Варіанти катодного захисту трубопроводів – переваги та недоліки способів

Зміст:

Визначення електрохімічного захисту
Класифікація методик електрохімічного катодного захисту
Особливості ЕХЗ трубопроводів
Що потрібно для катодного електрохімічного захисту

Досі при облаштуванні довгих промислових трубопроводів найбільш популярним матеріалом виготовлення труб є сталь. Володіючи безліччю чудових властивостей, таких як механічна міцність, здатність функціонувати при великих значеннях внутрішніх тиску і температури та стійкість до сезонних змін погоди, сталь має і серйозний недолік: схильність до корозії, що призводить до руйнування виробу і, відповідно, непрацездатності всієї системи.

Один зі способів захисту від цієї загрози – електрохімічний, що включає катодний та анодний захист трубопроводів; про особливості та різновиди катодного захисту буде розказано нижче.

Визначення електрохімічного захисту

Електрохімічний захист трубопроводів від корозії – процес, здійснюваний при дії постійного електричного поля на об'єкт з металів або сплавів, що охороняється. Оскільки зазвичай доступний для роботи змінний струм, використовуються спеціальні випрямлювачі для перетворення його в постійний.

У разі катодного захисту трубопроводів об'єкт шляхом подачі на нього електромагнітного поля набуває негативний потенціал, тобто робиться катодом.

Відповідно, якщо захищаємий від корозії відрізок труби стає «мінусом», то заземлення, яке підводиться до нього, – «плюсом» (тобто анодом).

Антикорозійний захист за такою методикою неможливий без присутності електролітичного, з гарною провідністю, середовища. У разі облаштування трубопроводів під землею його функцію виконує ґрунт. Контакт же електродів забезпечується шляхом застосування добре проводячих електричний струм елементів з металів і сплавів.

В ході протікання процесу між середовищем-електролітом (в даному випадку ґрунтом) і захищеним від корозії елементом виникає постійна різниця потенціалів, значення якої контролюється за допомогою високовольтних вольтметрів.

Класифікація методик електрохімічного катодного захисту

Такий спосіб попередження корозії був запропонований у 20-х роках XIX століття і спочатку використовувався в суднобудуванні: мідні корпуси кораблів обшивалися протекторами-анодами, що значно знижують швидкість корродіювання металу.

Після того, як була встановлена ефективність нової технології, винахід став активно застосовуватися в інших галузях промисловості. Через деякий час він був визнаним одним з найбільш ефективних способів захисту металів.

Тепер використовується два основних типи катодного захисту трубопроводів від корозії:

Найпростіший спосіб: до металевого виробу, який вимагає захисту від корозії, підводиться зовнішнє джерело електричного струму. В такому виконанні сама деталь набуває негативний заряд і стає катодом, роль анода виконують інертні електроди, які не залежать від конструкції.
Гальванічний метод. Потребуюча захисту деталь стикається із захисною (протекторного) пластиною, що виготовляється з металів із великими значеннями негативного електричного потенціалу: алюмінію, магнію, цинку та їх сплавів. Анодами в цьому випадку стають обидва металевих елементи, а повільне електрохімічне руйнування пластини-протектора гарантує підтримку в сталевому виробі необхідного катодного струму. Через більш чи менш тривалий час, залежно від параметрів пластини, вона розчиняється повністю.

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРШОГО МЕТОДУ

Цей спосіб ЕХЗ трубопроводів, в силу простоти, найбільш поширений. Застосовується він для збереження великих конструкцій та елементів, зокрема, трубопроводів підземного і наземного типів.

Методика допомагає протистояти:

піттинговій корозії;
корозії внаслідок присутності в зоні розташування елемента блукаючих струмів;
корозії нержавіючої сталі міжкристального типу;
розтріскування латунних елементів внаслідок підвищеної напруги.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРУГОГО МЕТОДУ

Ця технологія призначається, на відміну від першої, в тому числі для захисту виробів невеликих розмірів. Методика найбільш популярна в США, в той час як у країнах колишнього СНД використовується рідко. Причина в тому, що для проведення гальванічного електрохімічного захисту трубопроводів необхідна наявність на виробі ізоляційного покриття, а в Україні магістральні трубопроводи таким чином не обробляються.

