Особенности и методы протекторной защиты трубопроводов от коррозии

Катодная защита

Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.

Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение.

  • Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
  • С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
  • Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие – выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
  • Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.

Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной.

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.


Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый.

Протекторная защита от коррозии трубопроводов

Практика показывает, что протекторная защита от коррозии трубопроводов – это достаточно эффективное и простое решение, а реализуется она благодаря использованию гальванических анодов – таким образом удается эффективно защищаться от почвенной коррозии.

Это автономный вариант, который оказывается работающим и в полной мере самодостаточным даже в условиях отсутствия источников электроэнергии, и данный аспект делает подобный метод еще более интересным и востребованным.

Одиночная установка такого типа рассчитывается по следующим параметрам:

  • Сила тока в протекторе,
  • Показатели сопротивления протектора,
  • Защита, которая необходима на 1 км трубы,
  • Количество протекторов на тот же отрезок,
  • Срок службы защиты,
  • Расстояние между элементами защиты в системе.

Привлекательным оказывается тот фактор, что протекторная защита от коррозии трубопроводов оказывается дешевле и проще в исполнении, нежели катодная защита, и, опять же, источник питания для нее не требуется. Протекторами в такой ситуации становятся магний или цинк, а также различные специализированные магниевые сплавы либо сплавы алюминия.

Реализуется же такой метод защиты одиночными установками или групповыми решениями. Конкретные условия сооружения, которое уже имеется или еще только проектируется, диктуют выбор типа и схемы расстановки подобного оснащения. Эффективность метода настолько высока, что он применяется для защиты от коррозии не только в рамках почв, но и при соприкосновении с морской водой.

По сути своей протекторная защита от коррозии трубопроводов оказывается одним из вариантов катодной защиты, и отличительной особенностью становится лишь отсутствие необходимости использования источника постоянного тока. Гальванический элемент большого размера выдает необходимое напряжение, катодом же выступает либо сама конструкция, которая подвергается защите, либо протектор.

Метод основан на создании электрического потенциала самопроизвольного типа, который образуется между анодом и металлом, который следует защищать, а в качестве анода же используется какой-либо металл, который способен легко разрушаться.

Анод для повышения эффективности погружают обычно в активатор, в качестве которого используется солевая смесь. Таким образом, от классической катодной защиты данный метод отличается только методом получения того электрического тока который необходим для защиты. А вместе с механическим упрочнением такой метод дает превосходные результаты.

Именно такие методы рекомендуется использовать для обеспечения защиты трубопроводов распределительного, промыслового или магистрального типов.

Магниевые протекторы, которые применяются в данных сферах, были разработаны еще 20 лет назад, и методика продолжает в полной мере оправдывать себя на протяжении всех этих лет.

При полном растворении протектора его необходимо просто заменить, после чего система вновь станет работоспособной. Это очень надежное в эксплуатации решение, которое может порадовать также и простотой своей реализации, обслуживания и всех прочих аспектов.

По сути своей протекторная защита от коррозии трубопроводов оказывается одним из вариантов катодной защиты, и отличительной особенностью становится лишь отсутствие необходимости использования источника постоянного тока. Гальванический элемент большого размера выдает необходимое напряжение, катодом же выступает либо сама конструкция, которая подвергается защите, либо протектор.

Что такое протекторная защита?

Протекторная защита — вариант антикоррозийной обработки, которая предполагает контакт металлической предохраняемой поверхности с протектором – ингибитором, более активным металлом. Под воздействием воздуха ингибитор предохраняет основное изделие (трубопровод, систему водоснабжения или отопления, корпус корабля и пр.) от разрушения.

Протекторная защита металлов от коррозии является оптимальной при отсутствии возможности проведения специальных электрических линий для создания эффективной катодной защиты перед электрохимической ржавчиной либо при нецелесообразности такого метода. Применять протекторную защиту целесообразно на малогабаритных объектах либо в случаях, когда поверхность обрабатываемого сооружения покрыта изоляционным материалом.

Протектор может полностью предохранить от повреждения основной объект в случае, если показатель переходного сопротивления между объектом и окружающей средой незначительный.

Но протекторная защита от коррозии имеет положительный эффект только на каком-то расстоянии, то есть каждый из видов протекторов имеет свой радиус антикоррозийного действия. Это максимальное расстояние протектора от предохраняемого объекта.

Для антикоррозийной защиты применяют установки, которые состоят из одного или нескольких протекторов, соединительных кабелей и контрольно-измерительных участков. Если есть необходимость, то в схему включают шунты, регулирующие резисторы, поляризованные элементы. Монтируют установки ниже уровня промерзания грунта (не менее 1 метра). Располагают протектор на расстоянии 3 — 7 метров от защищаемого сооружения. Более близкое может спровоцировать повреждение изоляционного слоя солями растворяющегося ингибитора.

Протекторная защита от коррозии трубопроводов предполагает, что электроны более активного металла будут присоединяться к ионам менее активного вещества. В результате такого взаимодействия происходят два процесса:

  1. Менее активный металл восстанавливается.
  2. Протектор окисляется, защищая основное сооружение от коррозии.

Так как во время активного взаимодействия с окружающей средой и трубопроводом протектор полностью «растворяется» или просто теряет контакт с предохраняемым сооружением, то защитный механизм периодически необходимо восстанавливать.


