книги из ГПНТБ / Гордюхин, А. И. Эксплуатация и ремонт газовых сетей

превосходить 20% сопротивления сплошного рельса длиной 3 м, что, к сожалению, не всегда обеспечивается на практике.

Следует иметь в виду, что работа рельсового пути как про­ водника тока имеет следующие особенности. Прежде всего рель-

Рис. 65. Схема питания трамвайной сети.

путь; 9 — уравнительные реостаты.

сы не изолированы от земли. Но так как между любыми двумя точками рельсового пути существует разность потенциалов, то часть токов, проходящих по рельсам, ответвляется от них, про­ ходит в земле и снова возвращается на рельсы. Количество токов, ответвляющихся в землю тем больше, чем хуже электро­ проводимость рельсов и их изоляция от земли. При неисправ­ ном состоянии стыков с рельсов может ответвляться до 30—40% протекающих по ним токов. Наиболее благоприятные условия для протекания токов в земле бывают в тех случаях, когда па­ раллельно рельсам проложено металлическое сооружение (например, газопровод), так как токи прежде всего текут по этому сооружению (рис. 66). С другой стороны, такое размеще­ ние сооружения приводит к наиболее интенсивному разрушению его протекающими блуждающими токами.

Зона, в которой блуждающие токи входят в сооружение (газопровод) .называется катодной, а зоіна, где токи переходят из сооружения в грунт, называется анодной. В анодной зоне происходит интенсивное разрушение металла труб (коррозия) в тем большей степени, чем большее количество тока стекает в грунт. Установлено, что 1 а тока в течение года может перено­ сить в электролит (в грунт) до 34 кг свинца и более 9 кг стали.

Чем выше разность потенциалов между отдельными пункта­ ми рельсовой сети (при прочих равных условиях), тем большая

130

часть токов стекает в землю и тем интенсивнее проявляется действие блуждающих токов. В местах стекания токов с рель­ сов в грунт разрушается подошва рельсов.

зоно зона зона

Рис. 66. Схемы возникновения и распространения блуждающих токов.

Определение коррозионного состояния газопроводов

В условиях города определение коррозионного состояния га­ зопроводов и особенно выявление основных причин коррозии в целях последующей защиты представляют весьма сложную за­ дачу. Для получения исчерпывающей характеристики коррози­ онного состояния газопровода необходимо сопоставить:

а) общие коррозионные условия района, в котором проложен или будет прокладываться газопровод;

б) условия распространения блуждающих токов в зоне про­ кладки газопровода;

в) электрическую характеристику коррозионного состояния газопровода.

Общие коррозионные условия района определяются характе­ ристикой почвы и воды, профилем и глубиной заложения газо­ провода, расположением его относительно сооружений электри­ фицированных железных дорог и взаимным расположением различных подземных сооружений. Для выявления условий распространения блуждающих токов необходимо располагать данными о потенциале рельсов и отсасывающих пунктов отно­ сительно земли и о разности потенциалов между отрицатель­ ными шинами различных тяговых подстанций. Электрическая характеристика подземного газопровода в первую очередь определяется потенциалами газопровода относительно земли,

рельсовых путей и соседних металлических сооружений, величи­ ной и направлением тока в газопроводе, а также поверхностной плотностью стекающего с газопровода тока.

При проектировании газопроводов обычно представляется возможным достаточно точно учесть только влияние грунта п предусмотреть защиту от почвенной коррозии. Это в большин­ стве случаев достигается применением пассивной защиты, кото­ рая включает различные устройства и мероприятия, предназна­ ченные для изоляции подземных газопроводов от непосредст­ венного соприкосновения с грунтом и увеличения переходного сопротивления между почвой и газопроводом. Защиту от блуждающих токов газопроводов или других подземных соору­ жений в процессе проектирования предусматривают только в районах тяговых подстанций. Защита остальных газопроводов, как отмечалось, разрабатывается после постройки газопроводов.

