Устройство электрохимзащиты для газопровода

Описание технологии

Катодная защита от коррозии производится с помощью постоянного электротока, подаваемого на обрабатываемое изделие, и делает потенциал заготовки отрицательным. Для этой цели зачастую применяются выпрямители.

Объект, который подсоединен к источнику электротока, считается «минусом», то есть катодом, а подведенное заземление является анодом, то есть «плюсом». Главное условие — наличие хорошей электропроводной среды. Для подземных труб ею является грунт.

При реализации этой технологии между почвой (электропроводной средой) и обрабатываемым объектом должна обязательно поддерживаться разница потенциалов электротока. Величину этого показателя можно определить с применением вольтметра высокоомного типа.

Особенности эффективной работы

Коррозия зачастую является виновницей разгерметизации трубопроводов. В связи с повреждением структуры металла, на конструкции образуются трещины, каверны и разрывы. Эта проблема крайне актуальна для трубопроводов под землей, ведь они постоянно контактируют с грунтовыми водами.

Катодная методика в этой ситуации позволяет минимизировать процесс растворения и окисления металлического сплава посредством изменения исходного коррозийного потенциала.

Результаты практических испытаний говорят о том, что потенциал поляризации металлических сплавов с помощью катодной методики замедляет коррозию.

Для того чтобы добиться эффективной защиты, нужно с помощью постоянного электротока уменьшить катодный потенциал материала, который использовался для создания трубопровода. В этой ситуации быстрота корродирования металла не будет превышать десяти микрометров в год.

Кроме того, катодная защита — самое лучшее решение для защиты трубопровода под землей от влияния блуждающих электротоков. Блуждающие токи — это электрозаряд, проникающий в почву при работе громоотвода, движения электропоездов и т. д.

Для обеспечения антикоррозийной защиты могут применяться линии электропередач или портативные генераторы, функционирующие на дизельном топливе или газу.

Коррозия подземных трубопроводов и средства защиты от нее

На состояние стальных трубопроводов оказывает влияние влажность почвы, ее структура и химический состав. Температура сообщаемого по трубам газа, блуждающие в земле токи, вызванные электрифицированным транспортом и климатические условия в целом.

Виды коррозии:

• Поверхностная. Распространяется сплошным слоем по поверхности изделия. Представляет наименьшую опасность для газопровода.
• Местная. Проявляется в виде язв, щелей, пятен. Наиболее опасный вид коррозии.
• Усталостное коррозионное разрушение. Процесс постепенного накопления повреждений.

Механизм разрушения металлов при коррозии Методы электрохимзащиты от коррозии:

• пассивный метод;
• активный метод.

Суть пассивного метода электрохимзащиты заключается в нанесении на поверхность газопровода специального защитного слоя, препятствующего вредному воздействию окружающей среды. Таким покрытием может быть:

• битум;
• полимерная лента;
• каменноугольный пек;
• эпоксидные смолы.

На практике редко получается нанести электрохимическое покрытие равномерно на газопровод. В местах зазоров с течением времени металл все же повреждается.

Активный метод электрохимзащиты или метод катодной поляризации заключается в создании на поверхности трубопровода отрицательного потенциала, предотвращающего утечку электричества, тем самым предупреждая появление коррозии.

5 Коротко о станциях катодной защиты (СКЗ)

Для антикоррозионной защиты трубопроводов, проложенных под землей, вдоль трассы их залегания устанавливают СКЗ, включающие в себя:

• анодное заземление;
• источник тока;
• пункт контроля и измерения;
• кабели и провода, выполняющие соединительные функции.

Станции подключают к сетям электрического тока либо к автономным устройствам. Разрешается устанавливать на СКЗ несколько заземлений и источников энергии тогда, когда в одном подземном коридоре проложено две и более ниток трубопровода. Это, правда, влечет за собой увеличение расходов на проведение антикоррозионных мероприятий.

