Эксплуатация электрохимической защиты

Эксплуатация электрохимической  защиты

1. Введение

Электрохимическая коррозия – наиболее распространённый вид разрушения металлов. Примером электрохимической коррозии является, например, разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере, под пленками влаги, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д. Как уже было отмечено, электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием электрических токов, то есть происходят окислительно – восстановительные химические реакции, характеризующиеся отдачей электронов и их переносом, так как образуются катодные и анодные участки. Образованию катодов и анодов способствуют химическая неоднородность металлов (примеси и включения), наличие участков остаточной деформации, неоднородность покрывающих металл защитных плёнок и т.д. Наиболее часто в образовании данного вида разрушения металла учавствуют не один фактор, а несколько. Когда метал начинает корродировать, он превращается в многоэлектронный гальванический элемент. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Электрохимическая защита

Электрохимическая защита (ЭХЗ) – принудительная или вынужденная катодная поляризация, при которой сооружению сообщается такой отрицательный электрический потенциал, что окисление металла термодинамически затрудняется и скорость коррозии становится пренебрежительно мала.

 

Виды электрохимической защиты (ЭХЗ):

·  Катодная защита

·  Дренажная защита

·  Протекторная защита

·  Анодная защита

 

Защиту от подземной  коррозии условно можно разделить  на пассивную защиту – изоляцию сооружения от контакта с окружающим грунтом и ограничение влияния  блуждающих токов и активную – электрохимическую защиту (ЭХЗ), которая заключается в создании защитного потенциала сооружения по отношению к окружающей среде.

Изоляция сооружений различными покрытиями не обеспечивает полной защиты конструкций от коррозии ввиду наличия пор в покрытии, а также различных дефектов, несовершенств  покрытия, образующихся в результате строительно-монтажных работ, воздействия  подвижных грунтов, жестких условий  эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

2.1 Катодная защита

Одним из самых эффективных  методов борьбы с подземной коррозией  является катодная защита – электрохимическая защита (ЭХЗ) металла, осуществляемая принудительной или вынужденной катодной поляризацией, при которой сооружению сообщают такой отрицательный электрический потенциал, что окисление металла термодинамически затрудняется и скорость коррозии становится пренебрежительно мала.

Катодную поляризацию  осуществляют установками дренажной  и катодной защиты, а также протекторными  установками.

Катодная защита – способ электрохимической защиты (ЭХЗ) сооружения принудительной катодной поляризацией с помощью внешнего источника тока.

Катодная поляризация  при защите происходит с помощью  наложенного тока от внешнего источника  энергии, обычно выпрямителя, который  преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный. Отрицательный полюс источника подключают к защищаемому сооружению, которое выполняет роль катода. Анод электрической цепи – специальное анодное заземление, подключаемое к положительному полюсу источника. Ток в цепи катодная станция (установка катодной защиты) создает положительный потенциал грунта, окружающего трубопровод, и отрицательный потенциал трубопровода.

Сооружение значительной протяженности не может быть защищено с помощью одиночной катодной установки. Разность потенциалов «труба-земля», вызываемая катодной установкой, распределяется вдоль трубопровода неравномерно. Максимальная величина этой разности находится около  точки дренажа, лежащей обычно напротив анода. По мере удаления от точки дренажа  в обе стороны вдоль трубопровода величина наложенной разности потенциалов  «труба-земля» уменьшается. В таких  случаях используют несколько установок, учитывая при этом их взаимное влияние  из-за повышения разности потенциалов  «сооружение-земля».

Катодные станции (преобразователи) имеют плавную  или ступенчатую регулировку  выпрямляемого напряжения. Катодные станции работают от промышленной сети переменного тока. Они оснащены понижающим трансформатором или автотрансформатором, выпрямительным устройством и устройством  регулировки выходных напряжения и  тока. Автоматические катодные станции  снабжены специальными блоками, обеспечивающими  автоматическое регулирование электрических  параметров защиты (мощности, тока или  напряжения). Автоматическое регулирование  позволяет ограничивать и поддерживать в заданных пределах разность потенциалов  между подземным металлическим  сооружением и землей.

