в чем заключается различие жертвенного анода скз и протекторной установки

Электрохимическая защита

Различают три вида электрохимической защиты: протекторная, катодная и анодная.

Протекторная защита. Защищаемое от коррозии изделие соединяют с металлическим ломом из более электроотрицательного металла (протектора). Это равносильно созданию гальванического элемента, в котором протектор является анодом и будет разрушаться. Например, для защиты подземных сооружений (трубопроводов) на некотором расстоянии от них закапывают протектор (сплавы магния, цинк), присоединив его к сооружению (рис.9).

Рис. 9. Схема протекторной защиты: 1-защищаемый трубопровод; 2- стальной наконечник; 3-грунт; 4-засыпка (суспензия бетонита и алебастра); 5-протектор («жертвенный анод – Mg,Zn); 6-стальной провод с изоляцией

Цинковые протекторы применяются с 1825 г., когда Х. Дэви предложил использовать цинк для защиты медной обшивки

деревянных корпусов кораблей. В настоящее время протекторы на основе магниевых сплавов широко используются для защиты корпусов судов от коррозии в морской воде.

Протекторы, играющие роль анода, чаще применяются по сравнению с методами, связанными с использованием внешних источников тока (см. ниже катодная и анодная защита), поскольку протекторы не требуют затрат на оборудование и электроэнергию.

Катодная защита отличается от протекторной тем, что защищаемая конструкция, находящаяся в электролите (почвенная вода), присоединяется к катоду внешнего источника тока. В ту же среду помещают металлолом, который соединяют с анодом внешнего источника тока (рис.10).

Рис. 10. Схема катодной защиты. 1- провод с изоляцией; 2- грунт; 3-выпрямитель тока; 4- засыпка; 5-вспомогательный анод; 6-защищаемая конструкция (трубопровод)

Металлический лом, являясь анодом, подвергается разрушению, предохраняя от разрушения защищаемую конструкцию. На конструкцию подается отрицательный потенциал и, следовательно,

на ней возможны процессы только восстановления.

Анодная защита используется только для тех металлов, которые 22

при анодной нагрузке способны образовывать на своей поверхности пассивные оксидные или солевые пленки, защищающие металл от коррозии, например, железо в серной кислоте (рис.11).

Б

I, А

Рис. 11. АБ-активное растворение; БВ – образование пассивирующей пленки; ВС-пассивная область.

Анодная защита отличается от катодной тем, что защищаемая конструкция, присоединяется к положительному полюсу внешнего источника тока. В ту же среду помещают металлолом, который соединяют с отрицательным полюсом внешнего источника тока (рис. 12).

Из рис. 11 видно, что на поляризационной кривой имеется три характерных участка АБ, БВ и ВС. По мере повышения потенциала анода, на отрезке АБ наблюдается активное растворение металла. Максимум отвечает началу формирования пассивных пленок на поверхности, которые и тормозят растворение металла. Отрезку ВС соответствует пассивная область, когда поверхность полностью перекрыта пассивной пленкой и ток растворения очень мал.

— +

Б А

Рис. 12. Схема анодной защиты. А – конструкция; Б – металлолом

Поддерживая на защищаемой конструкции потенциал, отвечающий пассивной области поляризационной кривой, мы, таким образом, защищаем ее от коррозии.

Источник

Эволюция развития катодной защиты, как способ защиты от коррозии

Определение электрохимической защиты

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии – процесс, осуществляемый при воздействии постоянного электрического поля на предохраняемый объект из металлов или сплавов. Поскольку обычно доступен для работы переменный ток, используются специальные выпрямители для преобразования его в постоянный.

В случае катодной защиты трубопроводов защищаемый объект путём подачи на него электромагнитного поля приобретает отрицательный потенциал, то есть делается катодом.

Соответственно, если ограждаемый от коррозии отрезок трубы становится «минусом», то заземление, подводящееся к нему, – «плюсом» (т.е. анодом).

Антикоррозионная защита по такой методике невозможна без присутствия электролитической, с хорошей проводимостью, среды. В случае обустройства трубопроводов под землёй её функцию выполняет грунт. Контакт же электродов обеспечивается путём применения хорошо проводящих электрический ток элементов из металлов и сплавов.

В ходе протекания процесса между средой-электролитом (в данном случае грунтом) и защищаемым от коррозии элементом возникает постоянная разница потенциалов, значение которой контролируется при помощи высоковольтных вольтметров.

