Защита подземных стальных газопроводов от коррозии

Обновлено: 28.04.2024

В Москве в ноябре 1865 года начал работу газовый завод с разветвленной сетью подземных газопроводов. До 1930 года газопроводы строились из чугунных труб, в последующие годы и до настоящего времени большую часть газораспределительной сети составляют стальные газопроводы.

Начало строительства газопроводов из стальных труб и электрификация железных дорог московского узла совпали с одновременным ростом протяженности трамвайных путей, что привело к появлению коррозионных повреждений на стальных газопроводах, вызываемых блуждающими токами.

С ростом протяженности стальных газопроводов происходил и рост числа коррозионных повреждений на них. Коррозионные повреждения имеют свой особенный характер. В упрощенном виде это понятие определяется как самопроизвольное разрушение (окисление) металлов. Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует), называется коррозионной, или агрессивной.

Процесс самопроизвольного разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биохимическом взаимодействии с окружающей средой раскрывает смысл термина «коррозия».

Электрохимическая коррозия – основная причина всех коррозионных повреждений стальной газораспределительной сети Москвы. Для ее защиты от разрушающего воздействия электрохимической коррозией ГУП «Мосгаз» осуществляет комплекс мероприятий. Их цель – свести к минимуму коррозионные отказы в цикле бесперебойного газоснабжения потребителей города. Для этого в 1962 году было создано Управление по защите газовых сетей от коррозии, и силами треста «Мосгаз» построены 32 защитные установки.

Сегодня из 3963 км подземных стальных газопроводов защищено 3183 км. Защита обеспечивается 3462-я установками электрохимической защиты, в том числе катодными (3201 уст.), протекторными (147 уст.) и дренажными (114 уст.).

В конструкции вышеперечисленных установок защиты стальных газопроводов от электрохимической коррозии использованы электрические методы защиты, основанные на изменении электрохимических свойств металла под действием поляризующего тока, чаще всего катодной поляризации (катодные электрозащитные установки).

В работе протекторных электрозащитных установок (ЭЗУ) применен механизм защиты, из которого следует, что если два металла поместить в раствор электролита (в простую или подсоленную воду, а в нашем случае в грунт, где уложен газопровод), то один из них, а именно более активный, начнет испускать электроны и присоединять к образовавшимся ионам гидроксильные группы (ОН) из раствора электролита, а другой, менее активный, будет принимать электроны, присоединяя их к своим ионам. В результате более активный металл – анод (протектор) – будет окисляться, а менее активный (наш газопровод) – катод – восстанавливаться. Таким образом анод будет защищать катод.

Дренажные ЭЗУ применяются для борьбы с блуждающими токами. Сущность их работы заключается в том, что после выявления на газопроводе опасной анодной зоны защищаемый газопровод соединяют с источником блуждающих токов (например, с трамвайной или железнодорожной рельсой). В этом случае ток будет возвращаться к своему источнику по металлу, что исключает процесс коррозии.

Академией коммунального хозяйства им. Памфилова разработаны следующие критерии оценки эффективности работы ЭЗУ:

- плотность тока характеризует скорость электрохимического процесса и определяет отношение силы тока, натекающего или стекающего с электрода, к его поверхности. Единица измерения – А/м 2 , мА/см 2 . Прямые измерения плотности тока в случае защиты газопроводов не проводятся;

- электродный потенциал (просто потенциал). В электрохимии принято измерять разность потенциалов между интересующим объектом (нашим газопроводом) и неполяризующим электродом сравнения. Неполяризующийся – это такой электрод, потенциал которого не меняется при прохождении через него тока. Потенциал электрода сравнения принято считать практически постоянным, независимо от условий измерения.

Газопровод находится под защитой, если величина его поляризационного потенциала лежит в пределах от -0,85 до -1,15 В относительно неполяризующегося электрода сравнения (МСЭС) или в менее точном выражении, измеряя суммарный потенциал, то его величина должна лежать в пределах от -0,9 до -2,5 В. Стационарный (бестоковый) потенциал стали в грунте принят условно за -0,7 В, хотя более характерное его значение равно -0,55 В. Таким образом, если величина измеренного потенциала меньше -0,7 В по абсолютной величине, то стальной газопровод находится в анодной зоне и подвергается ускоренному разрушению.

На сегодня в анодной зоне без электрохимической защиты еще эксплуатируются отдельные участки стальных газопроводов. Именно на этих подземных газопроводах в 2003 году было наибольшее число сквозных коррозионных повреждений.

Таким образом, чтобы хорошо защищать газопроводы, необходимо:

1. Проектировать строительство новых ЭЗУ и избавиться от разрушающего воздействия анодных зон.

