електрохімзахисту газопроводів

Засоби протикорозійного захисту

Корозія підземних трубопроводів і захист від неї
Установки катодного захисту
Установки катодного захисту
Установки гальванічної захисту
Установки з протяжними або розподіленими анодами.

1. Корозія підземних трубопроводів і захист від неї

Корозія підземних трубопроводів є однією з основних причин їх розгерметизації внаслідок утворення каверн, тріщин і розривів. Корозія металів, тобто їх окислення - це перехід атомів металу з вільного стану в хімічно пов'язане, іонну. При цьому атоми металу втрачають свої електрони, а окислювачі їх приймають. На підземному трубопроводі за рахунок неоднорідності металу труби і через неоднорідність грунту (як за фізичними властивостями, таки за хімічним складом) виникають ділянки з різним електродним потенціалом, що зумовлює утворення гальванічних корозійних. Найважливішими видами корозії є: поверхнева (суцільна по всій поверхні), місцева у вигляді раковин, виразкова, щілинна та утомлююча корозійне розтріскування. Два останні види корозії становлять найбільшу небезпеку для підземних трубопроводів. Поверхнева корозія лише в рідкісних випадках призводить до пошкоджень, тоді як з приводу виразкової корозії відбувається найбільше число ушкоджень. Корозійна ситуація, в якій знаходиться металевий трубопровід в грунті, залежить від великої кількості факторів, пов'язаних з грунтовими і кліматичними умовами, особливостями траси, умовами експлуатації. До таких факторів належать:

вологість ґрунту,
хімічний склад грунту,
кислотність грунтового електроліту,
структура грунту,
температура газу, що транспортується

Найбільш сильним негативним проявом блукаючих струмів в землі, що викликається електрифікованим рейковим транспортом постійного струму, є електрокоррозіонное руйнування трубопроводів. Інтенсивність блукаючих струмів і їх вплив на підземні трубопроводи залежить від таких факторів, як:

перехідний опір рейок-земля;
поздовжнє опір ходових рейок;
відстань між тяговими підстанціями;
споживання струму електропоїздами;
число і перетин відсмоктуючих ліній;
питомий електричний опір ґрунту;
відстань і розташування трубопроводу щодо шляху;
перехідний і поздовжнє опір трубопроводу.

Слід зазначити, що блукаючі струми в катодних зонах надають захисну дію на спорудження, тому в таких місцях катодний захист трубопроводу може бути здійснена без великих капітальних витрат.

Методи захисту підземних металевих трубопроводів від корозії підрозділяються на пасивні і активні.

Пасивний метод захисту від корозії передбачає створення непроникного бар'єру між металом трубопроводу та навколишнім його грунтом. Це досягається нанесенням на трубу спеціальних захисних покриттів (бітум, кам'яновугільний пек, полімерні стрічки, епоксидні смоли та ін).

На практиці не вдається домогтися повної cплошності ізоляційного покриття. Різні види покриття мають різну диффузионную проникність і тому забезпечують різну ізоляцію труби від навколишнього середовища. В процесі будівництва і експлуатації в ізоляційному покритті виникають тріщини, задираки, вм'ятини та інші дефекти. Найбільш небезпечними є наскрізні пошкодження захисного покриття, де, практично, і протікає грунтова корозія.

Так як пасивним методом не вдається здійснити повний захист трубопроводу від корозії, одночасно застосовується активний захист, пов'язана з управлінням електрохімічними процесами, що протікають на кордоні металу труби і грунтового електроліту. Такий захист носить назву комплексного захисту.

Активний метод захисту від корозії здійснюється шляхом катодного поляризації і заснований на зниженні швидкості розчинення металу відповідно до зміни його потенціалу корозії в область більш негативних значень, ніж природний потенціал. Дослідним шляхом встановили, що величина потенціалу катодного захисту стали становить мінус 0,85 Вольт щодо медносульфатного електрода порівняння. Так як природний потенціал стали в грунті приблизно дорівнює -0,55. -0,6 Вольта, то для здійснення катодного захисту необхідно змістити потенціал корозії на 0,25. 0,30 Вольта в негативну сторону.

Докладаючи між поверхнею металу труби і грунтом електричний струм, необхідно досягти зниження потенціалу в дефектних місцях ізоляції труби до значення нижче критерію захисного потенціалу, рівного - 0,9 В. У результаті цього швидкість корозії значно знижується.

2. Установки катодного захисту

Катодний захист трубопроводів можна здійснити двома методами:

застосуванням магнієвих жертовних анодів-протекторів (гальванічний метод);
застосуванням зовнішніх джерел постійного струму, мінус яких з'єднується з трубою, а плюс - з анодним заземленням (електричний метод).