Для антикоррозийной защиты применяют установки, которые состоят из одного или нескольких протекторов, соединительных кабелей и контрольно-измерительных участков. Если есть необходимость, то в схему включают шунты, регулирующие резисторы, поляризованные элементы. Монтируют установки ниже уровня промерзания грунта (не менее 1 метра). Располагают протектор на расстоянии 3 — 7 метров от защищаемого сооружения. Более близкое может спровоцировать повреждение изоляционного слоя солями растворяющегося ингибитора.

Технический углерод

Технический углерод – высокодисперсный углеродистый материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения).


Практически наиболее важна флокуляция в водной среде, обусловленная действием растворённых в ней высокомолекулярных соединений (полиэлектролитов или неионогенных полимеров).

Технология катодной защиты трубопроводов от коррозии

Защита трубопроводов от коррозии может выполняться посредством множества технологий, наиболее эффективным из которых является электрохимический метод, к которому и относится катодная защита. Зачастую антикоррозийная катодная защита применяется комплексно, вместе с обработкой стальной конструкции изолирующими составами.

Магистральный наземный газопровод

В данной статье рассмотрена электрохимическая защита трубопроводов и особенно детально изучен ее катодный подвид. Вы узнаете, в чем заключается суть данного метода, когда его можно использовать и какое оборудование применяется для катодной защиты металлов.

Магистральный наземный газопровод

Протекторная защита изделий из металла от коррозии – эффективно и надежно

Протекторная защита трубопроводов и других металлических изделий от коррозии представляет собой один из вариантов предохранения разнообразных конструкций от негативных коррозионных явлений.


Данная антикоррозионная защита подразумевает присоединение к предохраняемой металлической поверхности специального протектора – металла с более электроотрицательными характеристиками. При растворении под действием воздуха такой протектор начинает выполнять свою функцию, которая состоит в предохранении основного изделия от разрушения.

Особенности протекторной защиты металлов от коррозии

Протекторная защита — это один из возможных вариантов защиты конструкционных материалов трубопроводов от коррозии. Применяется, прежде всего, на газопроводах и других магистралях.

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.

Протекторная защита

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента.

Два электрода: трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены проводом 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной колонки 4.

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента.

СНиП 2.05.06-85 : Защита трубопроводов от коррозии

10.1. При проектировании средств защиты стальных трубопроводов (подземных, наземных, надземных и подводных с заглублением в дно) от подземной и атмосферной коррозии следует руководствоваться требованиями ГОСТ 25812—83* и нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

10.2. Противокоррозионная защита независимо от способа прокладки трубопроводов должна обеспечить их безаварийную (по причине коррозии) работу в течение эксплуатационного срока.

10.3. Защита трубопроводов (за исключением надземных) от подземной коррозии, независимо от коррозионной агрессивности грунта и района их прокладки, должна осуществляться комплексно: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты.

10.4. В зависимости от конкретных условий прокладки и эксплуатации трубопроводов следует применять два типа защитных покрытий: усиленный и нормальный.

Усиленный тип защитных покрытий следует применять на трубопроводах сжиженных углеводородов, трубопроводах диаметром 1020 мм и более независимо от условий прокладки, а также на трубопроводах любого диаметра, прокладываемых:

южнее 50 ° северной широты;

в засоленных почвах любого района страны (солончаковых, солонцах, солодях, такырах, сорах и др.);

в болотистых, заболоченных, черноземных и поливных почвах, а также на участках перспективного обводнения;

на подводных переходах и в поймах рек, а также на переходах через железные и автомобильные дороги, в том числе на защитных футлярах и на участках трубопроводов, примыкающих к ним, в пределах расстояний, устанавливаемых при проектировании, в соответствии с табл. 3 и 4;

Читайте также:  Пенопласт для пола

на пересечениях с различными трубопроводами — по 20 м в обе стороны от места пересечения;

на участках промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;

на участках блуждающих токов;

на участках трубопроводов с температурой транспортируемого продукта 313К (40° С) и выше;

на участках нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, прокладываемых на расстоянии менее 1000 м от рек, каналов, озер, водохранилищ, а также границ населенных пунктов и промышленных предприятий.

Во всех остальных случаях применяются защитные покрытия нормального типа.

10.5. Трубопроводы при надземной прокладке должны защищаться от атмосферной коррозии лакокрасочными, стеклоэмалевыми, металлическими покрытиями или покрытиями из консистентных смазок.

10.6. Лакокрасочные покрытия должны иметь общую толщину не менее 0,2 мм и сплошность — не менее 1 кВ на толщину.

Контроль лакокрасочных покрытий следует производить: по толщине толщиномером типа МТ-41НЦ ( ТУ 25-06.2500-83 ), а по сплошности – искровым дефектоскопом типа ЛКД-1м или типа «Крона-1Р» (ТУ 25-06.2515-83).

10.7. Толщина стеклоэмалевых покрытий (ОСТ 26-01-1-90) должна быть не менее 0,5 мм, сплошность — не менее 2 кВ на толщину.

Примечание. Контроль стеклоэмалевых покрытий следует производить приборами, указанными в п. 10.6.

10.8. Консистентные смазки следует применять в районах с температурой воздуха не ниже минус 60 °С на участках с температурой эксплуатации трубопроводов не выше плюс 40 °С.

