1.4.4. Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

Практика показывает, что даже тщательно выполненное изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет: теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию. Встречаются повреждения изоляции при засыпке трубопроводов в траншее, при их температурных перемещениях, при воздействии корней растений. Кроме того, в покрытиях остается некото­рое количество незамеченных при проверке дефектов. Следовательно, изоля­ционные покрытия не гарантируют необходимой защиты подземных трубо­проводов от коррозии. Исходя из этого, в СНиП 2.05.06-85 отмечается, что защита трубопроводов от подземной коррозии независимо от коррозионной активности грунта и района их прокладки должна осуществляться комплекс­но: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ).

Электрохимическая защита осуществляется катодной поляризацией трубопроводов.- Если катодная поляризация производится с помощью внешне­го источника постоянного тока, то такая защита называется катодной, если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называ­ется протекторной.

Методы расчета электрохимической защиты трубопроводов от коррозии изложены в [8].

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты показана на рис. 1.6. Источни­ком постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток от вдольтрассовой ЛЭП 1, поступающий через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.

Отрицательным полюсом источник с помощью кабеля 6 подключен к защищаемому трубопроводу 4, а положительным - к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвен­ный электролит.

Принцип действия катодной защиты (рис. 1.7) аналогичен процессу электролиза. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении "анодное заземление - источник тока - защищаемое сооружение". Теряя элек­троны, атомы металла анодного заземления переходят в виде ион-атомов в раствор электролита, т. е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы под­вергаются гидратации и отводятся вглубь раствора. У защищаемого же со­оружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избы­ток свободных электронов, т. е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.

Исследованиями установлено, что минимальный защитный потенциал стальных сооружений уложенных в песчаных и глинистых грунтах, изменяет­ся от - 0.72 до - 1.1 В по медносульфатному электроду сравнения (МСЭ). Од­нако стальные подземные сооружения становятся защищенными на 80 - 90% уже в том случае, когда их потенциал равен - 0.85 В. Эта величина принята в качестве минимального защитного потенциала, который необходимо поддер­живать на защищаемом сооружении.

Минимальный защитный потенциал должен поддерживаться на границе зоны действия станции катодной защиты (СКЗ). Так как величина защитного потенциала убывает с удалением от точки подключения СКЗ (точка дренажа), то максимальный защитный потенциал имеет место в точке дренажа. С тем, чтобы предотвратить разрушение и отслаивание изоляционного покрытия вследствие выделения газообразного водорода максимальная величина за­щитного потенциала ограничена: для стального сооружения с битумной изо­ляцией она составляет, например, - 1.1В по МСЭ. В случае, когда сооружение не имеет защитного покрытия, максимальная величина защитного потенциала не регламентируется.

	Del. J
lit	— 77/rrr—rn777 гп 'Т/т" 5 _

Рис. !,6. Принципиальная схема катодной защиты

О_г + Н₂0+2е 20НР

Рис. 1.7. Механизм действия катодной защиты

Протекторная защита

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальваниче­ского элемента (рис. 1.8).

Два электрода: трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены проводником 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по провод­нику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помо­щью контрольно-измерительной колонки 4.

Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но не тру­бопровода, а протектора.

Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии могут быть использованы все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напря­жений левее железа,-т.к. они более электроотрицательны. Практически же про­текторы изготавливаются только из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:

• разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;

• ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;

• отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.

Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магний, цинк и алюминий, физико-химические характеристики которых приведены в табл. 1.7.

Из табл. 1.7 видно, что отдать предпочтение какому-либо одному метал­лу трудно. Поэтому протекторы изготавливают из сплавов этих металлов с добавками, улучшающими работу протекторной защиты.

В зависимости от преобладающего компонента сплавы бывают магние­вые, алюминиевые, цинковые. В качестве добавок используют марганец (спо­собствует повышению токоотдачи), индий (препятствует образованию плот­ной окисной пленки на поверхности сплава, а значит, его пассивации) и дру­гие металлы.

У

Рис. 1.8. Принципиальная схема протекторной защиты

б)

a) R 1

©

CP

Сооружение Рельс Сооружение Рельс

к/

сигнальн.. jlr устройствуtit

[]прф

В)

R -127/220 В

-—Cp-i Рj>

ВЗ I ,Ксигнальн. Шпр Щпр К / устройству

В

птл ^р

п

[ЗпрфСР

Сооружение Рельс

Рис. 1.9 Принципиальные схемы электрических дренажей а - прямой,б - поляризованный, в - усиленный

Таблица 1.7

Физико-химические характеристики материалов для изготовления протекторов

Показатели	Металл
	Mg	Zn	А1
..... Равновесный электродный потен­циал по нормальному водородному электроду сравнения, В	-2.34	-0.76	-1.67
Токоотдача, А ч/кг	2200	820	2980
Коэффициент использования, %	50	90	85

Протекторную защиту рекомендуется использовать в грунтах с удель­ным сопротивлением не более 50 Ом м.

Применяют защиту протекторами, расположенными как поодиночке, так и группами. Кроме того, защита от коррозии трубопроводов может быть вы­полнена ленточными протекторами.