В основу гальванічного методу покладено той факт, що різні метали в електроліті мають різні електродні потенціали. Якщо утворити гальванопари з двох металів і помістити їх в електроліт, то метал з більш негативним потенціалом стане анодом і буде руйнуватися, захищаючи, тим самим, метал з менш негативним потенціалом. На практиці в якості жертовних гальванічних анодів використовуються протектори з магнієвих, алюмінієвих і цинкових сплавів.

Застосування катодного захисту за допомогою протекторів ефективно тільки в низькоомних грунтах (до 50 Ом-м). У високоомних грунтах такий метод необхідної захищеності не забезпечує. Катодний захист зовнішніми джерелами струму більш складна і трудомістка, але вона мало залежить від питомого опору грунту і має необмежений енергетичний ресурс.

Як джерела постійного струму, як правило, використовуються перетворювачі різної конструкції, що живляться від мережі змінного струму. Перетворювачі дозволяють регулювати захисний струм в широких межах, забезпечуючи захист трубопроводу в будь-яких умовах.

Як джерела живлення установок катодного захисту використовуються повітряні лінії 0,4; 6; 10 кВ. Захисний струм, що накладається на трубопровід від перетворювача і створює різницю потенціалів "труба-земля", розподіляється нерівномірно по довжині трубопроводу. Тому максимальне за абсолютною величиною значення цієї різниці знаходиться в точці підключення джерела струму (точці дренажу). У міру віддалення від цієї точки різниця потенціалів "труба-земля" зменшується. Надмірне завищення різниці потенціалів негативно впливає на адгезію покриття і може викликати наводоражіваніе металу труби, що може стати причиною водневого розтріскування. Катодний захист є одним з методів боротьби з корозією металів в агресивних хімічних середовищах. Вона заснована на перекладі металу з активного стану в пасивне і підтримці цього стану за допомогою зовнішнього катодного струму. Для захисту підземних трубопроводів від корозії по трасі їх залягання споруджуються станції катодного захисту (СКЗ). До складу СКЗ входять джерело постійного струму (захисна установка), анодне заземлення, контрольно-вимірювальний пункт, з'єднувальні проводи та кабелі. Залежно від умов захисні установки можуть харчуватися від мережі змінного струму 0,4; 6 або 10кВ або від автономних джерел. При захисті багатониткових трубопроводів, прокладених в одному коридорі, може бути змонтовано кілька установок і споруджено кілька анодних заземлень. Однак, з огляду на те, що при перервах в роботі системи захисту, через різницю природних потенціалів з'єднаних глухий перемичкою труб, утворюються потужні гальванопари, що призводять до інтенсивної корозії, з'єднання труб з установкою має здійснюватися через спеціальні блоки спільного захисту. Ці блоки не тільки роз'єднують труби між собою, але і дозволяють встановлювати оптимальний потенціал на кожній трубі. Як джерела постійного струму для катодного захисту на СКЗ в основному використовуються перетворювачі, які живляться від мережі 220 В промислової частоти. Регулювання вихідної напруги перетворювача здійснюється вручну, шляхом перемикання відводів обмотки трансформатора, або автоматично, за допомогою керованих вентилів (тиристорів). Якщо установки катодного захисту працюють в умовах, що змінюються в часі, які можуть обумовлюватися впливом блукаючих струмів, зміною питомого опору грунту або іншими факторами, то доцільно передбачати перетворювачі з автоматичним регулюванням вихідної напруги. Автоматичне регулювання може здійснюватися за потенціалом захищається споруди (перетворювачі потенціостата) або по струму захисту (перетворювачі гальваностати).

3. Установки дренажного захисту

Електричний дренаж є найбільш простим, не вимагає джерела струму видом активного захисту, так як трубопровід електрично з'єднується з тяговими рейками джерела блукаючих струмів. Джерелом захисного струму є різниця потенціалів трубопровід-рейок, що виникає в результаті роботи електрифікованого залізничного транспорту і наявності поля блукаючих струмів. Перебіг дренажного струму створює необхідний зсув потенціалу на підземному трубопроводі. Як правило, в якості захисного пристрою використовується плавкі запобіжники, однак знаходять застосування і автоматичні вимикачі максимального навантаження з поверненням, тобто відновлюють ланцюг дренажу після спадання небезпечного для елементів установки струму. Як поляризованого елемента використовуються вентильні блоки, зібрані з декількох, з'єднаних паралельно лавинних кремнієвих діодів. Регулювання струму в ланцюзі дренажу здійснюється зміною опору в цьому ланцюзі шляхом перемикання активних резисторів. Якщо застосування поляризованих електродренажей неефективно, то використовується посилені (форсовані) електродренажі, що представляють собою установку катодного захисту, як анодного заземлювача якої використовуються рейки електрифікованої залізниці. Струм форсованого дренажу, що працює в режимі катодного захисту, не повинен перевищувати 100А, і застосування його не повинно призводити до появи позитивних потенціалів рейок щодо землі, щоб виключити корозію рейок і рейкових скріплень, а також приєднаних до них конструкцій.

