8. Требования к электрохимической защите

Коррозия — это химическая и электрохимическая реакция металла с окружающей средой, вызывающая его повреждение. Она протекает с разной скоростью, которую можно уменьшить. С практической точки зрения интерес представляет антикоррозионная катодная защита металлических сооружений, контактирующих с землей, с водой и с транспортируемыми средами. Особенно повреждаются наружные поверхности труб от влияния грунта и блуждающих токов.

Внутри коррозия зависит от свойств среды. Если это газ, он должен быть тщательно очищен от влаги и агрессивных веществ: сероводорода, кислорода и др.

Причины коррозии

Сети трубопроводов систем жизнеобеспечения распространены по всей территории России. С их помощью эффективно транспортируется газ, вода, нефтепродукты и нефть. Не так давно был проложен трубопроводов для транспортировки аммиака. Большинство видов трубопроводов выполнены из металла, а главный их враг – это коррозия, видов которой имеется много.

Причины образования ржавчины на металлических поверхностях основаны на свойствах окружающей среды, как наружной, так и внутренней коррозии трубопроводов. Опасность образования коррозии для внутренних поверхностей основана на:

1. Взаимодействии с водой.
2. Наличии в воде щелочей, солей или кислот.

Такие обстоятельства могут сложиться на магистральных водопроводах, системах горячего водоснабжения (ГВС), пара и отопления. Не менее важным фактором является способ прокладки трубопровода: наземный или подземный. Первый проще обслуживать и устранять причины образования ржавчины, по сравнению со вторым.

При способе прокладывания “труба в другую трубу” риск возникновения коррозии находится на невысоком уровне. При непосредственном выполнении монтажа трубопровода на открытом воздухе возможно образование ржавчины от взаимодействия с атмосферой, что тоже приводит к изменению конструкции.

Трубопроводы, расположенные под землей, в том числе пара и горячей воды наиболее уязвимы к коррозии. Возникает вопрос о подверженности к коррозии труб, расположенных на дне водоисточников, но лишь небольшая часть магистралей расположена в этих местах.

Согласно предназначению трубопроводы с риском возникновения коррозии подразделяются на:

• магистральные;
• промысловые;
• для систем отопления и жизнеобеспечения населения;
• для сточной воды от промышленных предприятий.

Материалы протекторов

Чтобы протекторы обладали необходимыми эксплуатационными свойствами, их изготавливают из сплавов со следующими легирующими добавками.

• Zn + 0,025-0,15 % Cd+ 0,1-0,5 % Al — защита оборудования, находящегося в морской воде.
• Al + 8 % Zn +5 % Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (доли процента) — эксплуатация сооружений в проточной морской воде.
• Mg + 5-7 % Al +2-5 % Zn — защита небольших конструкций в грунте или в воде с низкой концентрацией солей.

Неправильное применение некоторых видов протекторов приводит к негативным последствиям. Аноды из магния могут быть причиной растрескивания оборудования из-за развития водородного охрупчивания.

Совместная протекторная катодная защита с антикоррозионными покрытиями повышает ее эффективность.

Распределение защитного тока улучшается, а анодов требуется значительно меньше. Один магниевый анод защищает покрытый битумом трубопровод на длину 8 км, а без покрытия — всего на 30 м.

Подверженность коррозии магистральных трубопроводных сетей

Коррозия трубопроводов данного типа наиболее хорошо изучена, и их защита от воздействия внешних факторов определена стандартными требованиями. В нормативных документах рассматриваются способы защиты, а не причины, исходя из которых происходит образование ржавчины.

Не менее важно учитывать, что при этом рассматривается только наружная коррозия, которой подвержен внешний участок трубопровода, так как внутри магистрали проходят инертные газы. Не столь опасно в этом случае контактирование металла с атмосферой.

Для защищенности от коррозии по ГОСТ рассматриваются для нескольких участок трубопровода: повышенной и высокой опасности, а также коррозионно-опасных.

Воздействие негативных факторов из атмосферы для участков повышенной опасности или виды коррозии:

1. От источников постоянного тока возникновение блуждающих токов.
2. Воздействие микроорганизмов.
3. Созданное напряжение провоцирует растрескивание металла.
4. Хранение отходов.
5. Соленые почвы.
6. Температура транспортируемого вещества выше 300 °С.
7. Углекислотная коррозия нефтепровода.

Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен знать конструкцию трубопровода и требования СНиП.

Электрохимическая коррозия от грунта

Вследствие разности напряжений, образовавшихся на отдельных участках трубопроводов, возникает поток электронов. Процесс образования ржавчины происходит по электрохимическому принципу. На основании этого эффекта часть металла в анодных зонах растрескивается и перетекает в основание почвы. После взаимодействия с электролитом образовывается коррозия.

Одним из значимых критериев для обеспечения защиты от негативных проявлений является длина магистрали. На пути попадаются почвы с разным составом и характеристикой. Все это способствует возникновению разности напряжений между частями проложенных трубопроводов. Магистрали обладают хорошей проводимостью, поэтому происходит образование гальванопар с достаточно большой протяженностью.

Увеличение скорости коррозии трубопровода провоцирует высокая плотность потока электронов. Не меньшее значение играет и глубина расположения магистралей, так как на ней сохраняется существенный процент влажности, и температуры, которая ниже отметки “0” не отпускается. На поверхности труб также остается прокатная окалина после обработки, а это влияет на появление ржавчины.