2. Проектировать и проводить своевременную реконструкцию существующих ЭЗУ.

3. Точно измерять величину защитного потенциала, определяющего, в защите или нет наш газопровод. (Справка: наиболее точные измерения производят прибором ПКИ-03, выпускающимся в Санкт-Петербурге).

4. Самым важным является своевременное, оперативное реагирование на изменяющуюся, динамически развивающуюся инженерную структуру московского городского мегаполиса, так как под асфальтом городских улиц, кроме наших газопроводов, проложены сотни километров тепловых сетей, водопровод, канализация, кабели Мосэнерго, кабели связи, телефонные кабели и другие коммуникации. Кабели связи, водопровод защищаются своими ЭЗУ. В этой ситуации возникает так называемое вредное влияние – разрушение металла газопровода по причине электрохимической коррозии за счет наведенной анодной поляризации от катодно защищенных кабелей связи или водопровода.

Для обеспечения такого оперативного реагирования нужно создать информационную базу по всем коммуникациям и сетям, нанесенным на электронную картографическую основу Москвы (Arcinfo или ей подобные). Эта база должна разрабатываться ведущими специалистами и периодически обновляться ими. Все изменения в нее вносятся на ЭВМ и передаются на места производства работ на магнитных носителях. Выверенные в производственных управлениях газораспределительные сети с сооружениями и другими данными выполняются автоматизированным способом в цветной графике на бумажных носителях, а не в ручную на кальке, как это делается сегодня, и периодически обновляются. При наличии такой информации можно оперативно принимать правильные технические решения по ликвидации отказов в газоснабжении и осуществлять их в минимально короткие сроки.

Все стальные газопроводы, уложенные в землю, имеют изоляционные покрытия, ограничивающие прямой контакт металла с грунтовым электролитом. Эти покрытия должны:

• быть химически стойкими в грунте;

• быть механически прочными;

• иметь хорошую адгезию к поверхности металла и к изоляционному покрытию (в случае проведения ремонтно-восстановительных работ);

• быть гладкими, иметь минимальную пористость;

• обладать минимальным водопоглащением;

• иметь высокие диэлектрические свойства;

• сохранять свои свойства в рабочем интервале температур при хранении и эксплуатации;

• иметь достаточный срок хранения, в течение которого не происходит потери вышеуказанных свойств;

• быть технологичными, т. е. процесс их нанесения должен быть достаточно несложным;

Согласно современным требованиям газопроводы разрешается строить только из труб, покрытых изоляцией в заводских условиях. В полевых условиях на газораспределительных сетях при ремонтных работах допускается производить изоляцию сварных стыков, фасонины и сооружений.

В июне 2004 года ГУП «Мосгаз» завершило испытания новой изоляционной ленты «Пирма» с улучшенными в сравнении с применяемой лентой «Литкор» адгезионными свойствами при нанесении ее на газопроводы в зимний период и увеличенным сроком хранения. Лента применяется с целью повышения качества ремонтных работ, связанных с восстановлением изоляционных покрытий на стальных подземных газопроводах, а также на участках стыковки действующих с вновь построенными газопроводами, имеющими разные виды покрытий (например, мастичное и полимерное). Проведена отработка технологии нанесения покрытия из полимерно-битумной ленты «Пирма», выпускаемой ЗАО «Промизоляция» по ТУ 2245-003-48312016-03 для ремонта и реконструкции подземных трубопроводов коммунального назначения.

Значительная часть газопроводов городской газораспределительной сети эксплуатируется от 40 и более лет. Для определения технического состояния и установления ресурса их дальнейшей эксплуатации Госгортехнадзором России разработана методика технического диагностирования газопроводов РД 12-411-01.

Предложенная методика РД 12-411-01 для оценки скорости протекания процессов коррозии (разрушения газопроводов) использует расчет по сложным математическим формулам. Она строится на оценке состояния трубы (толщины стенки газопровода, твердости, наличия зон механических напряжений, следов коррозионных повреждений и т. д.), изоляционного покрытия газопровода, коррозионной агрессивности грунта на участке газопровода длиной 1,5 м в отдельно вырытом шурфе. На основании этого рассчитывается ресурс всего участка газопровода. Учитывая статистику коррозионных отказов, практики-эксплуатационщики и часть научных специалистов в этой области показывают, что отказы в основном вызывает локальная коррозия. Ее возникновение имеет случайный стохастический характер и, учитывая изменения в состоянии эксплуатации газопровода (например, введение ЭХЗ, несанкционированные раскопки и др.), достоверно рассчитать скорость коррозии практически невозможно.

