Основные способы защиты трубопроводов от коррозии
Все способы, продляющие срок службы трубопровода, можно условно разделить на четыре группы.
Пассивная защита. Заключается в нанесении на поверхность трубы защитного изоляционного покрытия на основе битума, полимерных лент или напыленного полимера. Изоляционные покрытия должны обладать сплошностью, высокой диэлектрической способностью, адгезией, механической прочностью, водонепроницаемостью, эластичностью, биостойкостью, термостойкостью, долговечностью и недифицитностью.
Введение в металл компонентов, повышающих коррозионную стойкость. Метод применяется на стадии изготовления металла. Одновременно из металла удаляются примеси, понижающие коррозионную устойчивость.
Воздействие на окружающую среду. Метод основан на введение ингибиторов коррозии для дезактивации агрессивной среды.
Активная защита. К этому методу относятся катодная, протекторная и дренажная защита.
Катодная защита
При катодной защите трубопровода положительный полюс источника постоянного тока (анод) подключается к специальному анодному заземлителю, а отрицательный (катод) – к защищаемому сооружению (рис. 2.24).
Р
ис.
2.24. Схема катодной защиты трубопровода
1- линия электропередачи;
2 - трансформаторный пункт;
3 - станция катодной защиты;
4 - трубопровод;
5 - анодное заземление;
6 - кабель
Принцип действия катодной защиты аналогичен электролизу. Под воздействием электрического поля начинается движение электронов от анодного заземлителя к защищаемому сооружению. Теряя электроны, атомы металла анодного заземлителя переходят в виде ионов в раствор почвенного электролита, то есть анодный заземлитель разрушается. На катоде (трубопроводе) наблюдается избыток свободных электронов (восстановление металла защищаемого сооружения).
Протекторная защита
При прокладке трубопроводов в труднодоступных районах, удаленных от источников электроэнергии, применяется протекторная защита (рис. 2.25).
1 - трубопровод;
2 - протектор;
3 - проводник;
4 - контрольно-измерительная колонка
Рис. 2.25. Схема протекторной защиты
Принцип действия протекторной защиты аналогичен гальванической паре. Два электрода – трубопровод и протектор (изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь) соединяются проводником. При этом возникает разность потенциалов, под действием которой происходит направленное движение электронов от протектора-анода к трубопроводу-катоду. Таким образом, разрушается протектор, а не трубопровод.
Материал протектора должен отвечать следующим требованиям:
Обеспечивать наибольшую разность потенциалов металла протектора и стали;
Ток при растворении единицы массы протектора должен быть максимальным;
Отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного потенциала, к общей массе протектора должно быть наибольшим.
Предъявляемым требованиям в наибольшей степени отвечают магний, цинк и алюминий. Эти металлы обеспечивают практически равную эффективность защиты. Поэтому на практике применяют их сплавы с применением улучшающих добавок (марганца, повышающего токоотдачу и индия – увеличивающего активность протектора).
Электродренажная защита
Электродренажная защита предназначена для защиты трубопровода от блуждающих токов. Источником блуждающих токов является электротранспорт, работающий по схеме «провод–земля». Ток от положительной шины тяговой подстанции (контактный провод) движется к двигателю, а затем через колеса к рельсам. Рельсы соединяются с отрицательной шиной тяговой подстанции. Из-за низкого переходного сопротивления «рельсы–грунт» и нарушения перемычек между рельсами часть тока стекает в землю.
Если поблизости находится трубопровод с нарушенной изоляцией, ток проходит по трубопроводу до тех пор, пока не будет благоприятных условий для возвращения к минусовой шине тяговой подстанции. В месте выхода тока трубопровод разрушается. Разрушение происходит за короткое время, поскольку блуждающий ток стекает с небольшой поверхности.
Электродренажной защитой называется отведение блуждающих токов от трубопровода на источник блуждающих токов или специальное заземление (рис. 2.26).
Рис. 2.26. Схема электродренажной защиты
1 - трубопровод; 2 - дренажный кабель; 3 - амперметр; 4 - реостат; 5 - рубильник; 6 - вентильный элемент; 7 - плавкий предохранитель; 8 – сигнальное реле ; 9 – рельс
Схема возникновения и протекания блуждающих токов
1 – тяговая подстанция; 2 – контактный провод; 3- рельсы; 4,5 – трубопроводы; 6 – места коррозии; Iт– тяговый ток; Iв – ток возврата; Iб – блуждающий ток.
Точки утечки с рельсовой сети электротранспорта, которые получили название блуждающих токов, попадают в почву или водные растворы, встречают на своем пути металлические коммуникации, удельное сопротивление которых значительно ниже удельного сопротивления земли, и натекают на трубопровод (катодная зона на трубопроводе), потом стекают с них в грунт (анодная зона на трубопроводе, здесь идет разрушение металла трубы) и через грунт возвращаются к своему источнику – тяговой подстанции.
При этом рельсы и подземные коммуникации разрушаются в местах стекания тока в землю, т.е. основное разрушение приходится на анодные зоны.
Блуждающие токи растворяют металл на анодных участках.
Скорость процесса коррозии определяется количеством электричества, протекающего меду анодами и катодами, уложенными в грунт трубопровода, и зависит от электрического сопротивления грунта и природы процессов, происходящих на анодных и катодных участках трубопровода. Следовательно, если кроме почвенной коррозии трубопровод подвергается дополнительному воздействию блуждающих токов, то в местах, где складывается электрическое действие этих токов с токами гальванических пар, может произойти резкое увеличение скорости коррозионных процессов.
На трубопроводы натекают токи порядка нескольких сотен ампер, поэтому плотность стекающих токов может быть очень большой, и при определенных условиях сквозное коррозионное повреждение возможно уже через несколько месяцев после укладки трубопровода в грунт. Стекание токов с трубопровода концентрируется на локальных участках в местах повреждения изоляции.
Например, ток в один ампер, протекающий по металлическому сооружению в течение года, разрушает в анодной зоне примерно 9,1 кг железа, 33,4 кг свинца и 10,7 кг цинка.