Схема работы станции катодной защиты

Если монтируется всего одна установка на многониточные коммуникации, ее соединение с трубами осуществляется посредством особых блоков. Они не позволяют формироваться сильным гальваническим парам, возникающим при монтаже глухих перемычек на трубные изделия. Указанные блоки изолируют трубы друг от друга, а также дают возможность выбирать на каждом элементе трубопроводов требуемый потенциал, гарантирующий максимальную защиту конструкции от ржавления.

Выходное напряжение на катодных станциях может регулироваться автоматически (установка в этом случае оснащается тиристорами) или вручную (оператор переключает при необходимости трансформаторные обмотки). В ситуациях, когда СКЗ функционируют в изменяющихся во времени условиях, рекомендуется эксплуатировать станции с автоматической регулировкой напряжения.

Установка СКЗ

Они сами следят за показателями сопротивления (удельного) грунта, появлением блуждающих токов и прочих факторов, оказывающих негативное воздействие на качество защиты, и автоматически корректируют работу СКЗ. А вот в системах, где защитный ток и показатель сопротивления в его цепи остаются неизменными, лучше использовать установки с ручной настройкой напряжения на выходе.

Добавим, что регулирование в автоматическом режиме производится по одному из двух показателей:

• по току защиты (гальваностатические преобразователи);
• по потенциалу объекта, который защищается (потенциостатические преобразователи).

Специальное оборудование

Для целей обеспечения защиты используются специальные станции. Это оборудование включает в себя несколько узлов:

• источник электротока;
• анод (заземление);
• пункт измерения, контроля и управления;
• соединительные провода и шнуры.

Станция анодной защиты позволяет обеспечить защиту сразу нескольким трубопроводам, которые находятся рядом друг с другом. Регулировка подаваемого электротока может быть автоматической или ручной.

В нашей стране особую популярность имеет установка Минерва-3000. Показателей мощности этой СКЗ достаточно для того, чтобы защитить от коррозии примерно 40 километров трубопровода под землей.

К достоинствам установки следует отнести:

• высокие показатели мощности;
• опция восстановления после произведенной перезагрузки;
• герметичность соединений и узлов;
• наличие цифровых систем контроля и переключения режима;
• возможность удаленного управления.

Дистанционный контроль за оборудованием осуществляется посредством модулей GPRS, которые встроены в конструкцию.

Последние изменения

04.08.2020

Начато рассмотрение судебного дела
№А51-14261/2019 от 02.07.2019 в
кассационной
инстанции.
Организация
в роли третьего лица, сумма исковых требований 386 860 руб.

01.07.2020

Завершено исполнительное производство
№ 88805/20/25013-ИП от 25.05.2020

26.05.2020

Завершено рассмотрение судебного дела
№А51-14261/2019 от 02.07.2019 в
апелляционной
инстанции.
Организация
в роли третьего лица, сумма исковых требований 386 860 руб.

25.05.2020

Новое исполнительное производство
№ 88805/20/25013-ИП от 25.05.2020, сумма требований: 3 370 345 руб.

13.05.2020

Добавлены сведения об основном виде деятельности: Аренда и управление собственным или арендованным недвижимым имуществом (4978)

Удалены сведения об основном виде деятельности: Деятельность в области права (2238)

Добавлены сведения о дополнительном виде деятельности: Добыча минерального сырья для химической промышленности и производства минеральных удобрений (10583)

Добавлены сведения о дополнительном виде деятельности: Добыча и обогащение руд прочих цветных металлов, не включенных в другие группировки (07.29.99)

Пассивная защита кабеля от коррозии.

Потенциальная диаграмма зоны железнодорожного транспорта, который был электрифицирован постоянным током. а — отображает потенциальную диаграмму «рельсы — земля», б — потенциальную диаграмму «кабель — земля», А — анодную зону, К — катодную зону.

При эксплуатации в составляющих кабеля имеют место необратимые процессы старения и коррозии, которые способны привести к понижению полезных качеств, таких как способность изоляции. Конструкция кабеля, в которой в качестве защиты кабеля от коррозии предусмотрены особые покровы, показаны на рис. 2. Защитные покровы состоят из подушек и наружного покрова. Подушки выполняются из волокнистогго материала (обычно ПВХ), который накладывается слоями поверх кабельной оболочки. Подушка защищает оболочку от коррозии электрохимического и химического вида, при этом предохраняя её от повреждения бронёй. Наружный покров, созданный также из волокнистых материалов и накладываемый поверх брони, предназначается для защиты оболочки и брони от коррозионных процессов и повреждений механического рода.