Путем проведения исследовательских работ установлена прямая зависимость между глубиной и площадью образованной ржавчины на металле. Это основано на том, что металл с большей площадью поверхности наиболее уязвим к внешним негативным проявлениям. К частным случаям можно отнести проявление на стальных сооружениях значительно меньших количеств разрушений под действием электрохимического процесса.

Агрессивность грунтов к металлу, прежде всего, определяется их собственной структурной составляющей, влажностью, сопротивлением, насыщенностью щелочами, воздушной проницаемостью и иными факторами. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен быть ознакомлен с проектом на строительство магистрали.

Коррозия под влиянием блуждающих токов

Ржавчина может возникать от переменного и постоянного потока электронов:

• Образование ржавчины под воздействием тока постоянных величин. Блуждающими токами называются токи, находящиеся в почве и в конструктивных элементах, расположенных под землей. Их происхождение антропогенное. Они возникают в результате эксплуатации технических устройств постоянного тока, распространяющегося от зданий или сооружений. Ими могут быть сварочные инверторы, систем защиты от катодов и иные устройства. Ток стремится пройти по пути наименьшего показателя сопротивления, в результате, при имеющихся в наличии трубопроводах в земле, току будет гораздо легче пройти через металл. Анодом является участок трубопровода, из которого блуждающий ток выходит на поверхность почвы. Часть трубопровода, в который попадает ток, играет роль катода. На описанных анодных поверхностях токи имеют повышенную плотность, поэтому именно в этих местах образовываются значительные коррозионные места. Скорость коррозии не ограничивается и может быть до 20 мм в год.
• Образование ржавчины под воздействием переменного тока. При расположении около магистралей линий электропередач с напряжением сети свыше 110 кВ, а также параллельном расположении трубопроводов под влиянием переменных токов образовывается коррозия, в том числе коррозия под изоляцией трубопроводов.

8.1. Общие требования

8.1.1 Электрохимическая защита должна обеспечивать непрерывную по времени катодную поляризацию подземных сооружений, подлежащих защите в соответствии с 6.6, 6.8-6.11 настоящего стандарта, в течение всего срока их эксплуатации.
8.1.2 Дополнительные требования к электрохимической защите объектов магистральных трубопроводов определены в ГОСТ 25812.

Примечание. Для трубопроводов, транспортирующих углеводороды с давлением среды свыше 1,2МПа (категория 1а) рекомендуется применять требования к электрохимической защите, соответствующие требованиям ГОСТ 25812.

8.1.3 Средства электрохимической защиты, предусмотренные проектом, вводят в действие в зонах опасного влияния блуждающих токов не позднее одного месяца, а в остальных случаях — не позднее трех месяцев после укладки сооружения в грунт. Если предусматриваются более поздние сроки окончания строительства и ввода в эксплуатацию средств электрохимической защиты, то необходимо предусмотреть временную электрохимическую защиту с указанными в настоящем пункте сроками ввода в эксплуатацию.

8.1.4 Сооружения, температура металла которых весь период эксплуатации ниже чем 268К (минус 5°С), не подлежат электрохимической защите, при отсутствии опасного влияния блуждающих и индуцированных токов, вызванных сторонними источниками. Сбор исходных данных о коррозионной ситуации на проектируемом участке сооружения для принятия решения об отказе от применения электрохимической защиты сооружения должен осуществляться в период максимального растепления грунта и его естественного увлажнения.

8.1.5 Допускается не предусматривать электрохимическую защиту стальных вставок, стальных футляров (кожухов) в составе линейной части неметаллических трубопроводов, участков соединений неметаллических газопроводов со стальными вводами в дома (при наличии на вводе электроизолирующих вставок) с защитным покрытием усиленного типа, длиной не более 10м. При этом засыпку траншеи в той ее части, где проложена стальная вставка, по всей глубине заменяют на песчаную.

8.1.6 Для контроля эффективности электрохимической защиты сооружения измеряют потенциалы на защищаемом сооружении в контрольно-измерительных пунктах, на вводах в здания и других элементах сооружения, доступных для проведения измерения.

8.1.7 Места размещения контрольно-измерительных пунктов магистральных трубопроводов определены в ГОСТ 25812. Для остальных сооружений контрольно-измерительные пункты устанавливают с интервалом не более 200м в пределах поселения и не более 500м — вне пределов поселения, в том числе:

— в пунктах подключения дренажного кабеля к сооружению;

— на границах зоны защиты установки катодной защиты и границах зон защиты смежных установок катодной защиты;

— в местах максимального сближения сооружения с анодным заземлителем;

— в местах пересечения с автомобильными дорогами и железнодорожными путями с контролем параметров электрохимической защиты по обе стороны от пересечения;

— в местах подземного расположения электроизолирующих вставок.

Примечание. Для трубопроводов, транспортирующих углеводороды с давлением среды свыше 1,2 МПа (категория 1а) рекомендуется места размещения контрольно-измерительных пунктов определять в соответствии с требованиями ГОСТ 25812.

8.1.8 Измерение поляризационных потенциалов (потенциалов без омической составляющей) проводят следующими методами (см. приложение X):

— метод отключения тока поляризации датчика потенциала (вспомогательного электрода), имитирующего дефект в защитном покрытии;

— метод отключения тока защиты подземного сооружения;

— метод непосредственного измерения потенциала вспомогательного электрода через электролитический ключ, максимально приближенный к вспомогательному электроду.