Методы защиты

Электрохимическая защита металлов от коррозии достигается следующими способами:

Эти покрытия в свою очередь бывают:

Классификация методик электрохимической катодной защиты

Такой способ предупреждения коррозии был предложен в 20-х годах XIX века и поначалу использовался в судостроении: медные корпуса кораблей обшивались протекторами-анодами, значительно снижающими скорость корродирования металла.

После того, как была установлена эффективность новой технологии, изобретение стало активно применяться в других областях промышленности. Через некоторое время оно было признано одним из самых эффективных способов защиты металлов.

В настоящее время используется два основных типа катодной защиты трубопроводов от коррозии:

Характеристики первого метода

Этот способ ЭХЗ трубопроводов, в силу простоты, наиболее распространён. Применятся он для предохранения крупных конструкций и элементов, в частности, трубопроводов подземного и наземного типов.

Методика помогает противостоять:

Характеристики второго метода

Эта технология предназначается, в отличие от первой, в том числе для защиты изделий небольших размеров. Методика наиболее популярна в США, в то время как в Российской Федерации используется редко. Причина в том, что для проведения гальванической электрохимическая защита трубопроводов необходимо наличие на изделии изоляционного покрытия, а в России магистральные трубопроводы таким образом не обрабатываются.

Средства катодной защиты на базе новых технологий

Для обеспечения эффективной электрохимической защиты в течение всего срока эксплуатации магистральных трубопроводов большого диаметра в экстремальных условиях Севера потребовался комплексный подход к разработке высоконадежных средств катодной защиты с резервированием электроснабжения.

Как известно наряду с пассивной защитой элементом активной защиты является катодная защита.

Электрохимзащита подземных коммуникаций должна быть непрерывной во времени и обеспечивать катодную поляризацию трубопровода на всем протяжении и по всей поверхности.

Активная катодная защита обеспечивается установкой катодной защиты (УКЗ) состоящей из источника электроснабжения, преобразователя (станция катодной защиты), анодного заземления, линий постоянного тока, неполяризующегося электрода сравнения длительного действия и контрольно-измерительного пункта (рис. 1).

Надежность эксплуатируемых газотранспортных систем зависит от состояния изоляции, работы средств катодной защиты, энергообеспечения этих средств и своевременного проведения капитального ремонта газотранспортных систем по результатам комплексного обследования.

Анализ отказов в работе эксплуатируемых средств катодной защиты показывает, что основной причиной выхода из строя установок являются низкая надежность элементной базы преобразователей (пробой диодных мостов, отсутствие блоков защиты от перенапряжения, выход из строя блоков управления).

По этой причине число отказов достигает 12-15 % от общего числа отказов.

Более 20 % отказов приходится на анодные заземления, которые выходят из строя по причине обрыва провода в зоне контактного узла (изоляция провода нарушается от воздействия хлора). Поэтому материал анода не полностью используется, что резко снижает срок его эксплуатации. Число отказов достигает 25 %.

Низкая надежность энергоснабжения наблюдается по причине отказов коммутационной аппаратуры (высоковольтные разъединители на каждой УКЗ), обрывы проводов ЛЭП 6-10 кВ в районах обледенения, веерное отключение предприятий, от подстанций которых обеспечивается энергоснабжение УКЗ. Число отказов достигает 22-25 %.

Многообразие и суровость природно-климатических условий Севера оказывают решающее влияние на эффективность выбора применения средств электрохимической защиты от коррозии.

Основные виды отказов (в %)

Обрыв провода к анодному заземлителю — 17% Обрыв катодного вывода — 2% Пробой диодов, тиристоров выпрямителя — 15% Нарушение контакта в переключателях и разъемах — 15% Неисправность блока управления и измерения — 5% Отключение сети 220 В — 12% Пробой трансформатора — 4% Неисправности высоковольтного разъединителя — 14% Обрыв ЛЭП 6-10 кВ — 6%

Климатические условия Севера характеризуется низкими отрицательными температурами, шквальными ветрами, снежными заносами, обледенениями. После длительной (до 9 месяцев) полярной ночи наступает короткое лето, которое характеризуется сильными туманами (п/о Ямал и другие регионы). Полярные ночи, туманы, высокая обводненность и заболоченность, сильное обледенение и снежные заносы затрудняют обслуживание и ремонт установок катодной защиты и линий электропередачи. Чередование мерзлотности, пучинистости, низкой и высокой минерализации, грунтов требуют прямо противоположных решений по защите от коррозии.