Покрытие из консистентной смазки должно содержать 20 % (весовых) алюминиевой пудры ПАК-З или ПАК-4 и иметь толщину в пределах 0,2— 0,5 мм.

10.9. Противокоррозионную защиту опор и других металлических конструкций надземных трубопроводов следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП III-23-81*.

10.10. В условиях повышенной коррозионной опасности: в солончаках с сопротивлением грунтов до 20 Ом?м, на участках, где не менее 6 мес в году уровень грунтовых вод находится выше нижней образующей трубопровода и на участках с температурой эксплуатации трубопроводов плюс 40°C и выше следует предусматривать, как правило, резервирование средств электрохимической защиты.

10.11. Контуры защитных заземлений технологического оборудования, расположенного на КС, ГРС, НПС и других аналогичных площадках, не должны оказывать экранирующего влияния на систему электрохимической защиты подземных коммуникаций.

10.12. В качестве токоотводов заземляющих устройств следует использовать, как правило, протекторы, количество которых определяется расчетом с учетом срока службы и допустимого значения сопротивления растеканию защитного заземления, определяемого ПУЭ, утвержденными Минэнерго СССР.

10.13. Установку анодных заземлений и протекторов следует предусматривать ниже глубины промерзания грунта в местах с минимальным удельным сопротивлением.

10.14. В местах подключения дренажного кабеля к анодному заземлению должна быть предусмотрена установка опознавательного знака.

10.15. Дренажный кабель или соединительный провод к анодному заземлению следует рассчитывать на максимальную величину тока катодной станции и проверять этот расчет по допустимому падению напряжения.

10.16. При использовании для электрохимической защиты анодных заземлений незаводского изготовления присоединение электродов следует предусматривать кабелем сечением не менее 6 мм2 (по меди).

10.17. При проектировании анодных заземлений с коксовой засыпкой грануляция коксовой мелочи должна быть не более 10 мм.

10.18. Все контактные соединения в системах электрохимической защиты, а также места подключения кабеля к трубопроводу и анодному заземлению должны иметь изоляцию с надежностью и долговечностью не ниже принятых заводом для изоляции соединительных кабелей.

10.19. На участках подземной прокладки соединительного кабеля в цепи анодное заземление-установка катодной защиты—трубопровод следует предусматривать применение кабеля только с двухслойной полимерной изоляцией.

10.20. Электроснабжение установок катодной защиты трубопроводов должно осуществляться по II категории от существующих ЛЭП напряжением 0,4; 6,0; 10,0 кВ или проектируемых вдоль трассовых ЛЭП или автономных источников.

10.21. Показатели качества электроэнергии установок катодной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109-87.

10.22. Электрохимическую защиту кабелей технологической связи трубопроводов следует проектировать согласно ГОСТ 9.602—89

10.23. Для подземных и наземных трубопроводов, прокладываемых в районах распространения вечномерзлых грунтов, должна предусматриваться электрохимическая защита независимо от коррозионной активности грунтов.

10.24. Катодную защиту следует применять для трубопроводов, вокруг которых грунт промерзает в зимний период («холодные» участки) .

10.25. При отсутствии источников электроэнергии допускается применять на «холодных» участках вместо катодных станций протяженные протекторы.

10.26. Протекторную защиту (в том числе и протяженными протекторами) допускается применять на любых участках трубопровода, где грунт вокруг него находится в талом состоянии.

10.27. В установках катодной защиты следует применять протяженные, свайные и глубинные анодные заземления.

10.28. Расчетный срок службы протяженных и свайных анодных заземлений должен быть не менее 10, а глубинных – не менее 20 лет.

10.29.Минимальный защитный потенциал при температурегрунта (в диапазоне положительных температур не ниже плюс 1° C ),в котором расположен трубопровод, следует определять по формуле

, ( 63 )

минимальный защитный потенциалпри температуре грунта 18°C (при отсутствии опасности бактериальной коррозии Uмин18= -0,85 В по медно-сульфатному электроду сравнения);

;

температура грунта непосредственно около стеноктрубопровода, °C;

температурный коэффициент потенциала, ° C -1(для температуры грунта 0—18 °C b u = 0,003; для температуры грунта 18-30 °C b u = 0,01) .

В интервалетемператур транспортируемого продукта от минус 5 до минус 1°C Uминt=Uмин1°С, а в интервале температур ±1°C U минt = -0,85 В.

10.30.Трубопроводы, температура стенок и грунта вокруг которых в процессеэксплуатации не превышает минус 5 °С, электрохимической защите не подлежат.

на участках трубопроводов с температурой транспортируемого продукта 313К (40° С) и выше;

Установки дренажной защиты для газопровода

При дренажном способе электрохимзащиты источник тока не требуется, газопровод с помощью блуждающих в земле токов сообщается с тяговыми рельсами железнодорожного транспорта. Осуществляется электрическая взаимосвязь благодаря разности потенциалов железнодорожных рельсов и газопровода.

Посредством дренажного тока создается смещение электрического поля находящегося в земле газопровода. Защитную роль в данной конструкции играют плавкие предохранители, а также автоматические выключатели максимальной нагрузки с возвратом, которые настраивают работу дренажной цепи после спада высокого напряжения.

Система поляризованных электродренажей осуществляется с помощью соединений вентильных блоков. Регулирование напряжения при такой установке осуществляется переключением активных резисторов. Если метод дал сбой, применяют более мощные электродренажи в виде электрохимзащиты, где анодным заземлителем служит железнодорожная рельса.


