Электрохимическая защита подземных металлических сооружений

Даже тщательно выполненное изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет, теряет диэлектрические свойства, водоустойчивость. Встречаются повреждения изоляции при температурных перемещениях газопровода, а также корнями растений. Кроме того, в покрытиях остается некоторое количество не замеченных при проверке дефектов. Следовательно, изоляционные покрытия не гарантируют необходимой защиты газопровода от коррозии. Достаточно эффективная защита может быть обеспечена только при нанесении изоляционных покрытий и применении электрохимической защиты.

Принципы электрохимической защиты

Электрохимической называется защита от коррозии, осуществляемая путем поляризации защищаемого металла. При защите магистральных газопроводов широкое применение получила защита, осуществляемая катодной поляризацией от внешнего источника тока или путем соединения с металлом, имеющим более отрицательный электрохимический потенциал, чем у защищаемого металла - так называемых протекторов.

При катодной поляризации металла скорость коррозии металла уменьшается при смещении его потенциала в область значений меньших, чем стационарный потенциал коррозирующего металла _кор. Такое смещение потенциала обеспечивается подводом к металлу избыточных электронов за счет источника внешнего тока.

Катодная поляризация сооружения выполняется путем подключения источника постоянного тока к сооружению и грунту. Контакт с сооружением осуществляется непосредственным подключением к нему проводника от отрицательного полюса источника тока, а контакт проводника от положительного полюса с грунтом - через искусственно созданное заземление, устанавливаемое в грунт в стороне от защищаемого сооружения.

Протекторы непосредственно подключаются к защищаемому сооружению и устанавливаются в грунт в стороне от него. При этом создается гальваническая пара, в которой сооружение является катодом, а протектор - анодом.

При защите методом катодной поляризации ток защиты стекает в окружающую среду со специального заземлителя или протектора, проходит сквозь грунт и втекает в сооружение. Этим достигается перемещение коррозионного процесса с защищаемого сооружения на заземлитель или протектор.

В простейшем случае при защите методом катодной поляризации получают трехэлектродную систему (рис. 1.4.3). Кривая _к–1 характеризует поляризацию катода от начального потенциала _к до стационарного потенциала коррозионной пары _кор с учетом омического падения напряжения на катодном участке. Кривая _а–1 характеризует поляризацию анода от начального потенциала _а до стационарного потенциала коррозионной пары _кор с учетом омического падения напряжения на анодном участке. При этом в системе устанавливается ток коррозии I_кор, который входит из грунта в сооружение на катодном участке и выходит из сооружения в грунт на анодном участке.

Кривая _э характеризует поляризацию дополнительного более отрицательного электрода (протектора или заземлителя, подключенного к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока) от начального потенциала _а с учетом омического падения напряжения на анодном участке. При подключении такого электрода к сооружению произойдет дополнительная поляризация катода до точки 2. При этом между дополнительным электродом и сооружением возникнет защитный ток I_защ, а потенциал катода сместится в область более отрицательных значений.

Так как величина тока коррозии (см. выше) определяется выражением

I_кор =

то ясно, что при достижении равенства потенциалов анодных и катодных участков (_к  _а), ток коррозии будет близок к нулю и соответственно значительно снизится скорость коррозии.

Из рассмотренной диаграммы следует, что ток защиты I_защ всегда должен быть больше тока коррозии, а величина тока защиты зависит от крутизны наклона кривой поляризации катода и величины начального потенциала дополнительного электрода.

Стационарный потенциал сооружения, при котором ток коррозии практически равен нулю называется защитным потенциалом. Катодная поляризация магистральных газопроводов должна осуществляться таким образом, чтобы создаваемый на всей поверхности газопровода защитный потенциал (без учета омической составляющей) был не меньше и не больше значений, указанных в табл. 1.4.3.

В соответствии с действующими нормами на стальных изолированных газопроводах не оборудованных специальными контрольно-измерительными пунктами, допускается осуществлять катодную поляризацию таким образом, чтобы значения разности потенциалов «труба - земля» по отношению к медносульфатному электроду сравнения (включающие поляризационную и омическую составляющие) находились в пределах от –0,87 В до –2,5 В.

Катодная поляризация подземных металлических сооружений должна осуществляться так, чтобы исключалось вредное влияние на соседние сооружения. Вредным влиянием катодной поляризации защищаемого сооружения на соседние металлические сооружения считается:

• изменение потенциалов сооружений за пределами интервала между минимальным и максимальным защитным потенциалом;

• появление опасности электрохимической коррозии на соседних подземных металлических сооружениях, ранее не требовавших защиты от нее.

Средства электрохимической защиты подземного металлического сооружения от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, выбираются исходя из конкретных условий его прокладки и данных о коррозионной активности грунтов с учетом результатов технико-экономических расчетов. В настоящее время в практике трубопроводного строительства наибольшее применение нашли следующие виды электрохимической защиты: катодная, протекторная и дренажная.

Таблица 1.4.3

Максимальные и минимальные защитные потенциалы стальных подземных сооружений

Неполяризующийся электрод сравнения	Минимальный защитный потенциал, В	Максимальный защитный потенциал, В
водородный	–0,55	–0,8
медносульфатный	–0,85	–1,1