Проектирование защиты от блуждающих токов в большин­ стве случаев осуществляется экспериментальным путем и обычно сводится к выбору и проверке действия одного из спосо­ бов активной защиты на вновь построенном или уже действую­ щем газопроводе. При выборе того или иного способа активной защиты предварительно достаточно точно и подробно произво­ дятся электрические измерения на газопроводе, смежных с ним подземных металлических сооружениях и источниках блуж­ дающих токов. Останавливаются на том способе, который в конкретных условиях дает наилучшие результаты, не причиняя вреда соседним сооружениям.

Под активными методами защиты подразумевается создание па защищаемом сооружении (газопроводе) такого электричес­ кого режима, при котором коррозия сооружения прекращается.

При прохождении газопроводов в зонах влияния блуждаю­ щих токов рельсового электротранспорта в первую очередь должны быть приняты меры к уменьшению утечки токов с рель­ совых путей в землю, а затем — мероприятия по ограждению подземных газопроводов от проникновения в них блуждающих токов. Если же это окажется недостаточным, должны быть проведены мероприятия по отводу и нейтрализации блуждаю­ щих токов, проникших в подземное сооружение. Наличие блуждающих токов в земле на трассе газопровода может быть выявлено еще при проектировании по разности потенциалов между другими металлическими подземными сооружениями и землей. Наиболее вероятно наличие блуждающих токов в райо­ нах тяговых подстанций и пунктов отсоса.

Электрические измерения на газопроводах

Коррозионное состояние подземных газопроводов, как уже отмечалось, определяется на основе ряда электрических изме­ рений. Их производят с помощью специальных приборов, КОТО­

132

рые чаще всего присоединяют к контрольно-измерительным пунктам.

Контрольные пункты на газопроводах устанавливают при строительстве. Если контрольные пункты отсутствуют, то для электрических измерений могут быть использованы обнаженные участки газопроводов (в колодцах, в раскопанных котлованах, на вводах). Но при этом обязательно надо один провод от при­ бора присоединять к заземляющему электроду. При измерениях в городских условиях в качестве заземляющего электрода обыч­ но применяют стальной стержень, погруженный в грунт на глубину 30—50 см. Необходимо, однако, отметить что стальные электроды искажают действительное значение потенциалов ме­ таллических подземных сооружений по отношению к зеМле, особенно при большом электродном потенциале и значительной поляризации электрода. Искажение, вносимое металлическим электродом в измеряемую величину потенциала, меняется в за­ висимости от места установки электрода в земле, влажности почвы и т. д., и учесть его заранее практически невозможно.

Применение неполяризующихся электродов (медносульфат­ ных, уксусносвинцовых и др.) связано с необходимостью устрой­ ства специальных лунок в земле, что в городских условиях осуществить довольно трудно, а в зимнее время практически не­ возможно. Обычно неполяризующиеся электроды применяют для большей точности замеров при измерениях потенциалов неболь­ шой величины (до 0,5 в), в частности при измерениях потен­ циалов за счет почвенной коррозии на загородных трассах.

Основными величинами, подлежащими измерению, являются: â) потенциалы газопровода относительно земли, б) потенциалы газопровода относительно других подземных

сооружений и рельсов электрифицированного транспорта; в) величина и направление тока, протекающего по газопро­

воду; г) 'плотность тока утечки, стекающего с подземного металли­

ческого сооружения в землю.

Для измерения разности потенциалов, которая может состав­ лять от нескольких сотых вольта (между газопроводом и зем­ лей) до десятков вольт (между газопроводом и рельсами элек­ трифицированных железных дорог), применяют вольтметры, имеющие несколько пределов измерений. Рекомендуются сле­ дующие пределы измерений, в: 0,1—0—0,1; 1—-0—1; 10—0—10; 100—0—100.

Для получения удовлетворительных результатов вольтметры должны обладать большим входным сопротивлением, не менее 10 000 ом. В настоящее время для полевых измерений чаще всего используют магнитоэлектрический милливольтамперметр типа М-231. Следует, однако, заметить, что оснащение групп защиты показывающими приборами далеко не полностью решает вопрос электрических измерений при исследованиях

133

блуждающих токов. Основными недостатками визуальных приборов являются: ограниченность во времени периода изме­ рения, личные ошибки и искажение истинной кривой величины потенциалов за счет интервалов между отсчетами. Длительность отсчетов по визуальному прибору одним наблюдающим при минимальном интервале 5 сек должна составлять не более 20—25 мин. При этом к концу периода личная ошибка значи­ тельно возрастает, и получение средних за сутки величин по­ тенциалов и токов представляет весьма трудоемкую работу. Эти недостатки устраняются при использовании автоматических ре­ гистраторов потенциалов и токов.