Примечание. При использовании для измерения любых датчиков потенциала (вспомогательных электродов), рекомендуется определить соотношение размеров датчика (вспомогательного электрода) и среднего значения размеров дефектов защитного покрытия на контролируемом участке сооружения для учета при оценке результатов измерений согласно основным закономерностям теории электрического поля в грунте.

8.1.9 Катодную поляризацию сооружений осуществляют таким образом, чтобы защитные потенциалы металла относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения находились между минимальным и максимальным (по абсолютному значению) значениями в соответствии с таблицей 4. Допускается применение других неполяризующихся электродов сравнения с приведением результатов измерения к насыщенному медно-сульфатному электроду сравнения.

Таблица 4. Защитные потенциалы металла сооружения относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения

Сооружения и условия их эксплуатации	Минимальный защитный потенциал(1) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения(2), В		Максимальный защитный потенциал(1) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения(2), В
	Поляризационный потенциал (без омической составляющей)	Суммарный (с омической составляющей)	Поляризационный потенциал (без омической составляющей)	Суммарный (с омической составляющей)
Действующие стальные сооружения до их реконструкции(3);
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С
	-0,85	-0,9	-1,15	-2,5
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) свыше 40°С; сооружения при опасности биокоррозии	-0,95	-1,05	-1,15	-3,5
Вновь построенные и реконструированные сооружения:
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С	-0,85	— 0,95	-1,2	-3,5
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) свыше 40°С, не имеющие теплоизоляции	-0,95	-1,05	— 1,1	-3,5

(1) Здесь и далее под минимальным и максимальным значениями потенциала подразумевают его значения по абсолютной величине.

(2) Электроды сравнения обеспечивают стабильность потенциала по отношению к образцовому электроду сравнения по ГОСТ 17792 в пределах ±15мВ.

(3) Показатели относятся к сооружениям, для которых проектными решениями не был предусмотрен контроль поляризационного потенциала. Допускается оценивать защищенность только по величине потенциала с омической составляющей, который для действующих стальных сооружений с температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С, с покрытием на основе битумной мастики не отрицательнее минус 2,5В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения.

8.1.10 Катодную поляризацию трубопроводов с теплоизоляцией, в том числе тепловых сетей и горячего водоснабжения бесканальной прокладки, а также канальной прокладки при расположении анодного заземления за пределами канала, проводят таким образом, чтобы потенциал с омической составляющей (суммарный потенциал) трубопровода был в пределах от минус 1,1 до минус 2,5В по медно-сульфатному электроду сравнения. При отсутствии защитного изоляционного покрытия на наружной поверхности трубопровода, его потенциал с омической составляющей трубопровода должен находиться в пределах от минус 1,1 до минус 3,5В по медно-сульфатному электроду сравнения.

8.1.11 Катодную поляризацию трубопроводов тепловых сетей и горячего водоснабжения канальной прокладки применяют при расположении анодных заземлений в канале или вне канала. При расположении анодных заземлений в канале потенциал трубопровода, измеренный относительно установленного у поверхности трубы вспомогательного стального электрода, поддерживают на 0,3-0,8В отрицательнее потенциала трубы относительно этого электрода, измеренного при отсутствии катодной поляризации трубы. Измерение потенциала трубопровода при расположении анодного заземления в канале приведено в приложении Ш.

8.1.12 Катодную поляризацию подземных металлических сооружений осуществляют так, чтобы она не оказывала опасного влияния на смежные подземные металлические сооружения. Если при осуществлении катодной поляризации возникнет опасное влияние на смежные подземные металлические сооружения, то необходимо принять меры по его устранению или выполнить совместную защиту этих сооружений.

Примечание. Опасным влиянием катодной поляризации защищаемого сооружения на соседние металлические сооружения в соответствии с 5.11 считают:

— уменьшение по абсолютной величине минимального или увеличение по абсолютной величине максимального защитного потенциала на соседних металлических сооружениях, имеющих электрохимическую защиту;

— появление опасности коррозии на соседних подземных металлических сооружениях, ранее не требовавших защиты от нее.

8.1.13 Для повышения эффективности электрохимической защиты и ограничения опасного влияния на соседние металлические сооружения, а также электрического секционирования трубопроводов, проходящих в зонах воздействия блуждающих токов, необходимо предусматривать электроизолирующие вставки (фланцы, муфты и т.п.) в соответствии с нормативной документацией. Места их установки определяются проектом.

8.1.14 Контроль работы установок электрохимической защиты в эксплуатационных условиях заключается в периодическом осмотре, оценке технического состояния и проверке эффективности их работы. При значительных изменениях, связанных с развитием сети подземных металлических сооружений и источников блуждающих и индуцированных токов, проводят дополнительный контроль.

8.1.15 Контроль непрерывности работы (перерывов в работе) установок катодной защиты должен быть обеспечен с учетом времени на производство плановых регламентных и ремонтных работ в процессе эксплуатации. Перерывы в работе установок катодной защиты допускаются только для проведения плановых работ. Работу по внеплановому ремонту вышедших из строя установок электрохимической защиты классифицируют как аварийную.

8.1.16 Если в зоне действия вышедшей из строя установки электрохимической защиты защитный потенциал трубопровода обеспечивается соседними (смежными) установками защиты (перекрывание зон защиты), то срок устранения неисправности определяется техническим руководителем эксплуатационной организации.