Пассивная защита кабеля от коррозии условно включает в себя запрещение загрязнения различными отбросами трасс кабельных линий, замену грунта в траншеях землёй, нейтральную по отношению к коррозии свинцовую или алюминиевую оболочку, изменение трассы табельной линии, прокладку кабелей на территории сооружений (туннелей, коллекторов, каналов, блоков и не только).

Особенности катодной защиты труб

Коррозия в трубопроводах обычно возникает из-за различных дефектов и повреждений труб — разрывы, растрескивание, появление щелей и так далее. Из-за коррозии нарушается герметизация труб, что может привести к полной или частичной поломке трубопровода. Особенно остро эта проблема стоит для подземных трубопроводов. При расположении труб под землей создаются участки с разным электрическим потенциалом. Это связано с неоднородностью грунта и наличия в земли различного мусора неорганического происхождения. При наличии серьезной разности потенциалов отрицательно заряженные ионы в земле начинают вступать в реакцию в металлом. Это приводит к коррозии, которая быстро разрушает трубопровод.

Электрический потенциал

Катодная защита трубопроводов от коррозии осуществляется по двум стандартным схемам. С помощью катодной поляризации и с помощью создания внешних станций. Защита трубопроводов должна быть направлена в первую очередь на снижения скорости разрушения материала трубы. Делается это с помощью уменьшения электрического потенциала трубы в сравнении с электрическим потенциалом грунта:

• Электрический потенциал большинства современных труб составляет приблизительно 0,8-0,9 вольт.
• Экспериментальным путем было показано, что основные породы грунта обладают потенциалом приблизительно 0,5-0,6 вольт.

Для уравнения электрических потенциалов необходимо снизить потенциал труб всего на 0,3-0,4 вольт.  Это позволяет практически полностью остановить появление ржавчины. В случае правильного проведения работ скорость естественного ржавления составит менее 1 мм в год.

Выбор способа

Для труб подходит технология создания внешних станций защиты. В качестве источников питания в данном случае используют воздушные электролинии с напряжением от 500 до 10000 вольт. Чем больше напряжение, тем больше труб можно обслужить. Иногда таких линий нет на том или ином участке. В таком случае имеет смысл монтаж различных генераторов.

У технологии внешних станций есть один крупный недостаток. Для создания защиты придется проводить трудоемкие и сложные работы. Это значительно увеличивает стоимость создания трубопровода. При работе с большим напряжением в точке подачи электричества может создаваться избыточное электрическое напряжение — из-за этого может возникнуть водородное растрескивание труб, поэтому при проведении монтажных работ разводку электричества нужно производить аккуратно.

Вместо технологии защитных станций можно использовать методику применения гальванических анодов для создания эффекта поляризации. Эта технология подходит для грунтов с малым удельным сопротивлением (до 50 Ом на 1 кв. м). Если же удельное сопротивление грунта будет очень большим, то технология применения гальванических анодов является практически бесполезной в связи с ее малой эффективностью.

Применение — катодная защита

Применение катодной защиты, например, на трубопроводах, в стальных резервуарах, судовых конструкциях и других устройствах, работающих в земле или воде, обеспечивает требуемую надежность.
 

Применение катодной защиты целесообразно для защиты внутренней поверхности трубок и внутренней поверхности кожуха теплообменников.
 

Применение катодной защиты на участках с плохой изоляцией неэффективно и вызывает неоправданно высокое потребление электроэнергии на катодную защиту.
 

Применение катодной защиты, в которой одновременно имеет место электролиз, позволяет сильно затормозить процессы коррозионной усталости и растрескивания не только за счет катодной поляризации стали, но и в результате отвода от катодно-поляризуемого металла участников химической реакции ( анионов) в направлении к аноду. Другими словами, при катодной защите в автоклаве устраняются условия протекания коррозионных процессов и надежность металла корпуса определяется его стойкостью к циклическим нагрузкам.
 