Таким образом, имеются специфические особенности, из которых следует исходить при разработке и проектировании систем защиты магистральных трубопроводов Севера России.

Учитывая особенности эксплуатации Северных газопроводов для проектирования катодной защиты предложена система катодной защиты Северных газопроводов на базе Новых технологий и аппаратуры. (рис. 2) Основные критерии эффективности катодной защиты системы представлены на рис. 3.

Рассмотрим основные элементы средств катодной защиты, обеспечивающие эффективность и надежность электрохимической защиты (рис. 4).

В настоящее время на магистральных газопроводах эксплуатируются более 18 тыс. станций катодной защиты (СКЗ) различных модификаций. Около 76 % СКЗ установлены в Северных регионах (Тюментрансгаз, Уралтрансгаз, Надымгазпром и т.д.).

Из них в эксплуатации находятся 23.4 % автоматическая СКЗ типа ПАСК,ТДЕ и др., которые по своим техническим характеристикам не отвечают требованиям ГОСТ Р 51164-98.

Созданию высоконадежных элементов системы катодной защиты ООО «ВНИИГАЗ» уделяет особое внимание, учитывая опыт эксплуатации на газотранспортных системах России и за рубежом.

ООО «ВНИИГАЗом» совместно с фирмой Газ де Франс и фирмой Симплекс по техническому заданию ОАО «Газпром» разработана высоконадежная автоматическая станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000, которая прошла трассовые испытания в южных регионах (Хива — Узбекистан) и северных (Уралтрансгаз, Тюментрансгаз).

Основные технические характеристики СКЗ МИНЕРВА-3000

Дополнительные технические характеристики

Степень защиты от воздействия окружающей среды Не ниже IР34 по ГОСТ 14254-80 Устойчивость к помехам, Гц 50 и 100 Класс силовых вентилей 12 Время необслуживаемой работы, лет 1 Уровень радиопомех Евростандарт Уровень шума отсутствует Защита от несанкционированного доступа Отсутствие движущихся частей (вентиляторы, пакетные переключатели) Удобство и простота обслуживания

Производство станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000 освоено на совместном Российско-Французском предприятии «КАТОДЪ».

Вторым важным элементом в УКЗ является анодное заземление.

ООО «ВНИИГАЗом» разработан электрод-заземлитель типа АЗМ-ЗХ для анодного заземления, который отвечает основным требованиям:

Технические характеристики АЗМ-ЗХ

Скорость растворения при плотности тока до 30 А/м2, кг/А в год — в грунтах 0.2 — в соленой воде 0.5 — в грунтах с применением коксоминерального наполнителя 0.1 Максимальный рабочий ток на у электрод, А 5 Сечение жилы провода, мм2 6 Рабочая поверхность, м2 0.29 Масса электрода, кг 35 Средний ресурс, Ампер-лет 50 Срок службы, не менее 15 Долговечность и надежность контактного узла, изоляция провода стойка к хлору Стабильность сопротивления растеканию постоянного тока в течение всего срока эксплуатации

Многолетние трассовые испытания, проводимые сотрудниками ООО «ВНИИГАЗа» Хмельницким Б.И. и Суровой В.А. и анализ эксплуатации анодов различных конструкции, показали, что надежность их работы зависит от множества факторов таких как:

По результатам лабораторных и трассовых испытаний разработана новая конструкция анодного типа АЗМ-ЗХ, которая успешно прошла трассовые испытания в высокоагрессивных грунтах на газопроводах Туркмении и Астраханьтрансгаза.

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения УКЗ в схему системы катодной защиты введен блок автоматического подключения СКЗ на резервную линию электроснабжения типа БАВР, который позволяет автоматически переключать СКЗ на резервный источник питания, тем самым обеспечит бесперебойную защиту магистральных трубопроводов во времени.

Техническая характеристика блока БАВР

Автоматическое переключение на резервную СКЗ-Р происходит при следующих режимах на СКЗ-О:

Организация схемы совместной катодной защиты многониточных газопроводов осуществляется с помощью блока совместной защиты типа БРТ-1-5, где число каналов, которое может обеспечивать подключение к одной УКЗ до 5 ниток газопровода.