8.1.17 Стальные трубопроводы, реконструируемые методом санирования (облицовки внутренней поверхности трубы) с помощью полимерных материалов, как правило, подлежат защите в соответствии с 8.1.9. Стальные трубопроводы, реконструируемые методом протяжки неметаллических труб, подлежат защите на тех участках, где стальная труба необходима как защитный футляр (под автомобильными, железными дорогами и др.) с учетом 8.1.5.

8.1.18 Стальные футляры (кожухи) трубопроводов под автомобильными дорогами, железнодорожными и трамвайными путями при бестраншейной прокладке (прокол, продавливание и другие технологии, разрешенные к применению), как правило, защищают защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты в соответствии с 6.6 и 8.1.9.

8.1.19 В качестве футляров (кожухов) рекомендуется использовать трубы с внутренним защитным покрытием.

8.1.20 Если обеспечение защитных потенциалов по 8.1.9 на действующих трубопроводах, транспортирующих среды температурой не выше 40°С и длительное время находившихся в эксплуатации в коррозионно-опасных условиях, экономически нецелесообразно, по согласованию с проектной и обследующей организациями допускается применять в качестве минимального поляризационного защитного потенциала трубопровода его значение на 100мВ отрицательнее стационарного потенциала. Стационарный потенциал трубопровода определяют по датчику потенциала (вспомогательному электроду) (см. приложение Щ).

Примечание. Минимальный защитный поляризационный потенциал — более отрицательный, чем минус 0,65В.

Коррозионное растрескивание под влиянием напряжения

Если на металлическую поверхность одновременно воздействуют внешние негативные факторы и высокое напряжение от ЛЭП, создающее растягивающие усилия, то происходит образование ржавчины. Согласно проведенным исследованиям получила свое место водородно-коррозионная новая теория.

Трещины небольшого размера образовываются при насыщении трубы водородом, которое после обеспечивает увеличение давления изнутри до показателей, выше положенного эквивалента связи атомов и кристаллов.

Под влиянием диффузии протонов производится наводораживание поверхностного слоя под влияние гидролиза при повышенных уровнях катодной защищенности и одновременного воздействия неорганических соединений.

После того как трещина раскроется, происходит ускорение процесса ржавление металла, которое обеспечивается грунтовым электролитом. В итоге под влиянием механических воздействий металл подвергается медленному разрушению.

Технология катодной поляризации

В данном случае используется так называемый наложенный ток. Для его подачи на металлический объект используется внешний проводник (часто) или источник тока (редко). При контакте с электрически активной частицей происходит следующее — частица под действием сил электрического притяжения перемещается к защитному элементу с отрицательным зарядом, где происходит «утилизация» этих частиц.

Последствия такой «утилизации» очевидны — защитный элемент со временем сам покрывается коррозией и приходит в негодность. Поэтому данную технологию очень часто называют методом жертвенного электрода (вместо нашей детали происходит ржавление «электрода-жертвы»).

Коррозия под влиянием микроорганизмов

Микробиологической коррозией называется процесс образования ржавчины на трубопроводе под влиянием живых микроорганизмов. Это могут быть водоросли, грибки, бактерии, в их числе простейшие организмы. Установлено, что размножение бактерий наиболее существенно влияет на этот процесс. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов необходимо создание условий, а именно нужен азот, влажность, воды и соли. Также условия такие, как:

1. Температурно-влажностные показатели.
2. Давление.
3. Наличие освещенности.
4. Кислород.

При выделении кислотной среды организмы также могут вызвать коррозию. Под их влиянием на поверхности проявляются каверны, имеющие черный цвет и неприятный запах сероводорода. Бактерии, содержащие сульфаты присутствуют практические во всех почвах, но скорость коррозии увеличивается при увеличении их количества.

Что такое электрохимическая защита

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии – это комплекс мер, направленных на недопущение развития коррозии под воздействием электрического поля. Для преобразования постоянного тока применяются специализированные выпрямители.

Защита от коррозии производится созданием электромагнитного поля, в результате чего приобретается отрицательный потенциал или участок исполняет роль катода. То есть отрезок стальных трубопроводов, огражденный от образования ржавчины, приобретает отрицательный заряд, а заземление – положительный.

Катодная защита трубопроводов от коррозии сопровождает электролитической защищенностью с достаточной проводимостью среды. Такую функцию выполняет грунт, при прокладывании металлических подземных магистралей. Контактирование электродов осуществляется через токопроводящие элементы.

Индикатор для определения показателей коррозии – это высоковольтный вольтметр или датчик коррозии. С помощью этого прибора контролируется показатель между электролитом и грунтом, конкретно для этого случая.

Защита кузовов автомобилей от коррозии

При нарушении покрытия толщина кузова автомобиля может уменьшиться за 5 лет до 1 мм, т. е. проржаветь насквозь. Восстановление защитного слоя важно, но кроме него есть способ полного прекращения процесса коррозии с помощью катодно-протекторной защиты. Если превратить кузов в катод, коррозия металла прекращается. Анодами могут быть любые токопроводящие поверхности, расположенные рядом: металлические пластины, контур заземления, корпус гаража, влажное дорожное покрытие. При этом эффективность защиты возрастает с ростом площади анодов. Если анодом является дорожное покрытие, для контакта с ним применяется «хвост» из металлизованной резины. Его помещают напротив колес, чтобы лучше попадали брызги. «Хвост» изолируется от корпуса.