Инверторная станция электрохимзащиты имеет преимущество у трансформаторной. Ее принцип основан на работе высокочастотных импульсных преобразователей. Особенностью инверторных устройств является зависимость размера трансформаторного блока от частоты преобразования тока. При более высокой частоте сигнала требуется меньше кабеля, снижаются тепловые потери. В инверторных станциях, благодаря сглаживающим фильтрам, уровень пульсации производимого тока имеет меньшую амплитуду.

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2020

Протекторный метод защиты.

Варианты катодной защиты трубопроводов – преимущества и недостатки способов

До сих пор при обустройстве протяжённых промышленных трубопроводов наиболее востребованным материалом изготовления труб является сталь. Обладая множеством замечательных свойств, таких как механическая прочность, способность функционировать при больших значениях внутренних давления и температуры и стойкость к сезонным изменениям погоды, сталь имеет и серьёзный недостаток: склонность к коррозии, приводящей к разрушению изделия и, соответственно, неработоспособности всей системы.

Один из способов защиты от этой угрозы – электрохимический, включающий катодную и анодную защиту трубопроводов; об особенностях и разновидностях катодной защиты будет рассказано ниже.


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

Электрохимзащита (ЭХЗ)

Средства противокоррозионной защиты

1. Коррозия подземных трубопроводов и защита от нее

Коррозия подземных трубопроводов является одной из основных причин их разгерметизации вследствие образования каверн, трещин и разрывов. Коррозия металлов, т.е. их окисление — это переход атомов металла из свободного состояния в химически связанное, ионное. При этом атомы металла теряют свои электроны, а окислители их принимают. На подземном трубопроводе за счет неоднородности металла трубы и из-за неоднородности грунта (как по физическим свойствам, таки по химическому составу) возникают участки с различным электродным потенциалом, что обуславливает образование гальванических коррозионных. Важнейшими видами коррозии являются: поверхностная (сплошная по всей поверхности), местная в виде раковин, язвенная, щелевая и усталостное коррозионное растрескивание. Два последних вида коррозии представляют наибольшую опасность для подземных трубопроводов. Поверхностная коррозия лишь в редких случаях приводит к повреждениям, тогда как по причине язвенной коррозии происходит наибольшее число повреждений. Коррозионная ситуация, в которой находится металлический трубопровод в грунте, зависит от большого количества факторов, связанных с грунтовыми и климатическими условиями, особенностями трассы, условиями эксплуатации. К таким факторам относятся:

  • влажность грунта,
  • химический состав грунта,
  • кислотность грунтового электролита,
  • структура грунта,
  • температура транспортируемого газа

Наиболее сильным отрицательным проявлением блуждающих токов в земле, вызываемое электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока, является электрокоррозионное разрушение трубопроводов. Интенсивность блуждающих токов и их влияние на подземные трубопроводы зависит от таких факторов, как:

  • переходное сопротивление рельс-земля;
  • продольное сопротивление ходовых рельсов;
  • расстояние между тяговыми подстанциями;
  • потребление тока электропоездами;
  • число и сечение отсасывающих линий;
  • удельное электрическое сопротивление грунта;
  • расстояние и расположение трубопровода относительно пути;
  • переходное и продольное сопротивление трубопровода.

Следует отметить, что блуждающие токи в катодных зонах оказывают защитное воздействие на сооружение, поэтому в таких местах катодная защита трубопровода может быть осуществлена без больших капитальных затрат.

Методы защиты подземных металлических трубопроводов от коррозии подразделяются на пассивные и активные.

Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр).

На практике не удается добиться полной cплошности изоляционного покрытия. Различные виды покрытия имеют различную диффузионную проницаемость и поэтому обеспечивают различную изоляцию трубы от окружающей среды. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.

Так как пассивным методом не удается осуществить полную защиту трубопровода от коррозии, одновременно применяется активная защита, связанная с управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла трубы и грунтового электролита. Такая защита носит название комплексной защиты.

Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Опытным путем установили, что величина потенциала катодной защиты стали составляет минус 0,85 Вольт относительно медносульфатного электрода сравнения. Так как естественный потенциал стали в грунте примерно равен -0,55…-0,6 Вольта, то для осуществления катодной защиты необходимо сместить потенциал коррозии на 0,25…0,30 Вольта в отрицательную сторону.

Читайте также:  Слесарные зубила: обзор зубила с победитовым лезвием 160 мм и других моделей. Что это такое и из каких частей состоит? Размеры и требования по ГОСТу

Прилагая между поверхностью металла трубы и грунтом электрический ток, необходимо достигнуть снижения потенциала в дефектных местах изоляции трубы до значения ниже критерия защитного потенциала, равного – 0,9 В. В результате этого скорость коррозии значительно снижается.

2. Установки катодной защиты
Катодную защиту трубопроводов можно осуществить двумя методами:

  • применением магниевых жертвенных анодов-протекторов (гальванический метод);
  • применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс — с анодным заземлением (электрический метод).

В основу гальванического метода положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом и будет разрушаться, защищая, тем самым, металл с менее отрицательным потенциалом. На практике в качестве жертвенных гальванических анодов используются протекторы из магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов.

Применение катодной защиты с помощью протекторов эффективно только в низкоомных грунтах (до 50 Ом-м). В высокоомных грунтах такой метод необходимой защищенности не обеспечивает. Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.

В качестве источников постоянного тока, как правило, используются преобразователи различной конструкции, питающиеся от сети переменного тока. Преобразователи позволяют регулировать защитный ток в широких пределах, обеспечивая защиту трубопровода в любых условиях.

В качестве источников питания установок катодной защиты используются воздушные линии 0,4; 6; 10 кВ. Защитный ток, накладываемый на трубопровод от преобразователя и создающий разность потенциалов «труба-земля», распределяется неравномерно по длине трубопровода. Поэтому максимальное по абсолютной величине значение этой разности находится в точке подключения источника тока (точке дренажа). По мере удаления от этой точки разность потенциалов «труба-земля» уменьшается. Чрезмерное завышение разности потенциалов отрицательно влияет на адгезию покрытия и может вызвать наводораживание металла трубы, что может стать причиной водородного растрескивания. Катодная защита является одним из методов борьбы с коррозией металлов в агрессивных химических средах. Она основана на переводе металла из активного состояния в пассивное и поддержании этого состояния при помощи внешнего катодного тока. Для защиты подземных трубопроводов от коррозии по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты (СКЗ). В состав СКЗ входят источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, контрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели. В зависимости от условий защитные установки могут питаться от сети переменного тока 0,4; 6 или 10кВ или от автономных источников. При защите многониточных трубопроводов, проложенных в одном коридоре, может быть смонтировано несколько установок и сооружено несколько анодных заземлений. Однако, учитывая то, что при перерывах в работе системы защиты, из-за разности естественных потенциалов соединенных глухой перемычкой труб, образуются мощные гальванопары, приводящие к интенсивной коррозии, соединение труб с установкой должно осуществляться через специальные блоки совместной защиты. Эти блоки не только разъединяют трубы между собой, но и позволяют устанавливать оптимальный потенциал на каждой трубе. В качестве источников постоянного тока для катодной защиты на СКЗ в основном используются преобразователи, которые питаются от сети 220 В промышленной частоты. Регулировка выходного напряжения преобразователя осуществляется вручную, путем переключения отводов обмотки трансформатора, или автоматически, с помощью управляемых вентилей (тиристоров). Если установки катодной защиты работают в условиях, изменяющихся во времени, которые могут обусловливаться воздействием блуждающих токов, изменением удельного сопротивления грунта или другими факторами, то целесообразно предусматривать преобразователи с автоматическим регулированием выходного напряжения. Автоматическое регулирование может осуществляться по потенциалу защищаемого сооружения (преобразователи потенциостаты) или по току защиты (преобразователи гальваностаты).

3. Установки дренажной защиты

Электрический дренаж является наиболее простым, не требующим источника тока видом активной защиты, так как трубопровод электрически соединяется с тяговыми рельсами источника блуждающих токов. Источником защитного тока является разность потенциалов трубопровод-рельс, возникающая в результате работы электрифицированного железнодорожного транспорта и наличия поля блуждающих токов. Протекание дренажного тока создает требуемое смещение потенциала на подземном трубопроводе. Как правило, в качестве защитного устройства используется плавкие предохранители, однако находят применение и автоматические выключатели максимальной нагрузки с возвратом, то есть восстанавливающие цепь дренажа после спадания опасного для элементов установки тока. В качестве поляризованного элемента используются вентильные блоки, собранные из нескольких, соединенных параллельно лавинных кремниевых диодов. Регулирование тока в цепи дренажа осуществляется изменением сопротивления в этой цепи путем переключения активных резисторов. Если применение поляризованных электродренажей неэффективно, то используется усиленные (форсированные) электродренажи, представляющие собой установку катодной защиты, в качестве анодного заземлителя которой используются рельсы электрифицированной железной дороги. Ток форсированного дренажа, работающего в режиме катодной защиты, не должен превышать 100А, и применение его не должно приводить к появлению положительных потенциалов рельсов относительно земли, чтобы исключить коррозию рельсов и рельсовых скреплений, а также присоединенных к ним конструкций.

Электродренажную защиту допускается подключать к рельсовой сети непосредственно лишь к средним точкам путевых дроссель-трансформаторов через два на третий дроссельный пункт. Более частое подключение допускается, если в цепи дренажа включено специальное защитное устройство. В качестве такого устройства может быть использован дроссель, полное входное сопротивление которого сигнальному току системы СЦБ магистральных железных дорог частотой 50 Гц составляет не менее 5 Ом.

4. Установки гальванической защиты

Установки гальванической защиты (протекторные установки) применяются для катодной защиты подземных металлических сооружений в тех случаях, когда применение установок, питающихся от внешних источников тока, экономически не целесообразно: отсутствие линий электропитания, небольшая протяженность объекта и т.п.

Обычно протекторные установки применяются для катодной защиты следующих подземных сооружений:

  • резервуаров и трубопроводов, не имеющих электрических контактов со смежными протяженными коммуникациями;
  • отдельных участков трубопроводов, которые не обеспечиваются достаточным уровнем защиты от преобразователей;
  • участков трубопроводов, электрически отсеченных от магистрали изолирующими соединениями;
  • стальных защитных кожухов (патронов), подземных резервуаров и емкостей, стальных опор и свай и других сосредоточенных объектов;
  • линейной части строящихся магистральных трубопроводов до введения в строй установок постоянной катодной защиты.