Техническая характеристика блока БРТ

Тип изделия БРТ-1 … 5 Количество каналов 1-5 Максимальный ток канала, А 10-50 Сопротивление минимальное, Ом 0.005 Сопротивление максимальное, Ом 0.250 Количество ступеней регулирования 17 Напряжение на шунте, мВ 75 Масса, кг от 5 до 30 Охлаждение воздушное естественное Диод, кл 12

Управление по потенциалу станции катодной защиты осуществляется относительно биметаллического электрода сравнения длительного действия типа ЭДБ. Электрод (медно-титановый) со стабилизирующей обмазкой позволяет поддерживать заданный потенциал во времени близким к поляризационному для управления станций катодной защиты в автоматическом режиме. Конструктивное исполнение значительно повышает эксплуатационную надежность по сравнению с известными электродами типа ЭНЕС, МЭД-АКХ и другие, которые содержат электролиты и требуют по истечении определенного времени их замены или долива электролита.

Для организации системы мониторинга, подключения и вывода от контролируемых трубопроводов измерительных проводов в схему системы в зоне дренажа и по трассе газопровода устанавливаются универсальные колонки типа УК, различных модификаций, которые позволяют коммутировать сильноточные цепи (катодные-анодные цепи) и цепи к измерительным приборам (электрод сравнения, датчик измерения тока наводороживания, датчик температуры и т.д.)

Таким образом, рассмотренная схема организации катодной защиты, решает задачу резервирования средств катодной защиты;

Рис.1 Катодная защита для одиночного магистрального газопровода

Рис.2 Система катодной защиты северных газопроводов на базе новых технологий

Рис.3 Основные критерии эффективности катодной защиты

Рис.4 Система катодной защиты с резервным электропитанием и преобразователем

Особенности ЭХЗ трубопроводов

Главной причиной выхода трубопроводов из строя (частичной разгерметизации или полного разрушения отдельных элементов) является коррозия металла. В результате образования на поверхности изделия ржавчины на его поверхности появляются микроразрывы, раковины (каверны) и трещины, постепенно приводящие к выходу системы из строя. Особенно эта проблема актуальна для труб, пролегающих под землёй и всё время соприкасающихся с грунтовыми водами.

Принцип действия катодной защиты трубопроводов от коррозии предполагает создание разности электрических потенциалов и реализуется двумя вышеописанными способами.

После проведения измерений на местности было установлено, что необходимый потенциал, при котором замедляется любой коррозионный процесс, составляет –0,85 В; у находящихся же под слоем земли элементов трубопровода его естественное значение равно –0,55 В.

Чтобы существенно замедлить процессы разрушения материалов, нужно добиться снижения катодного потенциала защищаемой детали на 0,3 В. Если добиться этого, скорость коррозии стальных элементов не будет превышать значений 10 мкм/год.

Одну из самых серьёзных угроз металлическим изделиям представляют блуждающие токи, то есть электрические разряды, проникающие в грунт вследствие работы заземлений линий энергопередачи (ЛЭП), громоотводов или передвижения по рельсам поездов. Невозможно определить, в какое время и где они проявятся.

Разрушающее воздействие блуждающих токов на стальные элементы конструкций проявляется, когда эти детали обладают положительным электрическим потенциалом относительно электролитической среды (в случае трубопроводов – грунта). Катодная методика сообщает защищаемому изделию отрицательный потенциал, в результате чего опасность коррозии из-за этого фактора исключается.

Оптимальным способом обеспечения контура электрическим током является использование внешнего источника энергии: он гарантирует подачу напряжения, достаточного для «пробивания» удельного сопротивления грунта.

Обычно в роли такого источника выступают воздушные линии энергопередачи с мощностями 6 и 10 кВт. В случае отсутствия на участке пролегания трубопровода ЛЭП следует использовать генераторы мобильного типа, функционирующие на газе и дизельном топливе.

Источник

Электрохимическая защита нефтепроводов от коррозии

Определение электрохимической защиты

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии – процесс, осуществляемый при воздействии постоянного электрического поля на предохраняемый объект из металлов или сплавов. Поскольку обычно доступен для работы переменный ток, используются специальные выпрямители для преобразования его в постоянный.

В случае катодной защиты трубопроводов защищаемый объект путём подачи на него электромагнитного поля приобретает отрицательный потенциал, то есть делается катодом.

Соответственно, если ограждаемый от коррозии отрезок трубы становится «минусом», то заземление, подводящееся к нему, – «плюсом» (т.е. анодом).