К аноду подключается плюс аккумуляторной батареи через резистор 1 кОм и последовательно соединенный с ним светодиод. При замыкании цепи через анод, когда минус соединен с кузовом, в нормальном режиме светодиод еле заметно светится. Если он ярко горит, значит, в цепи произошло короткое замыкание. Причину надо найти и устранить.

Для защиты последовательно в цепи нужно установить предохранитель.

При нахождении автомобиля в гараже его подключают к заземляющему аноду. Во время движения подключение происходит через «хвост».

Как классифицируется электрохимическая защита

Коррозия и защита магистральных трубопроводов и резервуаров от нее контролируются двумя способами:

• К металлической поверхности подводиться источник от тока. Этот участок приобретает отрицательный заряд, то есть исполняет роль катода. Аноды – это инертные электроды, которые никакого отношения к конструктивному исполнению не имеют. Этот способ считается наиболее распространенным, и электрохимическая коррозия не возникает. Такая методика направлена на недопущение следующих разновидностей коррозий: питтинговой, по причине присутствия блуждающих токов, кристаллического типа нержавеющей стали, а также растрескиванию элементов из латуни.
• Гальванический способ. Защита магистральных трубопроводов или протекторная защита осуществляется металлическими пластинами с большими показателями отрицательных зарядов, изготовленными из алюминия, цинка, магния либо их сплавов. Аноды – это два элемента, так называемые ингибиторы, при этом медленное разрушение протектора способствует поддержанию в изделии катодного тока. Протекторная защита используется крайне редко. ЭХЗ выполняется на изоляционное покрытие трубопроводов.

Протекторная защита

Способ представляет собой вид катодной защиты с подключением электродов из более электроотрицательного металла через электропроводную среду. Отличие заключается в отсутствии источника энергии. Протектор берет коррозию на себя, растворяясь в электропроводной окружающей среде.

Через несколько лет анод следует заменить, поскольку он вырабатывается.

Эффект от анода увеличивается со снижением у него переходного сопротивления со средой. Со временем он может покрываться коррозионным слоем. Это приводит к нарушению электрического контакта. Если поместить анод в смесь солей, обеспечивающую растворение продуктов коррозии, эффективность повышается.

Влияние протектора ограничено. Радиус действия определяется электрическим сопротивлением среды и разностью потенциалов между анодом и катодом.

Протекторная защита применяется при отсутствии источников энергии или когда их использование экономически нецелесообразно. Она также невыгодна при применении в кислых средах из-за высокой скорости растворения анодов. Протекторы устанавливают в воде, в грунте или в нейтральной среде. Аноды из чистых металлов обычно не делают. Растворение цинка происходит неравномерно, магний корродирует слишком быстро, а на алюминии образуется прочная пленка окислов.

Об особенностях электрохимической защиты

Основной причиной разрушения трубопроводов является следствие коррозии металлических поверхностей. После образования ржавчины образовывают трещины, разрывы, каверны, которые постепенно увеличиваются в размерах и способствуют разрыву трубопровода. Это явление чаще происходит у магистралей, проложенных под землей, или соприкасающихся с грунтовыми водами.

В принципе действия катодной защиты заложено создание разности напряжений и действия двумя вышеописанными методами. После проведенных измерительных операций непосредственно на местности расположения трубопровода выяснено, что нужный потенциал, способствующий замедлению процесса разрушения должен составлять 0,85В, а у подземных элементов это значение равно 0,55В.

Для замедления скорости коррозии следует снизить катодное напряжение на 0,3В. При таком раскладе, скорость коррозии не будет более 10 мкм/год, а это существенно продлить срок службы технических устройств.

Одна из значимых проблем – это наличие блуждающих токов в грунте. Такие токи возникают от заземлений зданий, сооружений, рельсовых путей и иных устройств. Тем более невозможно провести точную оценку, в каком месте они могут проявиться.

Для создания разрушающего воздействия достаточно заряда стальных трубопроводов положительным потенциалом по отношению к электролитическому окружению, к ним относятся магистрали, проложенные в грунте.

Для того чтобы обеспечить контур током необходимо подвести внешнее напряжение, параметры которого будут достаточными для пробивания сопротивления грунтового основания.

Как правило, подобные источники – это линии электропередач с показателями мощностей от 6 до 10 кВт. Если электрический ток невозможно подвести, то можно использовать дизельные или газовые генераторы. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии перед выполнением работ должен быть ознакомлен с проектными решениями.

Источник питания

Возле нефте- и газопроводов, в сетях отопления и водоснабжения, для которых необходима катодная защита, устанавливают станции, от которых подается напряжение на объекты. Если они размещаются на открытом воздухе, степень их защиты должна быть не ниже IP34. Для сухих помещений подходит любая.

Станции катодной защиты газопроводов и других крупных сооружений имеют мощность от 1 до 10 кВт.

Их энергетические параметры прежде всего зависят от следующих факторов:

• сопротивление между почвой и анодом;
• электропроводность грунта;
• длина защитной зоны;
• изолирующее действие покрытия.

Традиционно преобразователь катодной защиты представляет собой трансформаторную установку. Сейчас на смену ей приходит инверторная, обладающая меньшими габаритами, лучшей стабильностью тока и большей экономичностью. На важных участках устанавливают контроллеры, обладающие функциями регулирования тока и напряжения, выравнивания защитных потенциалов и др.

Оборудование представлено на рынке в различных вариантах. Для конкретных нужд применяется индивидуальное проектирование, обеспечивающее лучшие условия эксплуатации.