Более достоверную информацию состояния металла трубы внутренней и наружной поверхности дает магнитометрический метод протяжки внутритрубного снаряда профессора А. А. Абакумова. Московская городская газораспределительная сеть состоит из множества разветвленных участков разных диаметров со множеством газовых сооружений на них, затрудняющих прохождение снаряда. Кроме того, для ввода в газопровод и вывода из него снаряда необходимо минимум два котлована, прекращение газоснабжения, проведение газорезочных и сварочных работ. Это дорогой метод. Для специфики московской городской газовой сети он не подходит.

В настоящее время на газопроводах ГУП «Мосгаз» проходит технологическую отработку другой, бесконтактный, магнитоэлектрический метод диагностики ООО НТЦ «Транскор-К», автором которого является С. И. Камаева. Как утверждают научные сотрудники Академии коммунального хозяйства им. Памфилова, результаты диагностики этим методом должны быть проверены шурфованием выявленных мест повреждений. В противном случае оценить достоверность этого метода не представляется возможным.

Применение бесконтактного магнитоэлектрического метода (при подтверждении его точности) позволит приблизиться к объективному диагностированию и предотвращению коррозионных отказов. Необходимо продолжать поиск современных технологий диагностирования и приборов.

Для обеспечения бесперебойного и безопасного газоснабжения потребителей ГУП «Мосгаз» проводит плановое профилактическое обслуживание газораспределительной сети города. Метан, используемый для приготовления пищи и тепла, опасен, когда выходит из под контроля. Он горюч, а в соединении с воздухом взрывоопасен.

Для обнаружения утечек газа, повреждений изоляции на газопроводах в ГУП «Мосгаз» создано Управление СМНУ, в состав которого входят лаборатория дефектоскопии и лаборатория неразрушающего контроля.

Успешность работы этих лабораторий напрямую зависит от уровня квалификации специалистов-дефектоскопистов и технических характеристик применяемой приборной техники. Рост точности, чувствительности, многофункциональности приборной техники прямопропорционален росту ее стоимости. Много новых приборов предлагается российскими производителями. Перед тем как начать использование, новые приборы подвергаются метрологической проверке. Ведется подробное обсуждение с разработчиками конструктивных элементов и технических характеристик, приемлемых и необходимых для наших условий работы. Так, например, сигнализатор кислорода СК-1, производитель НПП ООО «Астра» г. Климовск, предназначенный для определения содержания кислорода в колодцах, шахтах, коллекторах, дорабатывается по нашему предложению для определения концентрации метана и угарного газа.

Большую часть газораспределительной сети города составляют наружные стальные газопроводы, прокладываемые на воздушных опорах и опорах зданий. Это порядка 3361 км. Эти газопроводы располагаются на открытом воздухе круглый год и требуют защиты от атмосферной коррозии. Узкими местами здесь являются участки газопровода, находящиеся в футляре и лежащие на опорах, зафиксированные хомутами. В этих случаях повреждения происходят за счет щелевой коррозии в тех местах, где постоянно высокая влажность и доступ кислорода, электрохимической коррозии в месте контакта стального футляра с газопроводом. Для борьбы с этими видами коррозии применяют окрашивание надземных газопроводов.

Главное в получении качественного лакокрасочного слоя – тщательная подготовка поверхности – зачистка, желательно обезжиривание и грунтовка. В настоящее время после 3 лет испытаний на объектах ГУП «Мосгаз» для использования принята технология НПК «Вектор». Окрашивание осуществляется одним слоем грунта «Вектор-1025» и после по грунту наносится один слой эмали ПФ-115. Такой способ при новом строительстве позволит производить следующее окрашивание через 6 лет вместо 3-х при нанесении двух слоев эмали ПФ-115.

На двух объектах ГУП «Мосгаз» внедрена новая конструкция на месте пересечения газопровода со стеной здания. Новая конструкция, предложенная рационализатором, позволяет исключить контакт газопровода с футляром, а новый способ заделки места выхода газопровода из стены здания – развитие щелевой коррозии. В настоящее время осуществляется мониторинг этих объектов.

Новая конструкция ЗАО НПК «Вектор» заделки наружного края футляра цокольного ввода с газопроводом предотвращает развитие щелевой коррозии, удобна для проведения работ на уже построенных газопроводах. Принята к применению параллельно со старой технологией (до заливки футляра битумом) со второй половины 2004 года.

Стремительный рост и появление на рынке новых антикоррозионных красок требует постоянного проведения работ по экспериментальному окрашиванию образцов газопроводов на полигоне ГУП «Мосгаз». Эти работы должны проводиться в три этапа:

• сравнительный анализ технических характеристик и цены по отношению к применяемой краске и другим предлагаемым образцам;

• наличие или возможность представления технологической документации и подтверждения проведения климатических испытаний;

• демонстрационное нанесение с составлением двустороннего акта. Этот вопрос находится на стадии отработки.