Для коррозионных исследований наиболее широкое распро­ странение получили приборы Н-373 и Н-39 (на полупроводни­ ках) (рис. 67).

Рис. 67. Автоматический регистратор для коррозионных исследований.

При оценке коррозионного состояния газопроводов важно знать как средние, так и максимальные значения разности потенциалов. По величине и характеру изменения потенциалов судят о характере тока в сооружении (газопроводе). Когда из­ меряемая разность потенциалов имеет устойчивый характер, то это указывает на наличие в земле токов почвенного происхожде­ ния либо блуждающих токов от линий передач постоянного тока по системе «провод—земля», если таковые имеются в об­ следуемом районе. Длительность измерения в одном пункте мо­ жет меняться в зависимости от вероятного источника блуждаю­ щих токов следующим образом:

134

а) в зонах блуждающих токов трамвая и метрополитена, как правило, достаточным периодом является 10 мин; за это время обычно поезда (вагоны) проходят в обоих направлениях;

б) в районах, прилегающих к электрифицированным желез­ ным дорогам, период измерения выбирается в соответствии с расписанием движения электропоездов, чтобы поезда проходили

в обоих направлениях.

При измерении блуждающих токов с помощью показываю­ щих приборов отсчеты показаний приборов должны произво­ диться через равные промежутки времени — 5 сек. Отсчитан­ ные значения потенциалов заносятся в полевой журнал-протокол (в вольтах, с точностью до второго знака). В полевой журнал обязательно вносится эскиз привязки пункта измерений или указывается закрепленный номер постоянного контрольного

пункта.

Подсчет средних значений потенциалов одного знака (в) производится по формуле:

Кр = A¡n,

где А — общая сумма значений потенциалов одного знака, в; п — число всех отсчетов (положительных, отрицательных и нулевых значений).

По результатам измерений обычно составляются потенци­ альные диаграммы, на которых от осп (газопровода) цветными столбиками наносятся средние значения потенциалов: красным цветом — положительные потенциалы (откладываются вверх); синим цветом — отрицательные потенциалы (откладываются вниз). По этим диаграммам можно не только наглядно уста­ новить, каковы потенциалы на газопроводе в данный момент, но при сравнении диаграмм последующих измерений проследить, как эти потенциалы меняются во времени.

Электрические измерения (потенциалов) проводятся как на вновь принимаемых в эксплуатацию газопроводах, так и на действующих. Па новых газопроводах измерения должны про­ водиться после окончания всех строительно-монтажных работ непосредственно перед приемкой. При этом измерения прово­ дятся как до электрического соединения (шунтирования) вновь построенного газопровода с действующим, так и после такого соединения. Соединения обычно выполняются с помощью метал­ лической полосы, привариваемой к действующему и вновь по­ строенному газопроводу.

Измерения до и после соединения необходимы для того, чтобы видеть, как изменяется электрическое состояние дейст­ вующих газопроводов после присоединения нового газопровода. При этом необходимо иметь в виду, что ів одним случаях присое­ динение нового газопровода улучшает электрическое состояние действующих газопроводов, а в'других ухудшает, и на газопро­

135

водах могут появиться опасные потенциалы. В последнем слу­ чае, если величина потенциалов будет превышать 0,5 в, новый газопровод не должен подключаться к действующему до устрой­ ства защиты, а электрическое соединение должно быть разор­ вано. Если при измерениях установлено, что средняя разность потенциалов «газопровод—земля» в анодных и знакоперемен­ ных зонах не превышает 0,1 в, то присоединение производится без всяких условий и электрическая защита строится в плановом порядке. При разности потенциалов выше 0,1, но не более 0,5 в включать под газ новый газопровод можно при условии, что электрическая защита будет сооружена и введена в эксплуата­ цию в первый год после окончания строительства газопро­ вода.