Антикоррозионная защита по такой методике невозможна без присутствия электролитической, с хорошей проводимостью, среды. В случае обустройства трубопроводов под землёй её функцию выполняет грунт. Контакт же электродов обеспечивается путём применения хорошо проводящих электрический ток элементов из металлов и сплавов.

В ходе протекания процесса между средой-электролитом (в данном случае грунтом) и защищаемым от коррозии элементом возникает постоянная разница потенциалов, значение которой контролируется при помощи высоковольтных вольтметров.

Сущность протекторной защиты

Протекторная защита представляет собой использование специального вещества — ингибитора, который является металлом с повышенными электроотрицательными качествами. Под воздействием воздуха протектор растворяется, в результате чего основной металл сохраняется, несмотря на воздействие коррозийных факторов. Протекторная защита — одна из разновидностей катодного электрохимического метода.

Данный вариант антикоррозийных покрытий особенно часто применяется, когда предприятие стеснено в своих возможностях по организации катодной защиты от коррозийных процессов электрохимического характера. Например, если финансовые или технологические возможности предприятия не позволяют построить линии электропередач.

Схема протекторной защиты трубопровода

Протектор-ингибитор эффективен, когда показатель переходного сопротивления между защищаемым объектом, и средой вокруг него, не является значительной. Высокая результативность протектора возможна лишь на определенной дистанции. Чтобы выявить это расстояние, применяется определение радиуса антикоррозийного действия применяемого протектора. Данное понятие показывает максимальное удаление защищающего металла от охраняемой поверхности.

Суть коррозийных процессов сводится к тому, что наименее активный метал в период взаимодействия, привлекает к собственным ионам электроны более активного металла. Таким образом, в одно и то же время осуществляется сразу два процесса:

Спустя некоторое время эффективность протектора падает (в связи с потерей контакта с защищаемым металлом или же из-за растворения защищающего компонента). По этой причине возникает потребность в замене протектора.

Классификация методик электрохимической катодной защиты

Такой способ предупреждения коррозии был предложен в 20-х годах XIX века и поначалу использовался в судостроении: медные корпуса кораблей обшивались протекторами-анодами, значительно снижающими скорость корродирования металла.

После того, как была установлена эффективность новой технологии, изобретение стало активно применяться в других областях промышленности. Через некоторое время оно было признано одним из самых эффективных способов защиты металлов.

В настоящее время используется два основных типа катодной защиты трубопроводов от коррозии:

Характеристики первого метода

Этот способ ЭХЗ трубопроводов, в силу простоты, наиболее распространён. Применятся он для предохранения крупных конструкций и элементов, в частности, трубопроводов подземного и наземного типов.

Методика помогает противостоять:

Характеристики второго метода

Эта технология предназначается, в отличие от первой, в том числе для защиты изделий небольших размеров. Методика наиболее популярна в США, в то время как в Российской Федерации используется редко. Причина в том, что для проведения гальванической электрохимическая защита трубопроводов необходимо наличие на изделии изоляционного покрытия, а в России магистральные трубопроводы таким образом не обрабатываются.

Катодная защита магистральных газопроводов

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Катодную защиту применяют для предотвращения разрушения газопровода от почвенной коррозии, а также от блуждающих токов при нецелесообразности использования электродренажной защиты. Сущность катодной защиты заключается в катодной поляризации посторонним источником постоянного тока поверх­ности газопровода, соприкасающегося с землей, с защитной разностью потенциалов «газо­провод — земля». Поляризация осуществляется током, входя­щим в трубу из грунта. Труба при этом является катодом по отношению к грунту.

При катодной защите отри­цательный полюс источника по­стоянного тока — 2 подключают к газопроводу — 1, а положитель­ный — к искусственно создан­ному аноду — заземлению — 4 (рис. 3.3.). При включении источника тока, ток от его плюса через анодное заземление поступает в почву и через поврежденные участки изоляции на трубу. Далее через точку дренажа Д по соединительному проводу — 3 ток возвра­щается снова к минусу источника питания. При этом на оголенных участках газопровода начнется процесс катодной поляризации.

Рис. 3.3. Принципиальная схема катод­ной защиты газопровода

При электрохимической защите газопровода на всем его протяжении нельзя создать одинаковые значения защитного потенциала.