Особливості ЕХЗ трубопроводів

Головною причиною виходу трубопроводів з ладу (часткової розгерметизації або повного руйнування окремих елементів) є корозія металу. В результаті утворення на поверхні виробу іржі на його поверхні з'являються мікророзриви, раковини (каверни) та тріщини, які поступово призводять до виходу системи з ладу. Особливо ця проблема актуальна для труб, що пролягають під землею і весь час стикаються з ґрунтовими водами.

Принцип дії катодного захисту трубопроводів від корозії передбачає створення різниці електричних потенціалів і реалізується двома вищеописаними способами.

Після проведення вимірювань на місцевості було встановлено, що необхідний потенціал, при якому сповільнюється будь корозійний процес, становить -0,85 В; у елементів трубопроводу, що знаходяться під шаром землі, його природне значення одно -0,55 Ст.

Щоб істотно уповільнити процеси руйнування матеріалів, потрібно досягти зниження катодного потенціалу деталі, що захищається, на 0,3 В. Якщо досягти цього, швидкість корозії сталевих елементів не буде перевищувати значень 10 мкм/рік.

Одну з найбільш серйозних загроз металевим виробам представляють блукаючі струми, тобто електричні розряди, що проникають у ґрунт внаслідок роботи заземлень ліній енергопередачі (ЛЕП), громовідводів або пересування поїздів по рейках. Неможливо визначити, в який час і де вони проявляться.

Руйнівний вплив блукаючих струмів на сталеві елементи конструкцій проявляється, коли ці деталі мають позитивний електричний потенціал щодо електролітичного середовища (у разі трубопроводів – ґрунту). Катодна методика створює захищеному виробу негативний потенціал, внаслідок чого небезпека корозії через цей фактор виключається.

Оптимальним способом забезпечення контуру електричним струмом є використання зовнішнього джерела енергії: воно гарантує подачу напруги, достатньої для «пробивання» питомого опору ґрунту.

Зазвичай у ролі такого джерела виступають повітряні лінії энергопередачи з потужностями 6 і 10 кВт. У разі відсутності на ділянці пролягання трубопроводу ЛЕП слід використовувати генератори мобільного типу, що функціонують на газі та дизельному паливі.

Що потрібно для катодного електрохімічного захисту

Для забезпечення зниження корозії на ділянках пролягання трубопроводів використовуються особливі пристрої, що називаються станціями катодного захисту (СКЗ).

Ці станції включають в себе наступні елементи:

заземлення, виступає в ролі анода;
генератор постійного струму;
пункт контролю, вимірювань і керування процесом;
з'єднувальні пристрої (кабелі).

Станції катодного захисту цілком ефективно виконують основну функцію, при підключенні до незалежного генератора або ЛЕП захищаючи одночасно декілька розташованих поблизу ділянок трубопроводів.

Регулювати параметри струму можна як вручну (замінюючи трансформаторні обмотки), так і в автоматизованому режимі (у разі, коли в контурі є тиристори).

Найбільш досконалою серед застосовуваних на території України станцій катодного захисту визнається «Мінерва-3000» (проект СКЗ на замовлення «Газпрому» був створений французькими інженерами). Одна така станція дозволяє забезпечити безпеку близько 30 км пролягаючого під землею трубопроводу.

Плюси «Мінерви-3000»:

високий рівень потужності;
можливість швидкого відновлення після виникнення перевантажень (не більше 15 секунд);
оснащеність необхідними для контролю робочих режимів вузлами цифрового регулювання системи;
абсолютно герметичні відповідальні вузли;
можливість контролювати функціонування установки віддалено, при підключенні спеціального обладнання.

Друга найбільш популярна в України СКЗ – «АСКГ-ТМ» (адаптивна телемеханізована станція катодного захисту). Потужність таких станцій менше, ніж згаданих вище (від 1 до 5 кВт), але їх можливості автоматичного контролю роботи поліпшені за рахунок наявності у вихідній комплектації телеметричного комплексу з дистанційним керуванням.

Обидві станції вимагають джерела напруги потужністю 220 В, управляються за допомогою модулів GPRS і характеризуються досить скромними габаритами - 500×400×900 мм при вазі 50 кг. Термін експлуатації СКЗ – від 20 років.