В заключение хочется отметить, что основными мероприятиями по снижению коррозионных повреждений на газовых сетях являются:

• замена, реконструкция проработавших эксплуатационный срок газопроводов;

• капитальный ремонт, новое строительство средств ЭХЗ;

• обязательное финансирование работ по реконструкции средств ЭХЗ газопроводов в первую очередь высокого и среднего давлений, газопроводов всех давлений, эксплуатирующихся в анодной зоне;

• внедрение автоматизированной системы управления защитой газопроводов от коррозии и системы контроля их технического состояния по значениям защитного потенциала с целью повышения надежности системы и снижения эксплуатационных расходов по обслуживанию газораспределительных сетей;

• создание единой информационной базы по всем коммуникациям и сетям, нанесенным на электронную картографическую основу Москвы (Arcinfo или ей подобные);

• постоянное повышение уровня квалификации руководителей и специалистов, поиск и внедрение передовых, энергосберегающих, высокоэффективных технологий и технических решений, обмен опытом с российскими и зарубежными аналоговыми предприятиями;

• повышение престижа работника ГУП «Мосгаза», его материальной обеспеченности и социальной защищенности.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ЗАЩИТА СТАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ОТ ПОЧВЕННОЙ КОРРОЗИИ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Коррозией металлов называется постепенное поверхностное разрушение металла врезультате химического и электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Так, коррозия внешних поверхностей подземных стальных газопроводов происходит под действием химических соединений, имеющихся в почве, и блуждающих электрических токов. Коррозия металла труб происходит как снаружи под воздействием почвенного электролита (в почве всегда находится влага и растворенные в ней соли), так и внутри, вследствие примесей влаги, сероводорода и солей, содержащихся в транспортируемом углеводородном сырье. Существует три основных вида внешней коррозии стальных газопроводов: электрохимическая, атмосферная и почвенная коррозия. Так как газопроводы в основном прокладывают под землей, рассмотрим почвенную коррозию более подробно.

При подземной прокладке стальные газопроводы подвергаются почвенной коррозии. В грунтах почти всегда содержатся соли, кислоты, щелочи и органические вещества, которые вредно действуют на стенки стальных труб. В некоторых случаях такая коррозия может вызвать очень быстрое появление сквозных свищей в металле трубы и этим вывести газопровод из строя, такие разрушения происходят особенно часто в газопроводах, уложенных без достаточной защиты от коррозии. Почвенной коррозии подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворенный кислород. Во влажной почве с повышенной кислотностью газопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите). Процессы коррозии газопроводов в почве имеют электрохимическую природу; их развитие рассматривается как результат работы микро- и макрогальванических элементов, возникающих в результате соприкосновения поверхности металла с грунтом, содержащим в себе электролит.

Почвенная коррозия обусловлена наличием в грунте влаги, солей, кислот, щелочей,кислорода, а также неоднородностью металла, создающих условия для возникновения на поверхности газопровода гальванических элементов, вызывающих коррозию металла на анодных участках. При наличии на поверхности металла газопровода царапины участок ее поляризуется анодно, а соседний неповрежденный участок поляризуется катодно. В образовавшейся гальванической паре по металлу трубы, как по внешней цепи, ток потечет от катода к аноду,ав электролите грунта он потечет от анода к катоду, вызывая анодное растворение стали, т. е. в точке А металл будет разрушаться (рис.1). При физико-химической и микроструктурной неоднородности металла на его поверхности образуются микрокоррозионные пары.

Внутренняя полость трубы

Неоднородность физико-химических свойств грунта на отдельных участках трассы газопровода вызывает образование на нем макрокоррозионных пар длиной в десятки и сотни метров. Коррозионные разрушения плохо изолированных участков стальных газопроводов при почвенной коррозии носят иногда довольно равномерный характер, но нередко образуются каверны и глубокие раковины [1].

Методы защиты стальных подземных газопроводов от почвенной коррозии. Методы защиты от почвенной коррозии делятся на два вида: активная и пассивная защита. Пассивная защитапредставляет собой изоляцию поверхности трубопровода от землиразличными материалами (разнообразные пропитки, грунтовки, покрытия и т.д.). Активная защита имеет цель устранения обстоятельств, вызывающих коррозию трубопроводов. Для этого стараются перенести процесс коррозии с трубопровода на заземляющие устройства.

Пассивная защита. Для изоляции газопроводов в трассовых условиях в настоящее время наиболее широко применяют три типа защитных покрытий:

полимерные ленточные покрытия;

комбинированные мастично-ленточные покрытия (покрытия типа «пластобит»).