Применение катодной защиты целесообразно для защиты внутренней поверхности трубок и внутренней поверхности кожуха теплообменников.
 

Применение катодной защиты для неизолированных трубопроводов во многих случаях экономически нецелесообразно, так как требуется значительное число катодных установок большой мощности. Чаще всего наиболее эффективной и экономически целесообразной является комплексная защита трубопроводов, в которой сочетаются изоляционные покрытия с катодной поляризацией.
 

Применение катодной защиты подземных сооружений почти полностью устраняет коррозионное разрушение. При относительно небольших затратах ( стоимость устройств катодной защиты не превышает 1 % от стоимости трубопровода) удается значительно продлить срок службы подземных трубопроводов. В нашей стране средства катодной защиты впервые были внедрены на нефтепроводе Баку-Батуми, где применялись катодные установки с внешним источником тока. Затем катодная защита была осуществлена на газопроводах Саратов — Москва, Дашава — Киев и нефтепроводе Гурьев — Орск.
 

Для применения катодной защиты стальной аппаратуры должно выполняться одно из основных условий — равномерность распределения тока по всей поверхности защищаемого аппарата. Для обеспечения эффективной катодной защиты необходимо, чтобы форма конструкции была простой, чтобы на всем ее протяжении не было разрывов электрической цепи схемы катодной защиты.
 

Для успешнего применения катодной защиты необходимо равномерное распределение плотности тока по защищаемой поверхности. Этого достигают путем соответствующей расстановки анодов. Однако в местах сближения анода и защищаемой конструкции наблюдаются более высокие плотности катодного тока, а на наиболее удаленных от анода участках конструкции — минимальные плотности тока. Интенсивность изменения плотности тока по мере удаления от анода зависит от удельного сопротивления воды или грунта, причем с повышением удельного сопротивления среды наблюдается более резкое снижение плотности тока. Поэтому в средах с высоким удельным сопротивлением осуществление катодной защиты связано с определенными трудностями, заключающимися главным образом в рациональном размещении анодов.
 

Перед применением катодной защиты и проведением испытания на затухание, которое дает возможность определить необходимость и пункты установки станций катодной защиты, измеряют статические условия трубы. Эти испытания состоят из измерений разности потенциалов труба — земля и протекания электротока вдоль трубы.
 

При применении катодной защиты подземных сооружений приходится учитывать затухание потенциала, создаваемого на подземном сооружении катодной защитой. В данных условиях источник энергии катодной защиты может быть расположен в точке А.
 

Экономия от применения катодной защиты может быть подсчитана следующим образом: нормальный срок службы газопровода принимают 20 лет, срок службы битумной изоляции — 10 лет. Таким образом, первые 10 лет на газопроводе сказывается действие в основном изоляции, последующие 10 лет в основном электрохимической защиты.
 

Электрический дренаж.

Самым неблагоприятным участком появления катодной зоны на кабеле является участок сближения с элементами рельсовой сети электрифицированного транспорта, такими как рельсы. В таких случаях земной потенциал зачастую оказывается ниже, чем кабельный потенциал или наоборот — кабельный потенциал по отношению к земле обладает максимальным значением (рис. 3, а).

Выше показан принцип, по которому действует электрическая дренажная защита.

а — потенциальная диаграмма «кабель — земля» до того, как была включена защита. б — потенциальная диаграмма «кабель — земля» после активации защиты. 1 — отсасывающий пункт, 2 — отсасывающий кабель, 3 — кабель, 4 — устройство дренажа. А — анодная зона, К — катодная зона.

Суть электрического дренирования заключается в том, что кабель при соединении с элементами сети рельс, начинает приобретать отрицательный потенциал по отношению к земле, то есть переходит в катодное состояние (рис. 3, б). Коррозионный процесс не наблюдается, а блуждающий ток из кабеля посредством дренирующего устройства возвращается к источнику, создавшему этот ток. На практике используются дренажные устройства прямого, поляризованного, усиленного и автоматического типа.

Благодаря электрическому дренажу обеспечивается защита кабеля от почвенной электрохимической коррозии.