Катодная защита магистральных газопроводов

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

 

Общим, или защитным, потенциалом газопровода называют потенциал, измеренный по отношению к земле («газопровод - земля»), при котором ток коррозии практически равен нулю. Минимальный защитный потенциал стальных газопроводов в нашей стране в любой среде принят равным -0,85 В по медно-сульфатному электроду сравнения. При наличии анаэробной биокоррозии защитный потенциал должен быть более отрицатель­ным и равным -0,95 В.

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-