В соответствии с требованиями [2] конструкция битумно-мастичного покрытия состоит из слоя битумной или битумно-полимерной грунтовки (раствор битума в бензине), двух или трех слоев битумной мастики, между которыми находится армирующий материал (стеклохолст или стеклосетка) и наружного слоя из защитной обертки. В качестве защитной обертки ранее использовались оберточные материалы на битумно-каучуковой основе типа

«бризол», «гидроизол» и др. или крафт-бумага. В настоящее время применяют преимущественно полимерные защитные покрытия толщиной не менее 0,5 мм, грунтовку битумную или битумно-полимерную, слой мастики битумной или битумно-полимерной, слой армирующего материала, второй слой изоляционной мастики, второй слой армирующего материала, наружный слой защитной полимерной обертки. Общая толщина битумно-мастичного покрытия усиленного типа составляет не менее 6,0 мм, а для покрытия трассового нанесения нормального типа не менее 4,0 мм.

К преимуществам битумно-мастичных покрытий следует отнести их дешевизну, большой опыт применения, достаточно простую технологию нанесения в заводских и трассовых условиях. Битумные покрытия проницаемы для токов электрозащиты, хорошо работают совместно со средствами электрохимической защиты [1].

Основными недостатками битумно-мастичных покрытий являются узкий температурный диапазон применения (от −10℃ до +40℃), недостаточно высокая ударная прочность и стойкость к продавливанию, повышенная влагонасыщаемость и низкая биостойкость. Срок службы битумных покрытий ограничен и, как правило, не превышает 10÷15 лет.

Конструкция полимерного ленточного покрытия трассового нанесения в соответствии с [2] состоит из слоя адгезионной грунтовки, слоя полимерной изоляционной ленты толщиной не менее 0,6 мм и слоя защитной полимерной обертки толщиной не менее 0,6 мм. Общая толщина покрытия не менее 1,2 мм.

К преимуществам ленточных покрытий следует отнести высокую технологичность их нанесения на трубы в заводских и трассовых условиях, хорошие диэлектрические характеристики, низкую влагопроницаемость и кислородопроницаемость и достаточно широкий температурный диапазон применения.

Основными недостатками полимерных ленточных покрытий являются низкая устойчивость к сдвигу под воздействием осадки грунта, недостаточно высокая ударная прочность покрытий, низкая биостойкость адгезионного слоя покрытия [3].

При нанесении на трубы комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия предварительно осуществляется щеточная очистка наружной поверхности труб. Технологический нагрев труб не производится. На очищенные трубы первоначально наносится битумно-полимерная грунтовка, а затем, после сушки грунтовки, осуществляется нанесение на праймированные трубы дублированной изоляционной ленты и наружного защитного слоя из экструдированного полиэтилена. Полиэтиленовый слой прикатывается к поверхности труб эластичным роликом, после чего изолированные трубы охлаждаются в камере водяного охлаждения.

Активная защита. Долговечность и безаварийность работы газопроводов напрямую зависит от эффективности их противокоррозионной защиты. Для сведения к минимуму риска коррозионных повреждений трубопроводы защищают антикоррозионными покрытиями и дополнительно средствами электрохимзащиты (ЭХЗ). При этом изоляционные покрытия обеспечивают первичную («пассивную») защиту трубопроводов от коррозии, выполняя функцию «диффузионного барьера», через который затрудняется доступ к металлу коррозионно-активных агентов (воды, кислорода, воздуха). При появлении в покрытии дефектов предусматривается система катодной защиты трубопроводов - «активная» защита от коррозии.

В качестве электрохимзащиты на подземных газопроводах применяются: электрический дренаж (рис.2), катодная защита (рис.3), протекторная защита (рис.4). Рассмотрим основные схемы этих защит и принцип их работы.

Электрический дренаж – способ защиты, заключающийся в отводе блуждающих токов из анодной зоны защищаемого сооружения к их источнику. Дренажные установки, размещаемые в небольших металлических шкафах, являются удобным и эффективным методом защиты городских газопроводов от коррозии. Одна дренажная установка способна защитить до 5–6 км газопровода. На рис.2 представлена схема поляризованного дренажа ДП-63, в которой имеются контактор и диод. Когда потенциал газопровода незначительно превышает потенциал рельса, дренажный ток протекает по следующей цепи 1 – 3 – 5 – 6. При увеличении разности потенциалов через обмотку контактора замыкает нормально открытый контакт, и дренаж тока увеличивается. С уменьшением разности потенциалов контактор размыкает нормально открытый контакт. Если потенциал рельса будет выше потенциала газопровода, ток в дренажной цепи протекать не будет из-за односторонней проводимости диода.