На наиболее удаленных участках от точки дренажа значения защитного потенциала будут меньше, чем в точке дренажа, вслед­ствие сопротивления материала трубы и утечек тока через покры­тие в грунт. Чтобы значение защитного потенциала в конце защитной зоны соответствовало по величине минимальному защитному потенциалу, в точке дренажа создают потенциал, значительно выше минимально защитного. При этом на близле­жащих к СКЗ участках значения защитного потенциала всегда выше, чем на конечных. Если не ограничивать величину защитного потенциала в точке дренажа, то это приводит к ускорению разру­шения и отслаиванию покрытия от металла трубы. Поэтому значения максимальных защитных потенциалов должны быть ограничены. В частности, для стальных газопроводов с защитным покрытием значение потенциала не должно превышать — 1,1 В по медно-сульфатному электроду сравнения.

Одним из основных элементов установки катодной защиты является катодная станция, включающая в себя источник посто­янного тока (преобразователь), контрольно-измерительные, за­щитные, коммутирующие и регулирующие приборы и устрой­ства.

Там, где имеются электросети, для защиты газопроводов применяют сетевые катодные станции, при отсутствии их — катод­ные станции, электропитание которых осуществляется от электро­генераторов с приводом от ветровых двигателей и двигателей внутреннего сгорания, от термоэлектрогенераторов, преобразую­щих тепловую энергию в электрическую. Можно применять и химические источники электропитания (аккумуляторы) на тех участках газопровода, где по условиям работы СКЗ требуются незначительные мощности. Так как магистральный газопровод имеет большую протяженность, то для его защиты устанавливают большое число СКЗ. Поэтому при прочих равных условиях необхо­димо учитывать их взаимное влияние, вызывающее повышение разности потенциала «газопровод — земля» и позволяющее увеличить защитную зону от каждой установки.

Протяженность защитной зоны СКЗ определяется длиной участка газопровода, на границах которого обеспечивается минимальный защитный потенциал. При неизменном значении наложенной разности потенциалов «газопровод — земля» в точке дренажа протяженность защитной зоны СКЗ зависит в основном от диаметра и толщины стенки газопровода, качества изоляции его, расстояния между газопроводом и анодом, удельного сопро­тивления грунта, окружающего газопровод.

Для увеличения защитной зоны СКЗ применяют катодные установки с экранными заземлениями. Они отличаются от обычных СКЗ наличием экранных заземлений, подключаемых к защищае­мому газопроводу или непосредственно к минусу катодной станции. Кроме того, защитную зону. СКЗ можно увеличить, установив дополнительные катодные заземления с автономным источником постоянного тока. Эффект применения их такой же, как и экранных заземлений. Катодные заземления располагают в районе точки дренажа на расстоянии 15 м от газопровода с любой стороны. Для параллельно проложенных ниток газопроводов катодную защиту осуществляют совместно, путем устройства перемычек между ними, оборудования общего анодного заземления и уста­новки общей СКЗ.

Для обеспечения более высокой надежности работы СКЗ проводят большие работы по их модернизации и автоматизации. Созданы высоковольтные и низковольтные блочно-комплектные установки (УКЗВ и УКЗН), обладающие высокой технологич­ностью монтажа, запасом по мощности и обеспеченные терморегу­ляцией. В настоящее время создаются автономные источники питания станций катодной защиты, особенно для районов Севера и Западной Сибири. ВНПО «Союзгазавтоматика» разработало автоматизированную электростанцию с термоэлектрогенератором АЭС-ТЭГ мощностью 1,28 кВт и электростанцию термогенератор­ную комплектную ЭТК УГМ-200 мощностью 0,8 кВт. ВНИИГаз разработал автономную установку катодной защиты УКЗА мощностью 1,8 кВт на базе моторгенераторов с устройством телеконтроля и передачей информации по телу трубы.

Анодное заземление — один из основных элементов катодной установки, от которого зависит эффективность ее работы. Оно служит для соединения положительного полюса катодной станции с землей. Анодное заземление должно удовлетворять следующим требованиям:

· иметь минимальное переходное сопротивление растеканию тока;

· обладать стабильным переходным сопротивлением в течение года;

· иметь наименьшие размеры;

· изготавливаться из наиболее долговечных и недифицитных материалов;

· быть простыми по устройству;

· иметь длительный срок службы при минимальных восстанови­тельных работах;

· иметь минимальную стоимость монтажа и эксплуатации.