Катодная защита

Чтобы снизился процент возникновения ржавчины на поверхности труб, используются станции электродной защиты:

1. Анодная, выполненная в виде заземляющих проводников.
2. Преобразователи постоянных потоков электронов.
3. Оборудование пункта управления процессом и контроля за этим процессом.
4. Кабельные и проводные соединения.

Станции катодных защит достаточно результативны, при непосредственном соединении с линией электропередачи или генератору, они обеспечивают ингибирующее действие токов. При этом обеспечивается защита одновременно нескольких участков трубопровода. Регулировка параметров производиться вручную или автоматически. В первом случае используются обмотки трансформаторов, а во втором – тиристоры.

Наиболее распространенной на территории России является высокотехнологичная установка – Миневра -3000. Ее мощности предостаточно для осуществления защиты 30000 м магистралей.

Достоинства технического устройства:

• высокие характеристики мощности;
• обновление режима работы после перегрузок через четверть минуты;
• с помощью цифрового регулирования осуществляется контроль за рабочими параметрами;
• герметичность высокоответственных соединений;
• подключение устройства к дистанционному контролю за процессом.

Также применяются АСКГ-ТМ, хотя они их мощность невелика, их оснащение телеметрическим комплексом или дистанционным управлением позволяет им быть не менее популярными.

Схема изоляционной магистрали водопровода или газопровода должна быть на месте проведения работ.

Видео: катодная защита от коррозии – какой бывает и как выполняется?

Метод — катодная поляризация

Метод катодной поляризации предусматривает смещение электродного потенциала металла в отрицательную сторону до значений так называемого минимально защитного потенциала, при котором скорость растворения не превышает заданной величины. При этом смещение потенциала металла до заданного значения осуществляется путем катодной поляризации от внешнего источника тока. Катодную поляризацию осуществляют при помощи специальных установок катодной, дренажной, протекторной защиты. [1]

Метод катодной поляризации имеет недостатки. Он более действен во влажных грунтах, поэтому результаты замеров, сделанных в сухую погоду и после обильных дождей, будут различными, а промерзание грунта до верхней образующей трубы вообще исключает применение этого метода. Эксплуатационные службы не располагают приборными устройствами, с помощью которых можно было бы определять снижение защитных свойств изоляционных покрытий за счет старения материалов или по другим причинам. [2]

Метод катодной поляризации ( осциллографическая запись кривых заряжения) пригоден для исследования таких металлов, окислы которых восстанавливаются при потенциалах более положительных, чем восстановление водорода. [4]

Метод катодной поляризации предусматривает смещение электродного потенциала металла в отрицательную сторону до значений так называемого минимально защитного потенциала, при котором скорость растворения не превышает заданной величины. При этом смещение потенциала металла до заданного значения осуществляется путем катодной поляризации от внешнего источника тока. Катодную поляризацию осуществляют при помощи специальных установок катодной, дренажной, протекторной защиты. [5]

Сущность метода катодной поляризации заключается в следующем. [7]

При применении метода катодной поляризации особое значение придается подготовке участка трубопровода к испытаниям. Контролируемый участок не должен иметь электрических и технологических перемычек с другими сооружениями. При этом не допускается контакт неизолированных концов контролируемого участка с соседними участками и с грунтом ( за исключением участка протяженностью 50 — 100 км), соединенными с другими металлическими сооружениями. [8]

Электрохимическая защита методом катодной поляризации является одним из основных средств обеспечения коррозионной стойкости городских подземных металлических коммуникаций. Защита методом катодной поляризации основана на закономерном снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала в сторону отрицательных значений относительно потенциала коррозии. Этот метод предусматривает смещение потенциалов до значений, соответствующих поляризационным потенциалам, при которых скорость растворения не превышает некоторой заданной величины. [9]

Контролируя изоляцию методом катодной поляризации , генератор или другой источник электропитания включают после монтажа всей схемы. Демонтаж схемы производится только при отключенном источнике электропитания. [10]

Контролируя изоляцию методом катодной поляризации , генератор или другой источник электропитания включают после монтажа всей схемы. Демонтаж схемы производят только при отключенном источнике электропитания. [11]

Контроль изоляции методом катодной поляризации не распространяется на: подземные трубопроводы компрессорных, насосных, газораспределительных станций и промыслов длиной менее 200 м; морские участки трубопроводов и трубопроводы надземной прокладки; подземные магистральные и промысловые трубопроводы, прокладываемые на Крайнем Севере в многолетнемерзлых грунтах. [12]

При контроле изоляции методом катодной поляризации наиболее важно определить критическую величину переходного сопротивления труба — земля. [13]

При контроле состояния изоляции методом катодной поляризации после окончания изоляционно-укладочных работ смещение разности потенциалов труба — земля, вызванное поляризацией, на переходных участках грунтов меньше, чем на соседних однотипных грунтах, даже если сила тока не превышает в обоих случаях допустимой величины. [15]

Назначение электроизолирующих муфт и искроразрядников

Трубопроводные системы используются повсеместно для транспортировки веществ на большие расстояния. Они нашли применение в нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве. Трубопроводы используются коммунальными хозяйствами для подачи горячей и холодной воды, отведения бытовых стоков, подачи газа. Чтобы системы справлялись с возложенной на них задачей, нужно их спроектировать еще до закладки фундамента. Не меньше внимания стоит уделить выбору комплектующих и грамотному проведению монтажных работ. Это исключит аварийные ситуации, серьезные поломки и дорогостоящий ремонт в будущем.