Достаточно эффективную защиту протекторными установками можно осуществить в грунтах с удельным электросопротивлением не более 50 Ом.

5. Установки с протяженными или распределенными анодами.

Как уже отмечалось, при применении традиционной схемы катодной защиты распределение защитного потенциала вдоль трубопровода неравномерно. Неравномерность распределения защитного потенциала приводит как к избыточной защите вблизи точки дренажа, т.е. к не-производительному расходу электроэнергии, так и к уменьшению защитной зоны установки. Этого недостатка можно избежать используя схему с протяженными или распределенными анодами. Технологическая схема ЭХЗ с распределенными анодами позволяет увеличить длину защитной зоны по сравнению со схемой катодной защиты с сосредоточенными анодами, а также обеспечивает более равномерное распределение защитного потенциала. При применении технологической схемы ЗХЗ с распределенными анодами могут использоваться различные схемы размещения анодных заземлений. Наиболее простой является схема с анодными заземлениями, равномерно установленными вдоль газопровода. Регулировка защитного потенциала осуществляется путем изменения тока анодного заземления при помощи регулировочного сопротивления или любого другого устройства, обеспечивающего изменение тока в необходимых пределах. В случае выполнения заземлений из нескольких заземлителей регулировка защитного тока может осуществляться за счет изменения числа включенных заземлителей. В общем случае заземлители, ближайшие к преобразователю, должны иметь более высокое переходное сопротивление. Протекторная защита Электрохимическая защита при помощи протекторов основана на том, что за счет разности потенциалов протектора и защищаемого металла в среде, представляющей собой электролит, происходит восстановление металла и растворение тела протектора. Поскольку основная масса металлических конструкций в мире делается из железа, в качестве протектора могут использоваться металлы с более отрицательным, чем у железа, электродным потенциалом. Их три — цинк, алюминий и магний. Основное отличие магниевых протекторов — наибольшая разность потенциалов магния и стали, благотворно влияющая на радиус защитного действия, который составляет от 10 до 200 м, что позволяет использовать меньшее количество магниевых протекторов, чем цинковых и алюминиевых. Кроме того, у магния и магниевых сплавов, в отличие от цинка и алюминия, отсутствует поляризация, сопровождаемая уменьшением токоотдачи. Эта особенность определяет основное применение магниевых протекторов для защиты подземных трубопроводов в грунтах с высоким удельным сопротивлением

Достаточно эффективную защиту протекторными установками можно осуществить в грунтах с удельным электросопротивлением не более 50 Ом.

Условия применения и принцип действия протекторной защиты магистральных трубопроводов от коррозии

Российский Государственный Университет

Нефти и газа имени И.М. Губкина

Факультет проектирования, сооружения и эксплуатации

систем трубопроводного транспорта

Кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и хранилищ»

Курсовая работа

на тему: «Протекторная защита магистральных трубопроводов от коррозии»

Выполнила: студентка группы ТС-04-5

Проверил: Орехов В.В.

Москва

Г.

Содержание

Почвенная коррозия. 3

1. Условия применения и принцип действия протекторной защиты магистральных трубопроводов от коррозии. 5

2. Протекторные установки. 7

2.1. Металлы и сплавы, применяемые для изготовления протекторов. 7

2.1.1. Магниевые сплавы.. 8

2.1.2. Алюминиевые сплавы.. 12

2.1.3. Цинковые сплавы.. 13

2.2. Заполнители. 16

2.3. Конструкция протекторов. 16

2.4. Устройство протекторной установки. 19

3. Монтаж протекторных установок. 21

4. Эксплуатация протекторных установок. Пусконаладочные работы на средствах и установках протекторной защиты.. 26

5. Расчет протекторной защиты.. 27

6. Контроль качества работ. 30

7. Мероприятия по охране окружающей среды.. 33

Список литературы.. 36

Введение

Одно из самых опасных разрушающих явлений для стального трубопровода является – коррозия, в некоторых зонах она может достигать 2-4 мм/год. В связи с этим строительство магистрального трубопровода обязательным образом включает в себя мероприятия по защите сооружения от коррозии, а именно – его изоляции. Изоляция трубопровода бывает пассивная (нанесение изоляционного покрытия на заводе или на трассе) и активная (электрохимическая защита). Причем пассивная изоляция действует с начала эксплуатации трубопровода, а активная включается через некоторое время в зависимости от агрессивности почвы.

В данной курсовой работе подробно рассмотрен один из способов электрохимической защиты трубопровода от почвенной коррозии, – протекторная защита.

Почвенная коррозия

Под коррозией металлических трубопроводов понимается самопроизвольное разрушение их под действием различных факторов химического или электрохимического характера, определяемых окружающей трубопровод средой.

Химическая коррозия – самопроизвольное окисление металла под воздействием окружающей среды токонепроводящей среды. При этом продукты коррозии образуются непосредственно на участке поверхности металла, подвергающегося разрушению.

Читайте также:  Панельные дома плюсы и минусы

Электрохимическая коррозия – коррозия металлов в электолитах, сопровождающаяся образованием электрического тока. При этом взаимодействие металла с окружающей средой разделяется на анодный и катодный процессы, протекающие на различных участках поверхности раздела металла и электролита.