Анодные заземления делятся на следующие типы:

· по материалу электрода — стальные, железокремниевые и графитовые;

· по форме профиля электродов — трубчатые, угловые и стержневые;

· по характеру засыпки — с засыпкой грунтом, коксом, углем, графитом;

· по расположению рабочих электродов — вертикальные, горизонтальные, комбинированные;

· по глубине установки — глу­бинные, поверхностные;

· по расстоянию от газопровода — удален­ные и приближенные.

По своей конструкции анодные заземлители различны. Но все они состоят из электрода, на поверхность которого нанесено специ­альное покрытие, или же помещенного в коксовую засыпку.

Сооружение анодного заземления связано со значительными затратами, поэтому при выборе типа анодного заземления необхо­димо учитывать технико-экономические показатели, а также удельное сопротивление грунта, глубину промерзания, располо­жение соседних сооружений, местные условия. Анодное заземление обычно устанавливают в местах с наименьшим удельным сопротив­лением грунта и не пригодных для сельскохозяйственных и других работ.

Конструктивно анодное заземление состоит из одного или нескольких заземлителей, соединенных между собой кабелем (при графитированных электродах) или изолированной стальной шиной (при стальных электродах), которые подключаются к соединитель­ным проводам источника питания. Перед засыпкой тщательно осматривают анодное заземление и измеряют его переходное сопротивление.

Протекторная защита

Протекторная защита по принципу действия аналогична катодной защите. Иногда ее называют катодной защитой гальваническими анодами. Различие между этими двумя видами защиты заключа­ется в том, что при протекторной защите необходимый для защиты ток создается крупным гальваническим элементом, в котором роль катода играет металлическая поверхность защищаемого сооружения, а роль анода – более электроотрицательный металл (протектор) (рис. 3.4.).

Из-за разности потенциалов «протектор — газо­провод» в цепи протекторной установки возникает электрический ток, который, притекая на газопровод, создает на нем потенциал более отрицательный, чем до подключения протекторной установки.

Рис.3.4. Схема установки протектора в засыпке: 1-засыпка; 2

-протектор; 3-узел присоединения; 4-соединительный кабель; 5 — газопровод

При защитной разности потенциалов «газопровод — земля», равной — 0,85 В (по медно-сульфатному электроду), на газопроводе практически прекращаются коррозионные процессы. Протектор же под действием стекающих с него токов растворяется.

Протекторную защиту на магистральных газопроводах приме­няют на участках, удаленных от источников электроснабжения, где нецелесообразно устанавливать СКЗ, в местах неполной защиты газопровода от действия СКЗ, на участках с блуждаю­щими токами небольшой интенсивности, а также для защиты от почвенной коррозии защитных кожухов на переходах газопро­водов через шоссейные и железные дороги. Вопрос о целесообраз­ности применения протекторной защиты для конкретного участка газопровода должен решаться с учетом местных особенностей и технико-экономических показателей.

В соответствии со СНИП-45-75 допускается применять протекторы для электрохимической защиты газопроводов только в групповых установках и грунтах с удельным электрическим сопротивлением не более 50 Оm-m. В качестве протекторов можно использовать все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше железа, т. е. имеющие более электро­отрицательный потенциал.

Для защиты магистральных газопроводов используют промыш­ленные протекторы из магниевых сплавов — ПМ5, ПМ10, ПМ20, ПМ5У, ПМ20У, МГА-13В и МГА-138-ПА.

В зависимости от назначения протекторы могут иметь самую различную конфигурацию (конструкцию). Протектор в виде троса из алюминиевых и цинковых проволок благодаря высокой пластич­ности и большой рабочей поверхности применяют для защиты от коррозии стальных труб в пресной воде, а также в почвах с высоким удельным сопротивлением. Сегментный протектор (рис.3.3.), состоящий из нескольких сегментов, применяют для защиты от коррозии стальных трубопроводов различного назначения.

Для повышения эффективности действия протектора его погружают в специальную смесь солей, называемую активатором. Активатор выполняет следующие функции: снижает собственную коррозию и сопротивление тока с протектора; уменьшает анодную поляризуемость;

устраняет причины, способствующие образованию плотных слоев продуктов коррозии на поверх­ности протектора. При ис­пользовании активатора обе­спечивается также стабиль­ный во времени ток в цепи «протектор — газопровод» и более длительный срок служ­бы протектора.

