Электрозащита трубопроводов и резервуаров от почвенной коррозии

Электрозащита магистральных трубопроводов от коррозии осу­ществляется установками катодной, протекторной и электродренаж­ной защиты.

Электрозащита как активный способ дополняет пассивную за­щиту, т.е. покрытие поверхности, трубопроводов и резервуаров противокоррозионной изоляцией. Применение электрозащиты как самостоятельного мероприятия обычно не практикуется, так как при этом значительно возрастает мощность установок и резко со­кращается длина защищаемого участка.

Катодная защита заключается в создании отрицатель­ного потенциала на поверхности трубопровода, благодаря чему предотвращается возможность выхода электрического тока из трубы, сопровождаемого ее коррозионным разъеданием. С этой целью трубопровод превращают в катод путем подключения трубы к отри­цательному полюсу постороннего источника постоянного тока, по­ложительный полюс которого (анод) присоединяют к специаль­ному электроду-заземлителю, ус­тановленному в стороне от трассы трубопровода. В результате до­стигается так называемая катодная поляризация (т. е. односторонняя проводимость, исключающая об­ратное течение тока), при которой токи входят из грунта в трубу, так как она является в данном слу­чае катодом по отношению к грун­ту. Исключив выход токов из тру­бы, тем самым прекращают ее кор­розию. Принципиальная схема защиты катодными установками при­ведена на рис. 82. Как видно из схемы, ток от анода 1 (положитель­ного полюса) источника питания через анодное заземление 2 посту­пает в почву и через поврежденные участки изоляции на трубу 3. Затем, через точку дренажа Д возвращается к источнику питания 1 через отрицательный полюс.

 

Рис. 82.Схема катодной защиты трубопровода:

1 — источник постоянного тока; 2 — анод­ное заземление; 3 — трубопровод;

В результате вместо трубопровода разрушается анодный заземлитель 2. Величину электрохимического (электродного) потенциала трубопровода, возникающего при его взаимодействии с грунтовым электролитом, обычно определяют по разности потенциалов между электродами: трубопроводом и неполяризующимся медносульфатным полуэлементом.

В этом случае значение потенциала трубопро­вода представляет собой разность его электродного потенциала и потенциала электрода сравнения по отношению к грунту (потен­циал «труба — земля»).

Для надежной работы катодной защиты подземного трубопровода разность потенциалов между трубопроводом и окружающим его грунтом (когда трубопровод является катодом) должна быть в пре­делах от — 0,87 до — 1,2 В (измеренные по медносульфатному электроду сравнения).

При увеличении отрицательного потенциала свыше — 1,2 В происходит интенсивная катодная реакция, которая при­водит к нарушению адгезии изоляции (вследствие выделения ато­марного водорода на поверхности трубы).

Рис. 83. Станция катодной защиты:

1 — электрод защитного заземления; 2 — соединительная шина;

3 — железобетонный столб; 4 — ограждение; 5 — выпрямитель (сетевая катодная станция); 6 — деревянный столб; 7 — газовая труба; 8 — ввод переменного тока; 9 — ЛЭП на 220 В; 10 — изоляторы ТФ-2; 11 — ввод выпрямительного тока; 12 — провод анодного заземления; 13 — опора связи трубопровода; 14 — катодный вывод в железобетонном столбике; 15 — кабель; 16 — газо­провод; 17 — точка дренажа; 18 — провод; 19 — анодное заземление в коксовой засыпке;

 

Станции катодной защиты (СКЗ) представляют собой устройства, состоящие из источника постоянного тока или преобразователя переменного тока в постоянный, контрольных и регулирующих приборов и соединительных кабелей. При наличии источников электроснабжения вблизи трассы магистрального трубопровода станции катодной защиты питаются от линии электропередач, при этом для выпрямления тока служат полупроводниковые выпрямители. На рис. 83 показан общий вид станции катодной защиты. В каче­стве анодного заземления применяют металлические (стальные, железокремнистые) и неметаллические (графитированные) электроды. Конструкция стального анодного заземления создается из труб, прутков, уголков, рельсов и др.

Расстояние между трубопроводом и анодным заземлением принимается равными 100—200 м, а до опоры станции катодной защиты 5 м. Одна станция катодной защиты обычно обслуживает трубопровод при среднем качестве изоляции протяженностью 10—15 км, при этом мощность источника электро­энергии для питания катодной установки на существующих установ­ках колеблется в пределах 0,1—1,0 кВт в зависимости от качества изоляции трубопровода, толщины его стенок, свойств грунта и дру­гих показателей. Катодную защиту применяют также для защиты днищ стальных резервуаров.

Для выполнения электрических измерений по трассе трубопро­водов, требующих контактирования с трубой, а также для подклю­чения станций катодной или протекторной защиты устраивают так называемые катодные выводы - устройства, выве­денные на поверхность земли при помощи изолированного провод­ника. Катодные выводы устанавливают в катодных колодцах или измерительных колонках, изготовленных из обрезков труб или в виде железобетонных столбиков. При включении напряжения питания СКЗ устанавливают разность потенциалов «трубопровод— земля» в точке дренажа, равной — 1,2 В (по отношению к медносульфатному электроду), после чего замеряют потенциалы по длине трубопровода в обе стороны от СКЗ у всех катодных выводов. Мини­мальное значение в конце защищаемого участка должно быть не менее — 0,87 В. По результатам измерений строят график разности потен­циалов по длине трубопровода.