Поляризованный электродренаж обычно подключают к рельсам электрифицированного транспорта, но его можно подключать и к отсасывающим пунктам.

Катодной защитой – способ защиты газопроводов от подземной коррозии за счет их катодной поляризации с помощью тока от внешнего источника. Установка катодной защиты состоит из источника постоянного тока (катодной станции), анодного заземления и соединительных электрокабелей.

а – простой; б – поляризованный; в – усиленный поляризованный.

1 – газопровод; 2 – отсасывающий фидер; 3 – предохранитель на малую силу тока; 4, 5 – обмотки контактора; 6 – рельс

Рис.2. Схемы электрических дренажей

Принцип действия катодной защиты показан на схеме с анодными заземлениями, равномерно установленными вдоль газопровода (рис.3). 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. Катодную поляризацию металлических подземных сооружений необходимо осуществлять так, чтобы создаваемые на всей их поверхности поляризационные защитные потенциалы были не менее 0,55В и не более 0,80В по отношению к неполяризующемуся водородному электроду, а также не менее 0,85В и не более 1,15В к медно-сульфатному в любой среде [3].

Потенциал неполяризующегося медно-сульфатного электрода по отношению к стандартному электроду принят равным 0,3В.

Протекторная защита – разновидность катодной защиты, нашедшая широкое применение. Необходимый защитный ток вырабатывается гальваническим элементом, роль катода выполняет металл защищаемого сооружения, анода – металл с более отрицательными, чем у защищаемого металла, потенциалами, а электролита – почва, окружающая газопровод и протектор.

1 – газопровод; 2 – источник постоянного тока; 3 – графитовый анодный заземлитель

Рис.3. Схема катодной защиты

Протекторная защита заключается в том, что катодная поляризация защищаемого газопровода достигается подключением к нему анодных заземлителей из металла, обладающего в данной грунтовой среде более отрицательным электрохимическим потенциалом, чем металл газопровода. Металлы, расположенные в ряду левее железа, имеют наиболее отрицательные электрохимические потенциалы и могут быть использованы в качестве анодных заземлителей для защиты от коррозии стальных газопроводов. Протектор представляет собой сплошной цилиндр из сплава алюминия, магния, цинка и марганца, в центре которого размещен стальной сердечник с выступающим концом для подключения провода. Активатор (заполнитель) состоит из смеси сернистых солей магния, натрия или кальция с глиной и создает вокруг протектора оболочку, растворяющую продукты коррозии протектора и снижающую переходное электрическое сопротивление от протектора к грунту. Контрольный пункт, устанавливаемый на отдельных протекторных установках, позволяет периодически контролировать действие установки. На рис.4 показано, что протекторная установка представляет собой гальваническую пару, в которой газопровод является катодом, а протектор – анодом. В результате за счет постепенной коррозии протектора сохраняется газопровод.

1 – газопровод; 2 – контрольный пункт; 3 – соединительный кабель;4 – активатор;

5 – протектор; 6 – стальной сердечник

Рис. 4. Схема протекторной защиты

Создание искусственной атмосферы. Этот метод применяют достаточно редко, в основном для трубопроводов большой протяженности. Это связано с большими транспортными затратами, трудностью его реализации (необходимо большое количество работников, техники, достаточно много времени). Протяженные подземные сооружения имеют возможность проходить через разные виды почв, что интенсифицирует коррозионный процесс. Суть метода заключается в том, чтоб создать однородный грунт по всей протяженности конструкции (засыпая, например, весь трубопровод песчаным грунтом) либо уменьшить агрессивность почвы на определенных участках. Для этого кислые грунты могут известковать [3].

Специальные методы укладки. Очень часто при прокладке трубопровода, а также других сооружений для защиты их от воздействия грунтовых вод, самого грунта используют специальные способы укладки.Трубопровод может быть помещен в специальный коллектор (при этом кабель укладывают на неметаллическую подкладку), защитный кожух (часто из железобетонных плит или металла).

Нержавеющие металлы. Введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Во многих случаях легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий металл. Таким путем получены многочисленные коррозионностойкие сплавы, например нержавеющие стали, легированные хромом и никелем. Однако широкое внедрение этого способа сдерживается высокой стоимостью нержавеющих металлов.

Список использованных источников

Колпакова Н. В. Колпаков А. С. Газоснабжение : учеб. пособие / Колпакова Н. В. и др. / под ред. Н. П. Ширяева ; Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : УрФУ, 2014. – 200 с. : ил.

ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. – Введ. Постановлением Госстандарта России от 23.04.1998 г. №144 - М. : ИПК издательство стандартов, 1998. - 46 с. : ил.