Почвенная коррозия относится к электрохимической коррозии, однако ей присущи особенности:

1) связь влаги с окружающей средой:

– физико-механическая связь (свободная вода в порах грунта);

– физико-химическая связь (влага адсорбированная на поверхности грунта или металла);

– химическая (гидратированная) влага, входящая в химическое соединение Fe∙nH2;

2) неоднородность структуры и состава грунта, как в микро-, так и в макромасштабах;

3) почти полное отсутствие перемешивания твердой фазы грунта (замедление процесса коррозии во времени);

4) неодинаковый доступ кислорода воздуха к поверхности металла.

Основные причины возникновения коррозионных элементов на трубопроводе

Условия возникновения коррозии являются:

– наличие разнородности грунтовых участков, имеющих различные потенциалы;

– наличие разнородных грунтовых участков;

– наличие средств проводящих электрический ток.

Причины возникновения коррозионных элементов на трубопроводе:

1) микронеоднородность состава металла (присутствие механических примесей в металле труб).

2) Наличие окалины на поверхности металла (микронеоднородность состояния поверхности металла).

3) Наличие продольных и поперечных сварных швов, являющихся наиболее опасными участками в трубопроводах.

4) Различные напряженные состояния поверхности металла (растянутые участки имеют менее отрицательный потенциал).

5) Различная глубина заложения трубопровода.

6) Чередование грунтов с различными физико-химическими свойствами.

7) Температура. С увеличением температуры происходит увеличение протекания анодных процессов, т.е. увеличивается скорость коррозии.

Условия применения и принцип действия протекторной защиты магистральных трубопроводов от коррозии

Протекторные установки предназначены:

– для защиты от почвенной коррозии участков большой протяженности, удаленных от источников электроснабжения, где нецелесообразно применение катодной защиты внешним током;

– на участках, защищенных СКЗ, – в местах неполной защиты, для обеспечения необходимого защитного потенциала;

– для защиты от почвенной коррозии патронок (кожухов) на переходах через железные и автомобильные дороги;

– на участках блуждающих токов – в качестве земляных микродренажей.

Протекторы также устанавливают на изолирующих фланцах для снятия анодных зон, на электрических перемычках при совместной защите подземных сооружений для устранения электрохимического взаимодействия между ними, для защиты металлических подземных емкостей и др.

Средний срок службы протектора – 5-10 лет.

Таким образом, положительные стороны данного способа ЭХЗ:

Отрицательные стороны – снижение эффективности при значительном удельном сопротивлении грунта, окружающего протектор, и использование дефицитных материалов.

Рис.1. Принципиальная схема протекторной установки:

1 – трубопровод; 2 – точка дренажа; 3 – изолированный соединительный провод;

2.3. Конструкция протекторов. 16

Защита трубопроводов от коррозии

Способы защиты трубопроводов от наружной коррозии подраз­деляются на пассивные и активные.

Пассивные способы защиты предусматривают изоляцию наруж­ной поверхности трубы от контакта с грунтовыми водами и от блуж­дающих электрических токов, которая осуществляется с помощью противокоррозионных диэлектрических покрытий, обладающих во­донепроницаемостью, прочным сцеплением с металлом, механиче­ской прочностью. Для изоляции трубопроводов применяют покрытие на битумной основе, на основе полимеров и лаков.

Битумная мастика для покрытий содержит минеральный наполни­тель или резиновую крошку для повышения ее вязкости в горячем состоянии и увеличения механической прочности покрытия. Для по­вышения прочности и долговечности битумных покрытий использу­ют бризол и стекловолокнистые материалы.

Покрытия на основе полимеров представляют собой полиэтилено­вые или полихлорвиниловые ленты с применением клея. Ленту нама­тывают на очищенный и загрунтованный трубопровод.

Лаки применяются для защиты наземных трубопроводов от атмо­сферной коррозии.

При длительной эксплуатации трубопроводов, защищенных толь­ко изоляционным покрытием, возникают сквозные коррозионные повреждения уже через 5—8 лет после укладки трубопроводов в грунт вследствие почвенной коррозии, так как изоляция со временем теря­ет прочностные свойства и в ее трещинах начинаются интенсивные процессы наружной электрохимической коррозии. Суть процессов электрохимической коррозии заключается в следующем.

Электрохимическая коррозия (коррозионное разрушение) возника­ет под действием коррозионно-активной среды, разнообразна по ха­рактеру, вызывает большинство коррозионных разрушений трубо­проводов и оборудования. Электрохимическая коррозия протекает с наличием двух процессов — катодного и анодного. Процессы элек­трохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие, в значительной степени самостоятельные электрод­ные процессы:

а) анодный процесс — переход металла в раствор в виде ионов (в вод­ных растворах, обычно гидратированных) с оставлением эквивалент­ного количества электронов в металле;

б) катодный процесс — ассимиляция появившихся в металле из­быточных электронов деполяризаторами.

Соответственно для защиты от электрохимической коррозии при­меняются активные способы электрохимической защиты.

Активные способы защиты трубопроводов от наружной коррозии предусматривают создание такого электрического тока, в котором весь металл трубопровода, несмотря на неоднородность его включений, ста­новится катодом, а анодом является дополнительно размещенный в грунте металл. Существуют два вида активной защиты трубопрово­дов от наружной коррозии — протекторная и катодная.

При протекторной защите рядом с трубопроводом размещают более активный ме­талл (протектор), который соединяют с трубопроводом изолированным проводником. Протекторы изготовляют из цинка, алюминия или маг­ниевых сплавов.

При катодной защите с помощью источника постоян­ного тока (катодной станции) (рис. 13.24) создают разность потенциа­лов между трубопроводом и размещенными рядом с трубопроводом кус­ками металла (обычно обрезки старых труб, металлолом) так, что на трубопровод подается отрицательный заряд, а на куски металла — по­ложительный. Таким образом, дополнительно размещаемый в грунте металл как в протекторной, так и в катодной защите, является анодом и подвергается разрушению, а наружная коррозия трубопровода не происходит.

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе галь­ванического элемента (рис. 13.25).

Два электрода (трубопровод и протектор, изготовленный из более элек­троотрицательного металла, чем сталь) опущены в почвенный электролит и соединены проводником. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происхо­дит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контроли­руется с помощью контрольно-измерительной колонки.

Таким образом разрушение металла все равно имеет место, но не трубопровода, а протектора.

Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими тока­ми, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооруже­ния на сооружение — источник блуждающих токов — либо специаль­ное заземление, называется электродренажной защитой.

Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи (рис. 13.26.).

Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство дву­сторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа включает в себя: реостат (R), рубильник (К), плавкий предохрани­тель (Пр ) и сигнальное реле (Ср ). Сила тока в цепи «трубопровод-рельс» регулируется реостатом. Если величина тока превысит допустимую величину, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по обмотке реле, при включении которого срабатывает звуковой или световой сигнал.

Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, когда потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дренаж пре­вратится в канал для натекания блуждающих токов на трубопровод.

Поляризованный электрический дренаж — это дренажное устрой­ство, обладающее односторонней проводимостью. От прямого дре­нажа поляризованный отличается наличием элемента односторон­ней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что исклю­чает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу.

Усиленный дренаж применяется в тех случаях, когда нужно не толь­ко отводить блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Усиленный дренаж представляет собой обычную катодную станцию, подключенную от­рицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положитель­ным — не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицирован­ного транспорта.

Следует отметить, что контуры защитных заземлений технологиче­ского оборудования, расположенного на КС, ГРС, НПС и других анало­гичных площадках, не должны оказывать экранирующего влияния на систему электрохимической защиты подземных коммуникаций.

Сооружение устройств электрохимической защиты отличается широким фронтом работ, растянутым на многокилометровой трассе магистрального трубопровода, наличием труднопроходимых для ко­лесного транспорта участков, а также многочисленностью строитель­но-монтажных операций.

Эффективная работа электрохимической защиты возможна толь­ко при высоком качестве монтажа всех конструктивных элементов. Для этого требуются научно обоснованная организация работ, мак­симальная механизация и высокая квалификация строительно-мон­тажных рабочих. Так как для защиты трубопроводов применяется ограниченное число типов установок, а элементы электрохимической защиты являются в основном типовыми, следует производить пред­варительную заготовку основных монтажных узлов и блоков в завод­ских условиях.

Для сооружения электрохимической защиты магистральных тру­бопроводов от коррозии применяются средства и установки катод­ной, электродренажной, протекторной защиты, электрические пере­мычки, контрольно-измерительные пункты и конструктивные узлы типовых проектов.

Работы по сооружению электрохимической защиты необходимо осу­ществлять в две стадии. На первой стадии необходимо выполнять следующие работы:

• разметку трасс участка производства работ, ЛЭП и кабелей, под­готовку строительной площадки;

• выбор и обустройство места для хранения оборудования, мон­тажных узлов, деталей, метизов, инструментов и материалов;

• доставку техники, машин и механизмов;

• подготовку участка для производства работ;

• доставку оборудования установки катодной защиты, монтажных узлов, деталей, метизов, инструмента, приспособлений и мате­риалов;

• разработку грунта в траншеях и котлованах. Обратную засыпку с трамбовкой после установки оборудования и кабелей до уров­ня, указанного в рабочей документации;

• сооружение анодных и защитных заземлений, монтаж и уклад­ку протекторов;

• прокладку подземных коммуникаций;

• монтаж катодных и контрольных электрических выводов от тру­бопроводов, а также контактных соединений анодных, защитных заземлений и протекторных выводов;

• установку и закладку в сооружаемые фундаменты несущих опор­ных конструкций для монтажа оборудования.

Работы первой стадии следует вести одновременно с основны- ‘ ми строительными работами по технологической части трубопро­вода.

Во второй стадии необходимо осуществлять работы по установке оборудования, подключение к нему электрических кабелей, проводов и индивидуальное опробование электрических коммуникаций и установленного оборудования.

Работы второй стадии должны быть выполнены, как правило, по­сле окончания основных видов строительных работ и одновременно с работами специализированных организаций, осуществляющих пуск, опробование и наладку средств и установок электрохимической защиты по совмещенному графику.

Пуск, опробование и наладку средств и установок электрохимиче­ской защиты проводят с целью проверки работоспособности как от­дельных средств и установок ЭХЗ, так и системы электрохимической защиты, ввода ее в действие и установления режима, предусмотрен­ного проектом для обеспечения электрохимической защиты участка подземного трубопровода от внешней коррозии в соответствии с дей­ствующей нормативно-технической документацией.

Работы по сооружению электрохимической защиты необходимо осу­ществлять в две стадии. На первой стадии необходимо выполнять следующие работы:

Добавить комментарий