В соответствии с правилами устройства электрохимической защиты на магистральных трубопроводах СКЗ включают и нала­живают в начале эксплуатации.

В связи с тем, что анодные заземлители, интенсивно разъедаемые, требуют большого количества металла, исчисляемого тоннами, и подлежат замене каждые 3—4 года, с целью экономии металла применяют старые трубы или рельсы. В целом стоимость установок катодной защиты и их эксплуатации связана с небольшими расхо­дами наряду с их большой эффективностью.

Протекторная защита применяется для защиты трубо­проводов и других сооружений от почвенной коррозии преимуще­ственно в тех случаях, когда не может быть использована катодная защита из-за отсутствия источников электроснабжения или для защиты отдельных узлов и сооружений.

Этот вид защиты осуществляется при помощи электродов (про­текторов), закапываемых в грунт рядом с защищаемым сооружением.

Обычно протекторная установка выполняется в виде контрольно-измерительной колонки, устанавливаемой на трубе, рядом с которой закапывают протектор, заключенный в активатор.

Принцип работы протекторной защиты аналогичен гальваниче­скому элементу и основан на том (как и при катодной защите), что при замыкании двух электродов, помещенных в грунт (электролит), в цепи протекает ток от электрода с менее отрицательным потенциа­лом (анода) к электроду с более отрицательным потенциалом (катоду).

В данном случае протектор, являясь анодом, будучи соединен с катодом-трубой, образует гальваническую пару, в которой ток, попадая на трубу, поляризует ее, предохраняя ее от коррозии, в то время рак анод разрушается (рис. 84). Протекторы обычно изготовляют из всевозможных сплавов магния, алюминия и цинка, имеющих более отрицательный потенциал по отношению к стальным трубам и другим защищаемым сооружениям. Наиболее широкое применение имеют магниевые сплавы МЛ-4 и МЛ-5.

Установки протекторной защиты являются несложными устрой­ствами, не требующими специального обслуживания. Недостаток протекторных установок — это небольшая протяженность защищаемо­го участка и сравнительно большой расход цветных металлов.

Станции дренажной защиты сооружают вблизи железных электрифицированных дорог, где возникают блуждающие токи в при-мыкающем грунте. Защита трубопро­водов от коррозирующего воздейст­вия блуждающих токов путем отвода этих токов электрической перемыч­кой из анодных зон к источнику этих токов (например, к тяговому рельсу) носит название электродренажной защиты. Блуждающие токи пред­ставляют собой большую опасность для трубопроводов, так как вследствие большой силы тока они могут привести к значительным коррозионным повреждениям. Защиту трубопроводов от блуждающих токов проводят в двух направлениях: путем внедрения различных мероприятий по преду­преждению их возникновения, а также путем предотвращения входа блуждающих токов в трубопровод и отвода их обратно в грунт. В первом случае уменьшают сопротивление рельсового пути иэлектропроводимость между рельсами и землей. С этой целью, например, рельсы соединяют между собой проводами, создавая непре­рывную электрическую линию, а трубопровод прокладывают как можно дальше от рельсов электрической железной дороги. Во втором случае применяют методы электрозащиты (электродренажа). Способ защиты выбирают на основе выявления опасных зон возникновения блуждающих токов путем измерений разности потенциалов между трубопроводом и грунтом, а также рельсами электри­ческой железной дороги, величины и направления тока вдоль трубо­провода и плотности тока, выходящего из трубопровода в землю в анодных зонах.

На магистральных трубопроводах наиболее широко применяют электромагнитные дренажные установки типа УПДУ-57, на номи­нальный ток З00А. В настоящее время создана усиленная дренажная установка УДУ-2400, представляющая собой сочетание дренажной и катодной защиты для применения в тех случаях, когда тре­буется усиленный дренаж при одновременном действии источников блуждающих токов.

 

Рис. 84.Схема протекторной установки с контактным

выво­дом:

1 — труба; 2 — контрольно-измери­тельная колонка; 3 — активатор; 4 — протектор;

 

В процессе эксплуатации устройств электрохимической защиты трубопровода в целях контроля ее эффективности производят пери­одические измерения ее основных параметров — разности потенциалов «труба — земля», сопротивления цепи катодных установок и их эле­ментов, тока цепи протекторных установок. Обычно измеряют высокоомным вольтметром или потенциометром ЭП-1М; отрицательный зажим подключают к катодному выводу трубопровода, а положительный зажим к медносульфатному электроду сравнения, который устана­вливают над обследуемым трубопроводом на расстоянии 25 м от ка­тодного вывода. Для поддержания потенциала «труба — земля» (на уровне от 0,87—1,2 В) применяют ряд мероприятий на основе производственной проверки состояния изоляционного покрытия и трубы. В местах нарушения изоляции и обнаружения раковин или каверн в теле трубы производят ремонтные работы по их устра­нению и восстановлению изоляции, а в отдельных случаях устана­вливают дополнительные катодные станции и протекторные уста­новки.