Скафтымов Н. А. Основы газоснабжения / Н.А. Скафтымов / Репринтное воспроизведение издания 1975 г.- М.:ЭКОЛИТ, 2012. - 344 с. : ил.

Эффективные методы защиты газопровода от коррозии

Защита газопроводов от коррозии проводится несколькими способами. Это связано с разной природой происхождения самой деформации, которая зависит от типа расположения магистрали и окружающих условий. Под коррозией металло-проводов подразумевают самопроизвольную деформацию указанных элементов из-за химических либо электрохимических процессов. Основные виды деформаций – жидкостная, атмосферная, подземная.

Причины

Ниже приведены краткие определения повреждений, которые нивелируются защитой газопроводов от коррозии:

Химическое воздействие – самопроизвольное окисление металлических частей, обусловленное его трансформацией в устойчивую ионную область, под влиянием токонепроводящих составов.
Электрохимическая коррозия – металл разрушается со скоростью, зависящей от электродных внедрений. Это связано с тем, что атомы ионизируются разрозненно, с обновлением окислителя в электролите.
Самая опасная коррозия – атака токами блуждающего типа. Указанная проблема наблюдается вблизи электропроводящих систем, например в районе железнодорожных путей с контактной сетью.

Общая информация

К главным видам защиты газопроводов от коррозии относится три типа: протекторный, катодный и дренажный способы. Для того чтобы максимально обезопасить обслуживаемые объекты, применяют комплексные меры, включающие в себя катодную, протекторную, дренажную защиту. Катодные станции возводят с несколькими отсеками дренирования и разбросанными анодами во избежание экранирующего воздействия коммуникаций подземного расположения.

Катодная защита газопроводов от коррозии

Данный метод состоит в том, чтобы соединить позитивный полюс генератора постоянного тока с проводником анода-заземлителя. Из него токи попадают в почву, поступая через поврежденные участки изоляции в трубопровод. По трубе они направляются к месту подсоединения проводника, далее – к отрицательному рубежу источника.

Если имеется достаточный уровень напряжения, вся рабочая часть газопровода становится отрицательно-катодной. Это дает возможность предупредить образование активной коррозии. При этом анодным участком становится заземление (бросовый металл). В результате труба по отношению к грунту потенцируется отрицательно.

Противодействие протекторным способом

Протекторная защита газопровода от коррозии предусматривает создание блокирующего потенциала при помощи подсоединения к трубам металлических протекторов с более отрицательным показателем, чем параметр самого трубопровода. При использовании указанного метода не предусматривается внешний источник тока, требуемые характеристики создаются посредством гальванического анодного элемента. Под воздействием протектора на газопровод действует катодная поляризация, что способствует прекращению коррозийных процессов.

Рабочим материалом может выступать цинк, алюминий, магний в виде специальных сплавов (МЛ, ЦО, Ц1 и тому подобных). Указанный вид защиты максимально прост, не нуждается в дополнительном обслуживании. Данный способ в комбинации с другими методами актуально применять для защиты отдельных отсеков, не пересекаемых смежными участками катодной безопасности. Протекторная защита газопровода от коррозии уместна для специальных кожухов на переходах через ж/д пути и автодороги, на объектах с развитыми подземными сооружениями.

Протекторы монтируются сплотками по несколько элементов, подключаются непосредственно к трубе либо выходу-катоду. Между собой они соединяются при помощи специального кабеля, провода из стали или меди. Для увеличения эффективности защиты протекторы располагаются в заполнителе, что снижает переходное сопротивление. В качестве состава выступает сернокислый магний либо натрий с глиной. Расстояние монтажа протекторов от трубопровода составляет порядка 3-6 метров.

Дренирование

Очень часто трамвайные и железнодорожные рельсы на электрифицированных путях не имеют должной проводимости, что обуславливает попадание части электротока в грунт. Именно от этого необходимо защищать трубопроводы, идущие вблизи железных дорог. На точке вхождения блуждающих токов в трубу образуется катодный потенциал, а на выходе – анодная зона. Именно в последних местах происходит активное поражение металла.

Дренажная защита стальных газопроводов от коррозии является эффективным способом борьбы с токами блуждающего типа. Это очень важно, поскольку под воздействием указанного эффекта трубы деформируются насквозь за очень короткий период. Указанный вид защиты предполагает отвод токов от трубопровода к первичному источнику при помощи проводника. При этом уменьшается потенциал труб по отношению к земле, что способствует устранению знакопеременных и анодных участков с одновременной приостановкой утечек токов в почву.

Особенности дренажа

Размещение электродренажных линий зависит от расположения объекта потенциальной угрозы. Защита магистрального газопровода от коррозии возводится на минусовую шину тяговой подстанции либо на железнодорожные рельсы. В первом случае подключение может быть прямого или поляризованного действия.