Рис.3.5. Сегментный протектор:1-газопровод; 2-покрытие из бетона; 3- сег-

Особенности ЭХЗ трубопроводов

Главной причиной выхода трубопроводов из строя (частичной разгерметизации или полного разрушения отдельных элементов) является коррозия металла. В результате образования на поверхности изделия ржавчины на его поверхности появляются микроразрывы, раковины (каверны) и трещины, постепенно приводящие к выходу системы из строя. Особенно эта проблема актуальна для труб, пролегающих под землёй и всё время соприкасающихся с грунтовыми водами.

Принцип действия катодной защиты трубопроводов от коррозии предполагает создание разности электрических потенциалов и реализуется двумя вышеописанными способами.

После проведения измерений на местности было установлено, что необходимый потенциал, при котором замедляется любой коррозионный процесс, составляет –0,85 В; у находящихся же под слоем земли элементов трубопровода его естественное значение равно –0,55 В.

Чтобы существенно замедлить процессы разрушения материалов, нужно добиться снижения катодного потенциала защищаемой детали на 0,3 В. Если добиться этого, скорость коррозии стальных элементов не будет превышать значений 10 мкм/год.

Одну из самых серьёзных угроз металлическим изделиям представляют блуждающие токи, то есть электрические разряды, проникающие в грунт вследствие работы заземлений линий энергопередачи (ЛЭП), громоотводов или передвижения по рельсам поездов. Невозможно определить, в какое время и где они проявятся.

Разрушающее воздействие блуждающих токов на стальные элементы конструкций проявляется, когда эти детали обладают положительным электрическим потенциалом относительно электролитической среды (в случае трубопроводов – грунта). Катодная методика сообщает защищаемому изделию отрицательный потенциал, в результате чего опасность коррозии из-за этого фактора исключается.

Оптимальным способом обеспечения контура электрическим током является использование внешнего источника энергии: он гарантирует подачу напряжения, достаточного для «пробивания» удельного сопротивления грунта.

Обычно в роли такого источника выступают воздушные линии энергопередачи с мощностями 6 и 10 кВт. В случае отсутствия на участке пролегания трубопровода ЛЭП следует использовать генераторы мобильного типа, функционирующие на газе и дизельном топливе.

Меры защиты от почвенной коррозии

Для предотвращения почвенной коррозии, в первую очередь, необходимо правильно выбрать маршрут прокладки кабельной трассы. Он не должен проходить в болотистой местности, в грунтах с повышенным содержанием влаги и извести. Также следует избегать участков с повышенным загрязнением, в том числе районы свалок бытовых и промышленных отходов, стока промышленных вод, мест с насыпными грунтами, включающими шлаки и т.д.

Если прокладку трассы мимо таких мест не удается обеспечить, то рекомендуется использовать кабельную продукцию с защитным пластиковым покрытием оболочки. При расположении в грунтах с повышенным содержанием агрессивных веществ эффективную защиту металлических оболочек кабелей дает прокладка внутри асбестоцементных труб.

Дополнительно может потребоваться использование электрических способов защиты от коррозии.

Меры защиты от электрической коррозии

Для предотвращения этого типа коррозии используются способы электрической защиты кабеля, которые также применяют и для защиты от химической коррозии.

Суть электрической защиты заключается в подаче отрицательного потенциала на металлическую оболочку кабеля, что позволяет прекратить на ее поверхности электролитические процессы.

Электрическую защиту подразделяют на три типа:

При катодной защите земля работает как катод. Между оболочкой кабеля и грунтом при помощи специальной катодной станции прикладывается разница потенциалов, что приводит к возникновению постоянного тока. Его протекание от почвы на кабель обеспечивает поляризацию.

Протекторная защита от коррозии не требует использования внешнего источника поляризационного тока. В качестве него используется гальванический элемент, который формируется металлической оболочкой кабеля («катод») и специальным металлическим элементом («анод»). Между ними в среде электролита возникает разница потенциалов. В результате протекания поляризационного тока происходит реакция восстановления металла кабельной оболочки и окисления протектора. Для защиты металлической оболочки кабелей от коррозии в зоне действия блуждающих токов промышленной частоты используются не обычные, а поляризованные протекторы. Их особенностью является подключение к кабельной оболочке через диод.

Электрический дренаж — это способ защиты кабеля от коррозии, предусматривающий отвод блуждающих токов при помощи проводника. Дренажный проводник подключается к металлической оболочке кабеля в центральной части анодной зоны, где накапливается наиболее значительный потенциал по отношению к земле. По этому проводнику блуждающие токи отводятся к минусовой шине подстанции или к рельсам.

Источник