Если нужно выполнить электрическое разделение коммуникации, используется искроразрядник и изолирующая муфта. Первый – это предохранительное устройство. Если в трубопроводе возникнут импульсные перенапряжения, тот этот элемент исключит пробой изоляции муфты. Изолирующие муфты позволяют решить на практике ряд важных задач:

• повышение производительности системы;
• обеспечение защиты от образования очагов коррозии;
• продление срока службы трубопровода.

Где можно использовать изолирующую муфту?

Этот конструктивный элемент широко используется при прокладке сетей, предназначенных для транспортировки различных веществ:

• газов;
• нефти и продуктов ее переработки;
• воды;
• парообразных веществ.

Широкая область применения муфт обусловлена их устойчивостью к внушительным механическим нагрузкам. Под влиянием внешних факторов изделия не деформируются, не утрачивают свих первоначальных свойств. Простое конструктивное исполнение гарантирует максимально удобный монтаж. Сегодня изолирующие муфты представлены довольно большим ассортиментом, изучить который можно на сайте https://sngvstavki.ru/.

Преимущества монолитных муфт.

Сегодня муфты монолитного типа составляют уверенную конкуренцию уплотнительным системам в виде круглых колец. Растущая популярность и широкая область их применения обусловлена многочисленными преимуществами:

• устойчивость к резким температурным колебаниям. Соединительные элементы можно использовать в широком температурном диапазоне;
• сводится к минимуму эффект неконтролируемой декомпрессии;
• возможность прокладки трубопроводов в регионах России с разными климатическими условиями;
• относительно простой и быстрый монтаж;
• широкий модельный ряд изделий разного диаметра (для трубопроводных систем разного назначения можно подобрать оптимально подходящие соединительные элементы);
• устойчивость к высокому рабочему давлению;
• прочность (изделия под воздействием высоких нагрузок не растягиваются, не сжимаются, не деформируются);
• подходят для транспортировки рабочих сред с температурой до +250 градусов.

Практика многих предприятий показывает, что использование изолирующих монолитных муфт продлевает срок службы трубопроводов, исключает аварийные ситуации и непредвиденные поломки.

Добавлено: 12.07.2019 16:16:52

Еще статьи в рубрике Статьи про электричество / Электроснабжение дома, электрогенераторы, электропроводка:

• Безлимитный интернет на даче за 220 руб в месяц это реальность

Если сигнал с сотовой вышки слабый, то вам понадобится антенна рассчитанная для приема сигнала на определенном диапазоне. При помощи приложения для .

Электротехнические работы относятся к числу наиболее востребованных услуг. .

Общее впечатление о сделанном ремонте будет складываться из мелочей, что уже не раз доказала практика. По этой причине к выбору этих .

Согласно ФЗ №123, регулирующему пожарную безопасность предприятий, устанавливаются строгие правила и требования к прокладке огнестойкого кабеля. Почему? В случае возгорания кабель .

Кабель является востребованной продукцией, которая представлена в продаже изобилием разновидностей. Так, на рынке не составит труда найти кабель силовой ВВГ. .

Конструктивно трансформаторы ТМГ 1250 кВА являются полностью герметичными. Оснащаются трехфазной составляющей с двумя обмотками. Охлаждение масляной среды осуществляется естественным образом без .

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.

Определение электрохимической защиты

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии – процесс, осуществляемый при воздействии постоянного электрического поля на предохраняемый объект из металлов или сплавов. Поскольку обычно доступен для работы переменный ток, используются специальные выпрямители для преобразования его в постоянный.

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

Соответственно, если ограждаемый от коррозии отрезок трубы становится «минусом», то заземление, подводящееся к нему, – «плюсом» (т.е. анодом).

Антикоррозионная защита по такой методике невозможна без присутствия электролитической, с хорошей проводимостью, среды. В случае обустройства трубопроводов под землёй её функцию выполняет грунт. Контакт же электродов обеспечивается путём применения хорошо проводящих электрический ток элементов из металлов и сплавов.

В ходе протекания процесса между средой-электролитом (в данном случае грунтом) и защищаемым от коррозии элементом возникает постоянная разница потенциалов, значение которой контролируется при помощи высоковольтных вольтметров.

Классификация методик электрохимической катодной защиты

Такой способ предупреждения коррозии был предложен в 20-х годах XIX века и поначалу использовался в судостроении: медные корпуса кораблей обшивались протекторами-анодами, значительно снижающими скорость корродирования металла.

После того, как была установлена эффективность новой технологии, изобретение стало активно применяться в других областях промышленности. Через некоторое время оно было признано одним из самых эффективных способов защиты металлов.

В настоящее время используется два основных типа катодной защиты трубопроводов от коррозии:

1. Самый простой способ: к металлическому изделию, требующему предохранения от коррозии, подводится внешний источник электрического тока. В таком исполнении сама деталь приобретает отрицательный заряд и становится катодом, роль же анода выполняют инертные, не зависящие от конструкции, электроды.
2. Гальванический метод. Нуждающаяся в защите деталь соприкасается с защитной (протекторной) пластиной, изготавливаемой из металлов с большими значениями отрицательного электрического потенциала: алюминия, магния, цинка и их сплавов. Анодами в этом случае становятся оба металлических элемента, а медленное электрохимическое разрушение пластины-протектора гарантирует поддержание в стальном изделии требуемого катодного тока. Через более или менее долгое время, в зависимости от параметров пластины, она растворяется полностью.