Электрическим измерениям на вновь построенных газопро­ водах должна предшествовать приемка и проверка контрольных пунктов (проводников). При приемке проверяется состояние коверов контрольных пунктов и размещение внутри них прово­ дов (электродов), а также контакт провода с газопроводом.

На действующих газопроводах периодичность электрических измерений определяется общими коррозионными условиями района, в котором проложены газопроводы, и принимается следующей:

а) в неопасных зонах — не реже одного раза в год (в летний период), а также после каждого значительного изменения корро­ зионных условий (электрификация железной дороги, проклад­ ка линий трамвая, ввод в действие электрозащиты на газопро­ воде или других сооружениях и т. п.);

б) в районах установок электрозащиты газопроводов и дру­ гих подземных сооружений, в районах тяговых подстанций и депо электрифицированного транспорта, вблизи рельсов трам­ вая и электрифицированных железных дорог и в местах пере­ сечения с ними— не реже одного раза в 3. месяца, а также при каждом изменении режима работы электрозащитных установок и при изменениях, связанных с развитием сети подземных соо­ ружений и источников блуждающих токов.

Неопасными зонами на газопроводах являются (считаются) такие, где измерениями не обнаружены положительные по­ тенциалы.

В зонах отсутствия блуждающих токов проводятся измере­ ния удельного сопротивления грунтов в летний период.

Опасными зонами считаются все районы с положительными потенциалами на газопроводах. Если обнаруживаются участки с потенциалами свыше 0,2 в, то дополнительно измеряется раз­ ность потенциалов между газопроводом и рельсами электрифи­ цированных железных дорог, а также другими подземными сооружениями, находящимися в соседстве с газопроводом или на пересечениях с ним. Кроме того, измеряется величина и опре­ деляется направление тока вдоль газопровода. Определение на­

136

правления тока вдоль газопроводов производится при помощи милливольтметра, подключенного к двум точкам газопровода. Обычно милливольтметр включается между двумя соседними контрольными пунктами или контрольным пунктом и обнажен­ ным участком газопровода. О направлении тока в газопроводе судят по отклонению стрелки прибора от нулевого положения, исходя из того, что стрелка прибора отклоняется в сторону за­ жима, имеющего более высокий потенциал и ток течет с этого направления.

Величина тока, протекающего вдоль газопровода (и стекаю­ щего с него), определяется по формуле (а):

где АѴ — падение напряжения на измеряемом отрезке газо­ провода, в; 7? — сопротивление газопровода длиной 1 м, ом/м; I — расстояние между точками измерения, м.

Наиболее точные результаты при измерении силы тока мож­ но получить, если включить амперметр между концами (в разрыв) газопровода. Для этого следует снять или сжать бол­ тами компенсатор и т. п.

Срок службы газопровода, подверженного действию блуж­ дающих токов, в первую очередь зависит от поверхностной плотности тока, стекающего с газопровода в землю (от интен­ сивности уноса металла с поверхности трубы); чем больше плотность стекающего тока, тем меньше срок службы газопро­ вода. Однако общедоступных способов определения плотности токов утечки до настоящего времени нет. Поэтому такие изме­ рения на практике не производятся, и основными критериями коррозионного состояния газопроводов служат потенциалы и сила тока.

Электрические методы защиты

Стальные газопроводы, уложенные в землю, подлежат элек­ трической защите во всех анодных и опасных знакопеременных зонах независимо от агрессивности окружающего грунта. Все электрические методы защиты городских газопроводов от кор­ розии могут быть разделены на две основные группы:

а) методы по отводу и нейтрализации блуждающих токов; б) методы защиты вне зон блуждающих токов.

С помощью защитных установок на газопроводах устраня­ ются анодные и знакопеременные зоны и создаются защитные (отрицательные) потенциалы.

Минимальные значения защитных потенциалов для газопро­ водов по отношению к стальному электроду не должны быть менее —0,3 в, по отношению к неполяризующимся электродам: водородному —0,55, медносульфатному —0,87, свинцовому

137

—0,38 в. При меньших потенциалах коррозия стальных газопрово­ дов может продолжаться. Величина максимальных защитных потенциалов для стальных газопроводов с противокоррозионным покрытием «Правилами защиты подземных металлических соо­ ружении от коррозии» разрешена по отношению к неполяризующимся электродам: водородному —0,9; медносульфатному

—1,22, свинцовому —0,73 в. При измерениях стальным электро­ дом максимальный потенциал не должен превышать —0,65 в.