Катодная защита по принципу действия одинакова с  протекторной защитой, но более эффективная  и применяется для ликвидации анодных зон протяженных сооружений.

ФОТО-СХЕМА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

            

1 – Трубопровод. 
             2 – Анодный заземлитель. 
            4 – Контрольно-измерительная пункт (КИП). 
            5 – Станция катодной защиты (СКЗ). 
            6 – Перфорированная газоотводная трубка. 
            7 – Глинистый раствор.

2.2 Дренажная защита

Дренажная защита – это способ электрохимической защиты (ЭХЗ) от коррозии блуждающими токами, который заключен в вынужденной катодной поляризации путем отвода блуждающих токов от защищаемого сооружения к источнику этих токов. Основными источниками блуждающих токов являются рельсовые сети электрифицированной железной дороги, а также линии электропередач постоянного тока (ЛЭП ПТ) и катодные установки.

Наиболее мощными  и распространенными из вышеперечисленных  источников блуждающих токов являются линии электрифицированных железных дорог. Известно, что положительный  полюс источника питания на электрических  железных дорогах постоянного тока подключается к контактному проводу, а отрицательный к ходовым  рельсам. При такой схеме тяговый  ток от положительной шины тяговой  подстанции по питающей линии поступает в контактный провод, а оттуда через токоприемник к двигателям электровоза или мотор-вагонной секции и далее через колесные пары, рельсы и землю в отсасывающую линию к минусовой шине. Величина стекающего в землю тока, который и называют блуждающим, тем больше, чем меньше переходное сопротивление между рельсами и землей и чем больше продольное сопротивление рельсов. В некоторых случаях величина блуждающих токов в земле может достигать 70-80% от общей величины тягового тока.

Для электрохимической защиты (ЭХЗ) трубопроводов, находящихся в зонах действия блуждающих токов, используются электрические дренажи.

Дренажная защита трубопроводов  от электрокоррозии обеспечивается отводом блуждающих токов от защищаемого сооружения к источнику этих токов. Дренаж осуществляется путем электрического соединения трубопровода через дренажное устройство с отрицательной шиной тяговой подстанции или с отсасывающим пунктом, или с рельсами электрифицированного транспорта. Электрический дренаж, соединяя трубопровод с тяговыми рельсами, включает источник тока в эту цепь – разность потенциалов трубопровода – рельс, возникающую в результате работы электрифицированного транспорта. Протекание дренажного тока создает смещение потенциала трубопровод – земля на подземном сооружении. Подбором значения сопротивления дренажного соединения можно достичь необходимого защитного потенциала на сооружении.

Электрические дренажи  могут быть прямые, поляризованные и усиленные. Прямой электрический  дренаж обладает двусторонней проводимостью, т.е. ток беспрепятственно протекает  как с трубопровода в рельсовую  сеть, так и в обратном направлении. Поляризованный дренаж отличается от прямого тем, что он обеспечивает протекание тока по дренажному соединению только в одном направлении –  с трубопровода в рельсы.

Усиленный дренаж представляет собой катодную станцию, подключаемую отрицательным полюсом к защищаемому  сооружению, а положительным полюсом  к рельсам влияющей электрифицированной  железной дороги или трамвая. Такой  дренаж кроме отвода тока в одном  направлении обеспечивает (усиливает) эффективность защиты катодной установкой, в которой анодным заземлением  являются рельсы.

 

 

 

 

 

СХЕМА ДРЕНАЖНОЙ  ЗАЩИТЫ

             

1 - трубопровод 
              2 - устройство зашиты от максимальных токов, 
              3 - поляризованный элемент 
              4 - устройство для регулирования тока, 
              5 - амперметр с шунтом 
              6 - рельсовая сеть электрифицированной железной дороги 