Характеристики первого метода

Этот способ ЭХЗ трубопроводов, в силу простоты, наиболее распространён. Применятся он для предохранения крупных конструкций и элементов, в частности, трубопроводов подземного и наземного типов.

Методика помогает противостоять:

• питтинговой коррозии;
• коррозии из-за присутствия в зоне расположения элемента блуждающих токов;
• коррозии нержавеющей стали межкристального типа;
• растрескиванию латунных элементов вследствие повышенного напряжения.

Характеристики второго метода

Эта технология предназначается, в отличие от первой, в том числе для защиты изделий небольших размеров. Методика наиболее популярна в США, в то время как в Российской Федерации используется редко. Причина в том, что для проведения гальванической электрохимическая защита трубопроводов необходимо наличие на изделии изоляционного покрытия, а в России магистральные трубопроводы таким образом не обрабатываются.

Особенности ЭХЗ трубопроводов

Главной причиной выхода трубопроводов из строя (частичной разгерметизации или полного разрушения отдельных элементов) является коррозия металла. В результате образования на поверхности изделия ржавчины на его поверхности появляются микроразрывы, раковины (каверны) и трещины, постепенно приводящие к выходу системы из строя. Особенно эта проблема актуальна для труб, пролегающих под землёй и всё время соприкасающихся с грунтовыми водами.

Принцип действия катодной защиты трубопроводов от коррозии предполагает создание разности электрических потенциалов и реализуется двумя вышеописанными способами.

После проведения измерений на местности было установлено, что необходимый потенциал, при котором замедляется любой коррозионный процесс, составляет –0,85 В; у находящихся же под слоем земли элементов трубопровода его естественное значение равно –0,55 В.

Чтобы существенно замедлить процессы разрушения материалов, нужно добиться снижения катодного потенциала защищаемой детали на 0,3 В. Если добиться этого, скорость коррозии стальных элементов не будет превышать значений 10 мкм/год.

Одну из самых серьёзных угроз металлическим изделиям представляют блуждающие токи, то есть электрические разряды, проникающие в грунт вследствие работы заземлений линий энергопередачи (ЛЭП), громоотводов или передвижения по рельсам поездов. Невозможно определить, в какое время и где они проявятся.

Разрушающее воздействие блуждающих токов на стальные элементы конструкций проявляется, когда эти детали обладают положительным электрическим потенциалом относительно электролитической среды (в случае трубопроводов – грунта). Катодная методика сообщает защищаемому изделию отрицательный потенциал, в результате чего опасность коррозии из-за этого фактора исключается.

Оптимальным способом обеспечения контура электрическим током является использование внешнего источника энергии: он гарантирует подачу напряжения, достаточного для «пробивания» удельного сопротивления грунта.

Обычно в роли такого источника выступают воздушные линии энергопередачи с мощностями 6 и 10 кВт. В случае отсутствия на участке пролегания трубопровода ЛЭП следует использовать генераторы мобильного типа, функционирующие на газе и дизельном топливе.

Что нужно для катодной электрохимической защиты

Для обеспечения снижения коррозии на участках пролегания трубопроводов используются особые приспособления, называемые станциями катодной защиты (СКЗ).

Эти станции включают в себя следующие элементы:

• заземление, выступающее в роли анода;
• генератор постоянного тока;
• пункт контроля, измерений и управления процессом;
• соединительные приспособления (провода и кабели).

Станции катодной защиты вполне эффективно выполняют основную функцию, при подключении к независимому генератору или ЛЭП защищая одновременно несколько расположенных поблизости участков трубопроводов.

Регулировать параметры тока можно как вручную (заменяя трансформаторные обмотки), так и в автоматизированном режиме (в случае, когда в контуре имеются тиристоры).

Наиболее совершенной среди применяемых на территории РФ станций катодной защиты признаётся «Минерва-3000» (проект СКЗ по заказу «Газпрома» был создан французскими инженерами). Одна такая станция позволяет обеспечить безопасность около 30 км пролегающего под землей трубопровода.

• высокий уровень мощности;
• возможность быстрого восстановления после возникновения перегрузок (не более 15 секунд);
• оснащённость необходимыми для контроля рабочих режимов узлами цифровой регулировки системы;
• абсолютно герметичные ответственные узлы;
• возможность контролировать функционирование установки удалённо, при подключении специального оборудования.

Вторая наиболее популярная в России СКЗ – «АСКГ-ТМ» (адаптивная телемеханизированная станция катодной защиты). Мощность таких станций меньше, чем упомянутых выше (от 1 до 5 кВт), но их возможности автоматического контроля работы улучшены за счёт наличия в исходной комплектации телеметрического комплекса с дистанционным управлением.

Обе станции требуют источника напряжения мощностью 220 В, управляются с помощью модулей GPRS и характеризуются достаточно скромными габаритами — 500×400×900 мм при весе 50 кг. Срок эксплуатации СКЗ – от 20 лет.

Источник https://spark-welding.ru/montazh-i-remont/shema-katodnoj-zashchity.html

Источник https://www.stroi-baza.ru/articles/one.php?id=10798

Источник https://trubaspec.com/montazh-i-remont/varianty-katodnoy-zashchity-truboprovodov-preimushchestva-i-nedostatki-sposobov.html