Електродренажного захист допускається підключати до рейкової мережі безпосередньо лише до середніх точок колійних дросель-трансформаторів через два на третій дросельний пункт. Більш часте підключення допускається, якщо в ланцюзі дренажу включено спеціальний захисний пристрій. В якості такого пристрою може бути використаний дросель, повне вхідний опір якого сигнальному струму системи СЦБ магістральних залізниць частотою 50 Гц становить не менше 5 Ом.

4. Установки гальванічної захисту

Установки гальванічної захисту (протекторні установки) застосовуються для катодного захисту підземних металевих споруд в тих випадках, коли застосування установок, які живляться від зовнішніх джерел струму, економічно недоцільно: відсутність ліній електроживлення, невелика протяжність об'єкта і т.п.

Зазвичай протекторні установки застосовуються для катодного захисту наступних підземних споруд:

резервуарів і трубопроводів, що не мають електричних контактів із суміжними протяжними комунікаціями;
окремих ділянок трубопроводів, які не забезпечуються достатнім рівнем захисту від перетворювачів;
ділянок трубопроводів, електрично відсічених від магістралі ізолюючими сполуками;
сталевих захисних кожухів (патронів), підземних резервуарів і ємностей, сталевих опор і паль та інших зосереджених об'єктів;
лінійної частини споруджуваних магістральних трубопроводів до введення в дію установок постійної катодного захисту.

Досить ефективний захист протекторними установками можна здійснити в грунтах з коефіцієнтом електроопору не більше 50 Ом.

5. Установки з протяжними або розподіленими анодами.

Як вже зазначалося, при застосуванні традиційної схеми катодного захисту розподіл захисного потенціалу вздовж трубопроводу нерівномірно. Нерівномірність розподілу захисного потенціалу призводить як до надлишкової захисту поблизу точки дренажу, тобто до не-продуктивної витраті електроенергії, так і до зменшення захисної зони установки. Цього недоліку можна уникнути використовуючи схему з протяжними або розподіленими анодами. Технологічна схема ЕХЗ з розподіленими анодами дозволяє збільшити довжину захисної зони в порівнянні зі схемою катодного захисту з зосередженими анодами, а також забезпечує більш рівномірний розподіл захисного потенціалу. При застосуванні технологічної схеми ЗХЗ з розподіленими анодами можуть використовуватися різні схеми розміщення анодних заземлень. Найбільш простий є схема з анодними заземленнями, рівномірно встановленими вздовж газопроводу. Регулювання захисного потенціалу здійснюється шляхом зміни струму анодного заземлення за допомогою регулювального опору або будь-якого іншого пристрою, що забезпечує зміна струму в необхідних межах. У разі виконання заземлений з декількох заземлювачів регулювання захисного струму може здійснюватися за рахунок зміни числа включених заземлювачів. У загальному випадку заземлювачі, найближчі до перетворювача, повинні мати більш високий перехідний опір. Протекторна захист Електрохімічний захист за допомогою протекторів заснована на тому, що за рахунок різниці потенціалів протектора і захищається металу в середовищі, що представляє собою електроліт, відбувається відновлення металу і розчинення тіла протектора. Оскільки основна маса металевих конструкцій в світі робиться з заліза, як протектор можуть використовуватися метали з більш негативним, ніж у заліза, електродним потенціалом. Їх три - цинк, алюміній і магній. Основна відмінність магнієвих протекторів - найбільша різниця потенціалів магнію і стали, благотворно впливає на радіус захисної дії, який становить від 10 до 200 м, що дозволяє використовувати меншу кількість магнієвих протекторів, ніж цинкових і алюмінієвих. Крім того, у магнію і магнієвих сплавів, на відміну від цинку і алюмінію, відсутній поляризація, супроводжувана зменшенням токоотдачи. Ця особливість визначає основне застосування магнієвих протекторів для захисту підземних трубопроводів в грунтах з високим питомим опором