Катодная защита

Катодную защиту применяют для предотвращения разрушения газопровода от почвенной коррозии, а также от блуждающих токов при нецелесообразности использования электродренажной защиты.

Принцип действия. Катодная защита подземных сооружений от коррозии достигается наложением электрического поля от внешнего источника тока, обеспечивающего катодную поляризацию сооружения. Поляризация осуществляется током, входящим в трубу из грунта. Труба при этом является катодом по отношению к грунту.

Принципиальная схема катодной защиты показана на рис. 1.4.4. При катодной защите отрицательный полюс источника постоянного тока 2 подключают к газопроводу 1, а положительный – к искусственно созданному аноду – заземлению 3. При включении источника тока ток от его плюса через анодное заземление поступает в почву и через поврежденные участки изоляции 8 на трубу. Далее через точку дренажа 4 по соединительному проводу 5 ток возвращается снова к минусу источника питания. При этом на оголенных участках газопровода начнется процесс катодной поляризации.

Основные конструктивные элементы. Основными элементами установки катодной защиты трубопроводов являются: катодная станция, служащая источником постоянного тока, анодное заземление, внешняя соединительная электрическая сеть.

Катодная станция состоит из источника постоянного тока (преобразователя), контрольно-измерительных и защитных приборов, коммутирующих и регулирующих устройств.

При сооружении электрохимической защиты в районах с действующими электролиниями применяют, как правило, сетевые катодные станции с выпрямителями, которые преобразуют переменный ток промышленной частоты в постоянный. В районах, где электролинии отсутствуют, применяют катодные станции, электропитание которых осуществляется от автономных источников тока: электрогенераторов с приводом от ветровых двигателей и двигателей внутреннего сгорания, от термоэлектрогенераторов, преобразующих тепловую энергию в электрическую. На участках газопровода, где по условиям работы СКЗ требуются незначительные мощности могут применяться и химические источники электропитания (аккумуляторы).

Для обеспечения более высокой надежности работы СКЗ проводят большие работы по их модернизации и автоматизации. Созданы высоковольтные и низковольтные блочно-комплектные установки (УКЗВ и УКЗН), обладающие высокой технологичностью монтажа, запасом по мощности и обеспеченные терморегуляцией.

В системах катодной защиты с наложенным током от внешнего источника часто используют постоянное (нерегулируемое по величине) напряжение, обеспечивающее сравнительно постоянный ток защиты. Однако при изменении начальных условий необходимый ток защиты может значительно меняться и конструкция может быть не защищена или перезащищена в течение длительного времени. В этом случае целесообразно использовать автоматические катодные станции, поддерживающие защитный поляризационный потенциал сооружения по отношению к электроду сравнения на заданном уровне, что порой требует существенного изменения тока защиты. Например:

• по мере разрушения покрытия большой участок поверхности трубопровода начинает подвергаться воздействию внешней среды. Наложенная плотность защитного тока и защищенность при этом уменьшаются.

• при возрастании удельного сопротивления почвы защитный ток будет уменьшаться вследствие увеличения падения напряжения I·R. Наложенная плотность защитного тока и защищенность при этом уменьшаются. В случае уменьшения удельного сопротивления почвы защитный ток может возрасти. Наложенная плотность защитного тока и защищенность при этом увеличиваются.

Система с поддержанием постоянного защитного потенциала поддерживает необходимую при этом плотность тока на нужном уровне. Общий ток катодной защиты при этом уменьшается или увеличивается.

Анодное заземление – один из основных элементов катодной установки, от которого зависит эффективность ее работы. Оно служит для соединения положительного полюса катодной станции с землей. Анодное заземление должно удовлетворять следующим требованиям:

• иметь минимальное переходное сопротивление растеканию тока;

• обладать стабильным переходным сопротивлением в течение года;

• иметь наименьшие размеры;

• изготавливаться из наиболее долговечных и недефицитных материалов;

• быть простыми по устройству;

Анодные заземления делятся на следующие типы: по материалу электрода – стальные, железокремниевые и графитовые; по форме профиля электродов – трубчатые, угловые и стержневые; по характеру засыпки – с засыпкой грунтом, коксом, углем, графитом; по расположению рабочих электродов – вертикальные, горизонтальные, комбинированные; по глубине установки – глубинные, поверхностные; по расстоянию от газопровода – удаленные и приближенные.

По своей конструкции анодные заземлители различны. Но все они состоят из электрода, на поверхность которого нанесено специальное покрытие, или же помещенного в коксовую засыпку.

Сооружение анодного заземления связано со значительными затратами, поэтому при выборе типа анодного заземления необходимо учитывать технико-экономические показатели, а также удельное сопротивление грунта, глубину промерзания, расположение соседних сооружений, местные условия. Анодное заземление обычно устанавливают в местах с наименьшим удельным сопротивлением грунта и не пригодных для сельскохозяйственных и других работ.

Конструктивно анодное заземление состоит из одного или нескольких заземлителей, соединенных между собой кабелем (при графитированных электродах) или изолированной стальной шиной (при стальных электродах), которые подключаются к соединительным проводам источника питания.

Защитная зона. Протяженность защитной зоны СКЗ определяется длиной участка газопровода, на границах которого обеспечивается минимальный защитный потенциал. При неизменном значении наложенной разности потенциалов «газопровод – земля» в точке дренажа протяженность защитной зоны СКЗ зависит в основном от диаметра и толщины стенки газопровода, качества изоляции его, расстояния между газопроводом и анодом, удельного сопротивления грунта, окружающего газопровод.

Для увеличения защитной зоны СКЗ применяют катодные установки с экранными заземлениями. Они отличаются от обычных СК3 наличием экранных заземлений, подключаемых к защищаемому газопроводу или непосредственно к минусу катодной станции. Кроме того, защитную зону СКЗ можно увеличить, установив дополнительные катодные заземления с автономным источником постоянного тока. Эффект применения их такой же, как и экранных заземлений. Катодные заземления располагают в районе точки дренажа на расстоянии 15 м от газопровода с любой стороны. Для параллельно проложенных ниток газопроводов катодную защиту осуществляют совместно, путем устройства перемычек между ними, оборудования общего анодного заземления и установки общей СКЗ.

Так как магистральный газопровод имеет большую протяженность, то для его защиты устанавливают большое число СКЗ. Поэтому при прочих равных условиях необходимо учитывать их взаимное влияние, вызывающее повышение разности потенциала «газопровод – земля» и позволяющее увеличить защитную зону от каждой установки.