2.3 Протекторная защита

Протекторная защита – способ электрохимической защиты (ЭХЗ) сооружения принудительной катодной поляризацией с помощью подключения к нему через изолированный проводник электродов из металла, обладающего в данной среде более отрицательным потенциалом, чем потенциал металла сооружения. Необходимый для осуществления защиты поляризационный ток создает крупный электрохимический элемент, в котором роль катода играет металл защищаемого сооружения, а роль анода – более электроотрицательный металл. Так как энергоотдача такого элемента невелика, то иногда приходится создавать не один, а несколько расположенных рядом подобных элементов (сосредоточенные протекторы). Для изготовления протекторов используют сплавы на основе магния, цинка или алюминия – металлов, расположенных в электрохимическом ряду выше железа, т.е. имеющих более электроотрицательный потенциал. Лучший эффект в почвенных условиях имеют магниевые сплавы. При отключении от трубопровода протектор не должен самопассивироваться и при подключении должен восстанавливать прежнюю силу защитного тока. Сосредоточенные протекторы следует применять в грунтах с удельным электрическим сопротивлением не более 50 Ом·м. Протяженные протекторы следует использовать в грунтах с удельным электрическим сопротивлением не более 500 Ом·м. Групповые протекторные установки, единичные и протяженные протекторы должны быть подключены к защищаемому трубопроводу через контрольно-измерительные пункты.

 

 

ФОТО-СХЕМА ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ

                 

1 – Трубопровод. 
                  2 – Протектор. 
                  3 – Дренажный кабель. 
                  4 – Контрольно-измерительная колонка (КИК).

Для защиты трубопроводов  от коррозии в основном применяется  комплексная защита, когда совместно  с защитой изоляционными покрытиями применяют электрохимическую защиту (ЭХЗ). Электрохимическая защита (ЭХЗ) подземных металлических сооружений от коррозии является весьма эффективной при условии ее правильного проектирования и осуществления. Необходимо правильно разместить и выбрать средства электрохимической защиты (ЭХЗ), для чего необходимо произвести специальные расчеты и технико-экономические сравнения  отдельных вариантов.

МОНТАЖ  ЭХЗ 

3. Требования  к электрохимической защите

 

Электрохимическая зашита должна обеспечивать в течение  всего срока эксплуатации непрерывную  по времени катодную поляризацию  трубопровода на всем его протяжении (и на всей его поверхности) таким  образом, чтобы значения потенциалов  на трубопроводе были (по абсолютной величине) не меньше минимального и не больше максимального значений.

 

Значения минимального и максимального защитных потенциалов  в зависимости от условий прокладки  и эксплуатации трубопровода приведены  в таблицах 4 и 5.

 

На всех вновь  построенных и реконструируемых трубопроводах должны быть обеспечены только поляризационные потенциалы (потенциалы без омической составляющей). До проведения комплексного обследования (3.9) с последующей реконструкцией допускается контроль защиты по потенциалу с омической составляющей.

 

Таблица 4 - Минимальные  защитные потенциалы

	Условия прокладки  и эксплуатации трубопровода	Минимальный защитный потенциал относительно насыщенного  медно-сульфатного электрода сравнения, В
		Поляризационный	С омической составляющей
1.	Грунты с удельным электрическим  сопротивлением не менее 10 Ом×м или содержанием водорастворимых солей не более 1 г на 1 кг грунта или при температуре транспортируемого продукта не более 293 К (20°С)	-0,85	-0,90
2.	Грунты с удельным электрическим  сопротивлением менее 10 Ом×м или содержанием водорастворимых солей более 1 г на 1 кг грунта, или опасном влиянии блуждающих токов промышленной частоты (50 Гц) и постоянных токов, или при возможной микробиологической коррозии, или при температуре транспортируемого продукта более 293 К (20°С)	-0,95	-1,05
Примечания
1 Для трубопроводов, температура транспортируемого продукта которых не более 278 К (5 °С), минимальный поляризационный защитный потенциал равен минус 0,80 В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения.
2 Минимальный защитный  потенциал с омической составляющей  при температуре транспортируемого  продукта от 323 К (50 °С) до 343 К (70 °С) - минус 1,10 В; от 343 К (70 °С) до 373 К (100 °С) - минус 1,15 В.
3 Для грунтов с высоким удельным сопротивлением (более 100 Ом×м) значения минимального потенциала с омической составляющей должны быть определены экспериментально или расчетным путем в соответствии с НД.