Прямое дренирование уместно, если потенциал трубопровода выше аналогичного параметра системы отвода блуждающих токов. При обустройстве электродренажа на рельсах, подключение должно быть исключительно поляризованным. Он отличается от прямого варианта тем, что в схеме предусмотрены специальные установки, позволяющие предотвратить возврат электротоков на трубы. Линия дренажа бывает в кабельном или атмосферном исполнении, на ней монтируются контрольно-измерительные приборы.

Коррозия подземных трубопроводов

Указанный тип повреждения труб относится к одному из основных факторов их разрушения по причине образования трещин и разрывов. Коррозия в результате реакции металла с окружающей средой вызывает изменения в его структуре, что приводит к соответствующим деформациям. Предупредить подобные неисправности позволяет электрохимическая защита газопровода от коррозии, поскольку большинство реакций вызваны аналогичным способом. То есть на разных участках трубы образуются катодные и анодные зоны.

Под воздействием электродвижущего потока гальванической пары, электроны по металлическим элементам попадают в катодный отсек, перетекая в грунт и создавая реакцию с окисляющим электролитом, провоцируя образование кислородных и водородных ионов. Электролитический баланс нарушается, на анодном участке положительные частицы железа уходят в почву, что вызывает гальваническое поражение по причине потери массы металла.

Защита подземных газопроводов от коррозии

В этом направлении существует два способа защиты: активная и пассивная. Во втором случае предполагается создание герметичного барьера между металлом трубы и окружающей его почвой. Для этого используют различные покрытия типа полимерных лент, битума, смол.

Все изоляционные покрытия пассивной защиты газопроводов от коррозии должны соответствовать определенным стандартам и требованиям. Среди них:

устойчивость к химическому воздействию;
высокое электрическое сопротивление;
приемлемый показатель адгезии к металлической поверхности;
обладание высокой механической прочностью;
неподверженность климатическим факторам;
сохранение своих свойств при воздействии высоких и низких температур;
отсутствие механических и заводских дефектов;
в составе не должно быть компонентов, оказывающих коррозийное действие на металл;
сопротивление атаке различного рода бактерий.

Эффективность

Как показывает практика, достичь оптимального сплошного слоя посредством нанесения изоляционного покрытия практически невозможно. Различные виды материалов обладают неодинаковой диффузной проницаемостью, что обуславливает разное качество обработки трубопроводов от окружающей среды. Кроме того, в процессе строительства и укладки на покрытии образуются вмятины, трещины и прочие дефекты. Сквозные повреждения пассивной защиты – наиболее опасны, так как в этих местах активно идет процесс грунтовой коррозии.

Поскольку указанный метод малоэффективен для полной безопасности труб, дополнительно используется активная защита газопровода от коррозии. Она основана на управлении электрохимическими процессами, имеющими место на рубеже трубного металла и грунтового электролита. Подобный подход называется комплексной защитой. В активной фазе предусмотрена катодная поляризация, способствующая уменьшению скорости растворения металла по мере подвижки потенциала коррозии к отрицательному показателю, в большую сторону от естественного параметра.

Принцип катодной поляризации

Катодная защита подземных трубопроводов осуществляется при помощи жертвенных анодов либо через поляризацию от источника постоянного тока. В первом случае расчет берется на то, что разные металлы в электролите обладают различными потенциалами. Следовательно, при создании гальванической пары из двух материалов и погружения их в электролит металл, потенциал которого обладает большим отрицательным показателем, будет анодом. Вследствие этого противоположный материал подвергается меньшему разрушению.

В практическом плане жертвенные гальванические элементы состоят из магниевых, алюминиевых или цинковых протекторов. Подобная защита эффективна в грунтах с низкой омностью (до 50 Ом·м).

Внешние источники

Катодная защита газопроводов от коррозийных процессов при помощи внешних источников – более сложная. Несмотря на трудоемкость организации процесса, подобная система не зависит от удельного почвенного сопротивления и обладает безграничным энергетическим ресурсом. Роль источников постоянного тока играют преобразователи различной конфигурации и конструкции, которые питаются от переменной электрической сети.

Преобразующие элементы дают возможность корректировать ток защитного направления в широких диапазонах. При этом гарантируется охрана газопровода, независимо от окружающих условий. Основные источники питания:

воздушные ЛЭП 0,4/6,0/10,0 кВт;
дизельные генераторы;
термические, газовые и прочие аналоги.

Защитные токовые потоки, воздействующие на трубы, создают разность потенциалов от металла к грунту и распределяются неравномерно по длине газопровода.

Читайте также: