Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрохимзащита (ЭХЗ)

Электрохимзащита (ЭХЗ)

Коррозия подземных трубопроводов является одной из основных причин их разгерметизации вследствие образования каверн, трещин и разрывов. Коррозия металлов, т.е. их окисление — это переход атомов металла из свободного состояния в химически связанное, ионное. При этом атомы металла теряют свои электроны, а окислители их принимают. На подземном трубопроводе за счет неоднородности металла трубы и из-за неоднородности грунта (как по физическим свойствам, таки по химическому составу) возникают участки с различным электродным потенциалом, что обуславливает образование гальванических коррозионных. Важнейшими видами коррозии являются: поверхностная (сплошная по всей поверхности), местная в виде раковин, язвенная, щелевая и усталостное коррозионное растрескивание. Два последних вида коррозии представляют наибольшую опасность для подземных трубопроводов. Поверхностная коррозия лишь в редких случаях приводит к повреждениям, тогда как по причине язвенной коррозии происходит наибольшее число повреждений. Коррозионная ситуация, в которой находится металлический трубопровод в грунте, зависит от большого количества факторов, связанных с грунтовыми и климатическими условиями, особенностями трассы, условиями эксплуатации. К таким факторам относятся:

  • влажность грунта,
  • химический состав грунта,
  • кислотность грунтового электролита,
  • структура грунта,
  • температура транспортируемого газа

Наиболее сильным отрицательным проявлением блуждающих токов в земле, вызываемое электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока, является электрокоррозионное разрушение трубопроводов. Интенсивность блуждающих токов и их влияние на подземные трубопроводы зависит от таких факторов, как:

  • переходное сопротивление рельс-земля;
  • продольное сопротивление ходовых рельсов;
  • расстояние между тяговыми подстанциями;
  • потребление тока электропоездами;
  • число и сечение отсасывающих линий;
  • удельное электрическое сопротивление грунта;
  • расстояние и расположение трубопровода относительно пути;
  • переходное и продольное сопротивление трубопровода.

Следует отметить, что блуждающие токи в катодных зонах оказывают защитное воздействие на сооружение, поэтому в таких местах катодная защита трубопровода может быть осуществлена без больших капитальных затрат.

Методы защиты подземных металлических трубопроводов от коррозии подразделяются на пассивные и активные.

Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр).

На практике не удается добиться полной cплошности изоляционного покрытия. Различные виды покрытия имеют различную диффузионную проницаемость и поэтому обеспечивают различную изоляцию трубы от окружающей среды. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.

Так как пассивным методом не удается осуществить полную защиту трубопровода от коррозии, одновременно применяется активная защита, связанная с управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла трубы и грунтового электролита. Такая защита носит название комплексной защиты.

Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал. Опытным путем установили, что величина потенциала катодной защиты стали составляет минус 0,85 Вольт относительно медносульфатного электрода сравнения. Так как естественный потенциал стали в грунте примерно равен -0,55…-0,6 Вольта, то для осуществления катодной защиты необходимо сместить потенциал коррозии на 0,25…0,30 Вольта в отрицательную сторону.

Прилагая между поверхностью металла трубы и грунтом электрический ток, необходимо достигнуть снижения потенциала в дефектных местах изоляции трубы до значения ниже критерия защитного потенциала, равного — 0,9 В. В результате этого скорость коррозии значительно снижается.

2. Установки катодной защиты
Катодную защиту трубопроводов можно осуществить двумя методами:

  • применением магниевых жертвенных анодов-протекторов (гальванический метод);
  • применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс — с анодным заземлением (электрический метод).

В основу гальванического метода положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом и будет разрушаться, защищая, тем самым, металл с менее отрицательным потенциалом. На практике в качестве жертвенных гальванических анодов используются протекторы из магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов.

Применение катодной защиты с помощью протекторов эффективно только в низкоомных грунтах (до 50 Ом-м). В высокоомных грунтах такой метод необходимой защищенности не обеспечивает. Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.

В качестве источников постоянного тока, как правило, используются преобразователи различной конструкции, питающиеся от сети переменного тока. Преобразователи позволяют регулировать защитный ток в широких пределах, обеспечивая защиту трубопровода в любых условиях.

В качестве источников питания установок катодной защиты используются воздушные линии 0,4; 6; 10 кВ. Защитный ток, накладываемый на трубопровод от преобразователя и создающий разность потенциалов «труба-земля», распределяется неравномерно по длине трубопровода. Поэтому максимальное по абсолютной величине значение этой разности находится в точке подключения источника тока (точке дренажа). По мере удаления от этой точки разность потенциалов «труба-земля» уменьшается. Чрезмерное завышение разности потенциалов отрицательно влияет на адгезию покрытия и может вызвать наводораживание металла трубы, что может стать причиной водородного растрескивания. Катодная защита является одним из методов борьбы с коррозией металлов в агрессивных химических средах. Она основана на переводе металла из активного состояния в пассивное и поддержании этого состояния при помощи внешнего катодного тока. Для защиты подземных трубопроводов от коррозии по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты (СКЗ). В состав СКЗ входят источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, контрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели. В зависимости от условий защитные установки могут питаться от сети переменного тока 0,4; 6 или 10кВ или от автономных источников. При защите многониточных трубопроводов, проложенных в одном коридоре, может быть смонтировано несколько установок и сооружено несколько анодных заземлений. Однако, учитывая то, что при перерывах в работе системы защиты, из-за разности естественных потенциалов соединенных глухой перемычкой труб, образуются мощные гальванопары, приводящие к интенсивной коррозии, соединение труб с установкой должно осуществляться через специальные блоки совместной защиты. Эти блоки не только разъединяют трубы между собой, но и позволяют устанавливать оптимальный потенциал на каждой трубе. В качестве источников постоянного тока для катодной защиты на СКЗ в основном используются преобразователи, которые питаются от сети 220 В промышленной частоты. Регулировка выходного напряжения преобразователя осуществляется вручную, путем переключения отводов обмотки трансформатора, или автоматически, с помощью управляемых вентилей (тиристоров). Если установки катодной защиты работают в условиях, изменяющихся во времени, которые могут обусловливаться воздействием блуждающих токов, изменением удельного сопротивления грунта или другими факторами, то целесообразно предусматривать преобразователи с автоматическим регулированием выходного напряжения. Автоматическое регулирование может осуществляться по потенциалу защищаемого сооружения (преобразователи потенциостаты) или по току защиты (преобразователи гальваностаты).

Читайте так же:
Приспособления для болгарки для резки листового металла

3. Установки дренажной защиты

Электрический дренаж является наиболее простым, не требующим источника тока видом активной защиты, так как трубопровод электрически соединяется с тяговыми рельсами источника блуждающих токов. Источником защитного тока является разность потенциалов трубопровод-рельс, возникающая в результате работы электрифицированного железнодорожного транспорта и наличия поля блуждающих токов. Протекание дренажного тока создает требуемое смещение потенциала на подземном трубопроводе. Как правило, в качестве защитного устройства используется плавкие предохранители, однако находят применение и автоматические выключатели максимальной нагрузки с возвратом, то есть восстанавливающие цепь дренажа после спадания опасного для элементов установки тока. В качестве поляризованного элемента используются вентильные блоки, собранные из нескольких, соединенных параллельно лавинных кремниевых диодов. Регулирование тока в цепи дренажа осуществляется изменением сопротивления в этой цепи путем переключения активных резисторов. Если применение поляризованных электродренажей неэффективно, то используется усиленные (форсированные) электродренажи, представляющие собой установку катодной защиты, в качестве анодного заземлителя которой используются рельсы электрифицированной железной дороги. Ток форсированного дренажа, работающего в режиме катодной защиты, не должен превышать 100А, и применение его не должно приводить к появлению положительных потенциалов рельсов относительно земли, чтобы исключить коррозию рельсов и рельсовых скреплений, а также присоединенных к ним конструкций.

Электродренажную защиту допускается подключать к рельсовой сети непосредственно лишь к средним точкам путевых дроссель-трансформаторов через два на третий дроссельный пункт. Более частое подключение допускается, если в цепи дренажа включено специальное защитное устройство. В качестве такого устройства может быть использован дроссель, полное входное сопротивление которого сигнальному току системы СЦБ магистральных железных дорог частотой 50 Гц составляет не менее 5 Ом.

4. Установки гальванической защиты

Установки гальванической защиты (протекторные установки) применяются для катодной защиты подземных металлических сооружений в тех случаях, когда применение установок, питающихся от внешних источников тока, экономически не целесообразно: отсутствие линий электропитания, небольшая протяженность объекта и т.п.

Обычно протекторные установки применяются для катодной защиты следующих подземных сооружений:

  • резервуаров и трубопроводов, не имеющих электрических контактов со смежными протяженными коммуникациями;
  • отдельных участков трубопроводов, которые не обеспечиваются достаточным уровнем защиты от преобразователей;
  • участков трубопроводов, электрически отсеченных от магистрали изолирующими соединениями;
  • стальных защитных кожухов (патронов), подземных резервуаров и емкостей, стальных опор и свай и других сосредоточенных объектов;
  • линейной части строящихся магистральных трубопроводов до введения в строй установок постоянной катодной защиты.

Достаточно эффективную защиту протекторными установками можно осуществить в грунтах с удельным электросопротивлением не более 50 Ом.

5. Установки с протяженными или распределенными анодами.

Как уже отмечалось, при применении традиционной схемы катодной защиты распределение защитного потенциала вдоль трубопровода неравномерно. Неравномерность распределения защитного потенциала приводит как к избыточной защите вблизи точки дренажа, т.е. к не-производительному расходу электроэнергии, так и к уменьшению защитной зоны установки. Этого недостатка можно избежать используя схему с протяженными или распределенными анодами. Технологическая схема ЭХЗ с распределенными анодами позволяет увеличить длину защитной зоны по сравнению со схемой катодной защиты с сосредоточенными анодами, а также обеспечивает более равномерное распределение защитного потенциала. При применении технологической схемы ЗХЗ с распределенными анодами могут использоваться различные схемы размещения анодных заземлений. Наиболее простой является схема с анодными заземлениями, равномерно установленными вдоль газопровода. 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. Протекторная защита Электрохимическая защита при помощи протекторов основана на том, что за счет разности потенциалов протектора и защищаемого металла в среде, представляющей собой электролит, происходит восстановление металла и растворение тела протектора. Поскольку основная масса металлических конструкций в мире делается из железа, в качестве протектора могут использоваться металлы с более отрицательным, чем у железа, электродным потенциалом. Их три — цинк, алюминий и магний. Основное отличие магниевых протекторов — наибольшая разность потенциалов магния и стали, благотворно влияющая на радиус защитного действия, который составляет от 10 до 200 м, что позволяет использовать меньшее количество магниевых протекторов, чем цинковых и алюминиевых. Кроме того, у магния и магниевых сплавов, в отличие от цинка и алюминия, отсутствует поляризация, сопровождаемая уменьшением токоотдачи. Эта особенность определяет основное применение магниевых протекторов для защиты подземных трубопроводов в грунтах с высоким удельным сопротивлением

Читайте так же:
Формы для литья свинцовых грузил

установка катодной защиты

3.23 установка катодной защиты: Комплекс устройств, состоящий из преобразователя катодной защиты (катодной станции), дренажной линии, анодного заземления и контрольно-измерительного пункта.

3.33 Установка катодной защиты : комплекс устройств, состоящий из катодной станции, дренажной линии и анодного заземления, обеспечивающий смещение потенциалов на трубопроводе в отрицательную сторону.

3.49 установка катодной защиты; УКЗ: Комплекс устройств, состоящий из источника электроснабжения, преобразователя катодной защиты, дренажной линии, анодного заземления и контрольно-измерительного пункта.

3.16 установка катодной защиты; УКЗ: Комплекс устройств, состоящий из источника электроснабжения, преобразователя катодной защиты, дренажной линии, анодного заземления и контрольно-измерительного пункта.

3.1.17 установка катодной защиты; УКЗ: Комплекс устройств, состоящий из станции катодной зашиты, дренажной линии, анодного заземления, защитного заземления и контрольно-измерительного пункта.

3.1.29 установка катодной защиты; УКЗ: Комплекс устройств, состоящий из источника электроснабжения, станции катодной защиты, дренажной линии, анодного заземления и контрольно-измерительного пункта.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Полезное

Смотреть что такое «установка катодной защиты» в других словарях:

установка катодной защиты — УКЗ Электроустановка, предназначенная для защиты подземных сооружений от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, состоящая из катодной станции, анодного заземления, заземляющего устройства и соединительных кабелей. [РД… … Справочник технического переводчика

установка катодной защиты (трубопровода) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN cathodic protection installationcathodic protection unit … Справочник технического переводчика

опытная установка катодной защиты — 3.37 опытная установка катодной защиты: УКЗ, предназначенная для временной защиты объекта с целью определения необходимого тока поляризации и интегральной оценки сопротивления изоляционного покрытия. Источник: СТО Газпром 2 2.3 310 2009:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

установка протекторной защиты нефтепровода — Установка для катодной поляризации нефтепровода путем создания гальванической пары: металл нефтепровода протектор, состоящая из протектора или группы протекторов, соединительных проводов, а также контрольно измерительных пунктов и, при… … Справочник технического переводчика

установка (станция) катодной защиты — 3.60 установка (станция) катодной защиты: Совокупность устройств, требуемых для электрохимической защиты от коррозии подземных трубопроводов методом катодной поляризации с питанием от постороннего источника постоянного тока (преобразователь для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СТАНЦИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ — установка с источником постоянного тока, положительный полюс которого подсоединён к анодному заземлителю, а отрицательный полюс к защищаемому от коррозии блуждающими токами сооружению (Болгарский язык; Български) станция за катодна защита… … Строительный словарь

установка — 4.3 установка: Совокупность взаимосвязанных образцов ТС или систем, смонтированных для выполнения конкретной задачи в установленном месте. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СТО Газпром 2-3.5-047-2006: Инструкция по расчету и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных газопроводов — Терминология СТО Газпром 2 3.5 047 2006: Инструкция по расчету и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных газопроводов: 3.1 анодное заземление: Устройство в системе катодной защиты, электрически подключаемое к… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СТО Газпром 9.2-002-2009: Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений — Терминология СТО Газпром 9.2 002 2009: Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений: 3.1.1 анодное заземление; AЗ: Элемент системы катодной защиты, осуществляющий контакт положительного полюса преобразователя… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

РД 91.020.00-КТН-149-06: Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и сооружений НПС — Терминология РД 91.020.00 КТН 149 06: Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и сооружений НПС: 3.1 Анодное заземление : устройство, обеспечивающее стекание защитного тока в землю. Определения термина из разных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

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.

катодная защита трубопроводов от коррозии

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).

Читайте так же:
Столы для гаража своими руками

электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

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.

катодная защита трубопроводов от коррозии принцип действия

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.

эхз трубопроводов

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.

анодная защита трубопроводов

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).

электрохимическая защита трубопроводов

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.
Читайте так же:
Микроволновая печь гудит но не греет

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.

Средства катодной защиты на базе новых технологий

Для обеспечения эффективной электрохимической защиты в течение всего срока эксплуатации магистральных трубопроводов большого диаметра в экстремальных условиях Севера потребовался комплексный подход к разработке высоконадежных средств катодной защиты с резервированием электроснабжения.

Для обеспечения эффективной электрохимической защиты в течение всего срока эксплуатации магистральных трубопроводов большого диаметра в экстремальных условиях Севера потребовался комплексный подход к разработке высоконадежных средств катодной защиты с резервированием электроснабжения.

Как известно наряду с пассивной защитой элементом активной защиты является катодная защита.

Электрохимзащита подземных коммуникаций должна быть непрерывной во времени и обеспечивать катодную поляризацию трубопровода на всем протяжении и по всей поверхности.

Активная катодная защита обеспечивается установкой катодной защиты (УКЗ) состоящей из источника электроснабжения, преобразователя (станция катодной защиты), анодного заземления, линий постоянного тока, неполяризующегося электрода сравнения длительного действия и контрольно-измерительного пункта (рис. 1).

Надежность эксплуатируемых газотранспортных систем зависит от состояния изоляции, работы средств катодной защиты, энергообеспечения этих средств и своевременного проведения капитального ремонта газотранспортных систем по результатам комплексного обследования.

Анализ отказов в работе эксплуатируемых средств катодной защиты показывает, что основной причиной выхода из строя установок являются низкая надежность элементной базы преобразователей (пробой диодных мостов, отсутствие блоков защиты от перенапряжения, выход из строя блоков управления).

По этой причине число отказов достигает 12-15 % от общего числа отказов.

Более 20 % отказов приходится на анодные заземления, которые выходят из строя по причине обрыва провода в зоне контактного узла (изоляция провода нарушается от воздействия хлора). Поэтому материал анода не полностью используется, что резко снижает срок его эксплуатации. Число отказов достигает 25 %.

Низкая надежность энергоснабжения наблюдается по причине отказов коммутационной аппаратуры (высоковольтные разъединители на каждой УКЗ), обрывы проводов ЛЭП 6-10 кВ в районах обледенения, веерное отключение предприятий, от подстанций которых обеспечивается энергоснабжение УКЗ. Число отказов достигает 22-25 %.

Многообразие и суровость природно-климатических условий Севера оказывают решающее влияние на эффективность выбора применения средств электрохимической защиты от коррозии.

Основные виды отказов (в %)

Обрыв провода к анодному заземлителю — 17%
Обрыв катодного вывода — 2%
Пробой диодов, тиристоров выпрямителя — 15%
Нарушение контакта в переключателях и разъемах — 15%
Неисправность блока управления и измерения — 5%
Отключение сети 220 В — 12%
Пробой трансформатора — 4%
Неисправности высоковольтного разъединителя — 14%
Обрыв ЛЭП 6-10 кВ — 6%

Климатические условия Севера характеризуется низкими отрицательными температурами, шквальными ветрами, снежными заносами, обледенениями. После длительной (до 9 месяцев) полярной ночи наступает короткое лето, которое характеризуется сильными туманами (п/о Ямал и другие регионы). Полярные ночи, туманы, высокая обводненность и заболоченность, сильное обледенение и снежные заносы затрудняют обслуживание и ремонт установок катодной защиты и линий электропередачи. Чередование мерзлотности, пучинистости, низкой и высокой минерализации, грунтов требуют прямо противоположных решений по защите от коррозии.

Таким образом, имеются специфические особенности, из которых следует исходить при разработке и проектировании систем защиты магистральных трубопроводов Севера России.

  1. Затруднение (невозможность) периодического контроля и обслуживания наземных средств защиты.
  2. Низкая эксплуатационная надежность наземной аппаратуры и высоковольтных линий электроснабжения (ВЛ 6/10 кВ).
  3. Затруднение (невозможность) выполнения ремонтных работ систем защиты от коррозии.
  4. Нестабильность токораспределения на защищаемых коммуникациях по протяженности и во времени.

Учитывая особенности эксплуатации Северных газопроводов для проектирования катодной защиты предложена система катодной защиты Северных газопроводов на базе Новых технологий и аппаратуры. (рис. 2) Основные критерии эффективности катодной защиты системы представлены на рис. 3.

Рассмотрим основные элементы средств катодной защиты, обеспечивающие эффективность и надежность электрохимической защиты (рис. 4).

В настоящее время на магистральных газопроводах эксплуатируются более 18 тыс. станций катодной защиты (СКЗ) различных модификаций. Около 76 % СКЗ установлены в Северных регионах (Тюментрансгаз, Уралтрансгаз, Надымгазпром и т.д.).

Из них в эксплуатации находятся 23.4 % автоматическая СКЗ типа ПАСК,ТДЕ и др., которые по своим техническим характеристикам не отвечают требованиям ГОСТ Р 51164-98.

Созданию высоконадежных элементов системы катодной защиты ООО «ВНИИГАЗ» уделяет особое внимание, учитывая опыт эксплуатации на газотранспортных системах России и за рубежом.

ООО «ВНИИГАЗом» совместно с фирмой Газ де Франс и фирмой Симплекс по техническому заданию ОАО «Газпром» разработана высоконадежная автоматическая станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000, которая прошла трассовые испытания в южных регионах (Хива — Узбекистан) и северных (Уралтрансгаз, Тюментрансгаз).

Основные технические характеристики СКЗ МИНЕРВА-3000

Номинальная выходная мощность, кВт 3.0
Напряжение питания, В при 50 Гц 220
Номинальное выходное напряжение, В 96
Номинальный ток защиты, А 30
КПД в номинальном режиме, % не менее 89
Наработка на отказ, час 30000
Пределы регулирования выходного напряжения, % 3-100
Точность поддержания защитного потенциала, % 1.0
Точность поддержания защитного тока, % 2.0
Пульсация, % 1.0
Режим работы Автоматический, ручной, циклический
Срок службы установки, лет не менее 10
Габаритные размеры, мм 1500х400х600
Масса, кг 70
Диапазон температурного режима работ, 0С от -50 до +50

Читайте так же:
Методы оценки износа оборудования

Дополнительные технические характеристики

Степень защиты от воздействия окружающей среды Не ниже IР34 по ГОСТ 14254-80
Устойчивость к помехам, Гц 50 и 100
Класс силовых вентилей 12
Время необслуживаемой работы, лет 1
Уровень радиопомех Евростандарт
Уровень шума отсутствует
Защита от несанкционированного доступа
Отсутствие движущихся частей (вентиляторы, пакетные переключатели)
Удобство и простота обслуживания

Производство станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000 освоено на совместном Российско-Французском предприятии «КАТОДЪ».

Вторым важным элементом в УКЗ является анодное заземление.

ООО «ВНИИГАЗом» разработан электрод-заземлитель типа АЗМ-ЗХ для анодного заземления, который отвечает основным требованиям:

  • использование в качестве малорастворимого элемента поверхностных и глубинных анодных заземлений в установках катодной защиты;
  • применение во влажных и высокоагрессивных грунтах;

Технические характеристики АЗМ-ЗХ

Скорость растворения при плотности тока до 30 А/м2, кг/А в год
— в грунтах 0.2
— в соленой воде 0.5
— в грунтах с применением коксоминерального наполнителя 0.1
Максимальный рабочий ток на у электрод, А 5
Сечение жилы провода, мм2 6
Рабочая поверхность, м2 0.29
Масса электрода, кг 35
Средний ресурс, Ампер-лет 50
Срок службы, не менее 15
Долговечность и надежность контактного узла, изоляция провода стойка к хлору
Стабильность сопротивления растеканию постоянного тока в течение всего срока эксплуатации

Многолетние трассовые испытания, проводимые сотрудниками ООО «ВНИИГАЗа» Хмельницким Б.И. и Суровой В.А. и анализ эксплуатации анодов различных конструкции, показали, что надежность их работы зависит от множества факторов таких как:

  • химический состав материала;
  • технология изготовления (отливки);
  • стойкость изоляции соединительного провода к хлору;
  • конструкции контактного узла присоединения провода к телу анода;
  • тип магистрального кабеля и его место расположения в траншее относительно анода (поверхностные заземления);
  • конструкция соединительной муфты;
  • Состав компаунда

По результатам лабораторных и трассовых испытаний разработана новая конструкция анодного типа АЗМ-ЗХ, которая успешно прошла трассовые испытания в высокоагрессивных грунтах на газопроводах Туркмении и Астраханьтрансгаза.

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения УКЗ в схему системы катодной защиты введен блок автоматического подключения СКЗ на резервную линию электроснабжения типа БАВР, который позволяет автоматически переключать СКЗ на резервный источник питания, тем самым обеспечит бесперебойную защиту магистральных трубопроводов во времени.

Техническая характеристика блока БАВР

Напряжение питающей линии, В Основной — 220 B
Резервный — 220 В
Ток коммутации до 40 А
Переключение СКЗ с основной на резервную автоматическое
Температура окружающего воздуха, 0С от +40 до -50
Исполнение блока2 пылебрызгозащищенное
Сигнализация режимов работы световая
В систему телемеханики зеленый СКЗ-0
красный СКЗ-Р
Масса, кг, не более 20
Габаритные размеры, мм высота — 640
ширина — 400
глубина — 300

Автоматическое переключение на резервную СКЗ-Р происходит при следующих режимах на СКЗ-О:

  • обрыв или увеличение сопротивления растекания анодного заземления или обрыв в цепи нагрузки;
  • отключение сети 220 В основной линии;
  • короткое замыкание выходных цепей (катодный-анодный провод);
  • снижение защитного тока ниже нормы уставки на реле тока по каналу СКЗ-О.

Организация схемы совместной катодной защиты многониточных газопроводов осуществляется с помощью блока совместной защиты типа БРТ-1-5, где число каналов, которое может обеспечивать подключение к одной УКЗ до 5 ниток газопровода.

Техническая характеристика блока БРТ

Тип изделия БРТ-1 … 5
Количество каналов 1-5
Максимальный ток канала, А 10-50
Сопротивление минимальное, Ом 0.005
Сопротивление максимальное, Ом 0.250
Количество ступеней регулирования 17
Напряжение на шунте, мВ 75
Масса, кг от 5 до 30
Охлаждение воздушное естественное
Диод, кл 12

Управление по потенциалу станции катодной защиты осуществляется относительно биметаллического электрода сравнения длительного действия типа ЭДБ. Электрод (медно-титановый) со стабилизирующей обмазкой позволяет поддерживать заданный потенциал во времени близким к поляризационному для управления станций катодной защиты в автоматическом режиме. Конструктивное исполнение значительно повышает эксплуатационную надежность по сравнению с известными электродами типа ЭНЕС, МЭД-АКХ и другие, которые содержат электролиты и требуют по истечении определенного времени их замены или долива электролита.

Для организации системы мониторинга, подключения и вывода от контролируемых трубопроводов измерительных проводов в схему системы в зоне дренажа и по трассе газопровода устанавливаются универсальные колонки типа УК, различных модификаций, которые позволяют коммутировать сильноточные цепи (катодные-анодные цепи) и цепи к измерительным приборам (электрод сравнения, датчик измерения тока наводороживания, датчик температуры и т.д.)

Таким образом, рассмотренная схема организации катодной защиты, решает задачу резервирования средств катодной защиты;

  • Регулирование тока защиты по каждой нитке газопровода с помощью блока БРТ обеспечивает заданный уровень потенциала с учетом состояния изоляционного покрытия трубопровода, срок ввода его в эксплуатацию диаметра трубы и т.д.
  • Резервирование по линии энергоснабжения обеспечиваются блоком БАВР.
  • Введение в схему катодной защиты системы монторинга

Рис.1 Катодная защита для одиночного магистрального газопровода

  1. Высоковольтная линия 6-10кВ
  2. Колонка измерительная
  3. Однофазный масляный трансформатор
  4. Станция катодной защиты Минерва-3000
  5. Вспомогательный электрод
  6. Электрод сравнения
  7. Трубопровод
  8. Вольтметр
  9. Подача защитного тока
  10. Коксовая засыпка
  11. Анодный кабель
  12. Анодный заземлитель типа АЗМ-3Х
  13. Муфта
  14. 1 км

Рис.2 Система катодной защиты северных газопроводов на базе новых технологий

Рис.3 Основные критерии эффективности катодной защиты

Рис.4 Система катодной защиты с резервным электропитанием и преобразователем

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector