэлектричества в качестве источника ЭДС для станции катодной защиты, что позволит обеспечить автономное электроснабжение станции и обеспечит повышение надежности и эффективности защиты трубопроводов от электрохимической коррозии.

Список литературы Использование термоэлектричества для электрохимической защиты от коррозии

Меркулов С.И., Пахомова Е.Г., Гордеев А.В., Маяков А.С. Исследование работоспособности изгибаемых железобетонных конструкций с учетом коррозионных повреждений // Известия Юго-Западного государственного университета. 2009. №4(29). С. 74-78.
Пахомова Е.Г., Кретова В.М., Гордеев А.В., Маяков А.С. К методике оценки работоспособности железобетонных конструкций при нарушении сцепления арматуры с бетоном при коррозионных повреждениях // Промышленное и гражданское строительство. 2011. №8. С. 28-29.
Семенов А.Г., Сыса Л. П. /Что такое электрохимическая защита и как выбрать катодную станцию/ Новости теплоснабжения, № 10 (50), 2004.
Устройство для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии // Патент России №2550073. 2015. Бюл. №13, 10 с. / Ежов В.С., Семичева Н.Е., Бурцев А.П., Сошникова А.И., Цуканова Д.В., Панин А.А.
Ежов В.С., Семичева Н.Е., Бурцев А.П., Сошникова А.И., Цуканова Д.В., Шилин А.С. /Источник ЭДС для станции катодной защиты трубопровода/ Сборник тезисов региональной конференции «Проектирование и строительство», Курск, 2015.
Калашников С.Г. / Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506.
Сушкин И.Н. /Теплотехника. - М.: «Металлургия», 1973, с. 195-198.

Еще

Статья научная