Электрическая защита на газопроводах не должна оказы­ вать вредного влияния на соседние подземные металлические сооружения. Вредным влиянием катодной поляризации защи­ щенного газопровода па соседние сооружения, считается:

а) уменьшение по абсолютной величине минимального или увеличение по абсолютной величине максимального защитного потенциала на соседних металлических сооружениях, имеющих катодную поляризацию, более чем на 0,1 в;

б) появление опасности электрокоррозии на соседних подзем­ ных металлических сооружениях, ранее не требовавших защиты от нее.

Для защиты газопроводов от коррозии блуждающими тока­ ми могут быть применены дренажи, катодные станции, протек­ торы, изолирующие вставки, а также перемычки на смежные подземные сооружения. Выбор того пли иного метода защиты зависит от конкретных условий и, как отмечалось, в большин­ стве случаев определяется путем экспериментального сравнения эффективности их действия. В случаях, когда одним из способов защиты невозможно обеспечить защитные потенциалы на всех участках защищаемых газопроводов, следует применять сочета­ ние двух и более перечисленных способов.

Дренажная защита. Электрическим дренажем называется отвод блуждающих токов из анодной зоны защищаемого метал­ лического сооружения при помощи изолированного проводника обратно к источнику этих токов (к отрицательной шине тяговой подстанции, к отсасывающему кабелю или к рельсам). Для за­ щиты металлических подземных сооружений применяют три ти­ па дренажей: прямой (простой), поляризованный и усиленный.

Рис. 68. Схема прямого (простого) дренажа.

/—защищаемый газопровод; 2 — регулиро­ вочный реостат; 3 — амперметр; 4— пред­ охранитель; 5 — минусовая шина (отсасы­ вающий кабель).

Прямой дренаж (рис. 68) обладает двусторонней проводи­ мостью. Его можно присоединять только к минусовой шине или отсасывающему кабелю, когда исключена возможность стена­ ния токов на защищаемый газопровод. Как правило, прямые

138

дренажи к рельсам не присоединяют. Объясняется это тем, что при обрыве рельсового пути (при нарушении стыковых соеди­ нений) на рельсах может возникнуть потенциал обратного, т. е. положительного, знака, в связи с чем ток потечет на газопро­ вод. В этом основной недостаток прямых (простых) дренажей. Вообще прямые дренажи на городских сетях применяют редко.

Поляризованный дренаж (рис. 69) в отличие от прямого обладает только односторонней проводимостью — от газопрово­ да к источнику тока. При появлении положительного иотен-

установка вентильного типа; 4 — реостат; 5 —вентильный (выпрямитель­ ный) элемент; 6 — амперметр; Z — предохранитель; 8 — отрицательная

шина тяговой подстанции; 9 — генератор тяговой подстанции; J0 —- пи­ тающий фидер; // — контактный троллейный провод; /2 — тяговый ток; 13 — обратный ток; 14 — путь блуждающих токов.

риала на рельсах дренаж автоматически отключается. За счет этого представляется возможным присоединять дренажи непо­ средственно к рельсам, что весьма важно при устройстве защиты в районах, удаленных от отсасывающих пунктов или тяговых подстанций. Конструкции поляризованных дренажных устано­ вок самые разнообразные. При выборе дренажа следует обра­ щать внимание на его мощность, чувствительность и надеж­ ность в работе. Желательно также, чтобы дренаж не требовал дополнительного источника питания. Наиболее распространен­ ным типом дренажей для газопроводов в настоящее время яв­ ляется поляризованный дренаж типа ПД-ЗА.

Усиленный электрический дренаж применяют в тех случаях, когда на защищаемом (дренажом) -сооружении остается опасная зона (положительный или знакопеременный потенциал по отно­ шению к земле), а потенциал рельса выше потенциала газопро­ вода, либо когда это экономически более выгодно по сравнению

139