2.3.3 Изоляционные покрытия «Пластобит».
ВНИИСПТнефть (ныне ИПТЭР) разработал конструкцию изоляционного покрытия, лишенную указанных недостатков. Покрытие «Пластобит» представляет собой комбинацию битумного и пленочного покрытий: на слой грунтовки наносится битумная мастика толщиной 3-4 мм, которая сразу же обматывается поливинилхлоридной пленкой без подклеивающего слоя. Величина нахлеста регулируется в пределах 3-6 см. В момент намотки полимерного слоя часть мастики выдавливается под нахлест, что обеспечивает герметизацию мест нахлеста.
Полимерный слой в конструкции «Пластобит» играет роль своеобразной «арматуры», которая обеспечивает независимо от срока службы сохранение целостности основного изоляционного слоя – битумного. В свою очередь, прокол полимерной пленки не приводит к нарушению целостности покрытия, т.к. слой битумной мастики имеет достаточно большую толщину. Более того, опыт эксплуатации покрытия «Пластобит» показывает, что в местах мелких сквозных повреждений полимерной части имеет место «самозалечивание», выражающееся в вытекании части мастики через это отверстие и застывание ее в виде грибка над местом повреждения.
Покрытие «Пластобит» является технологичным с точки зрения нанесения, не требует значительной перестройки применяемой до настоящего времени технологии капитального ремонта, обладает высокими защитными качествами, которые, по утверждению разработчика, не ухудшаются со временем.
2.4 Электорохимическая защита трубопровода от коррозии ( активная )
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.
2.4.1 Катодная защита подземных металлических сооружений
Катодную защиту применяют для предотвращения разрушения трубопровода от почвенной коррозии, а также от блуждающих токов при нецелесообразности использования электродренажной защиты.
При катодной защите отрицательный полюс источника постоянного тока подключают к трубопроводу, а положительный – к искусственно созданному аноду-заземлению. При включении источника тока электрическая цепь замкнется через почвенный электролит и на оголенных участках трубопровода в местах повреждения изоляции начнется процесс катодной поляризации. Рисунок 5.
К анодному заземлению предъявляется ряд требований:
-минимальное переходное сопротивление;
-наименьшие габаритные размеры;
-наиболее долговечный и недефицитный материал;
-простота установки;
-длительность службы при минимальных восстановительных работах;
-наименьшая стоимость.
Принципиально анодный заземлитель может быть изготовлен из любого токопроводящего материала (металла, графита, угля и т.п.), но наибольшее распространение получили заземлители из черных металлов, особенно из стали. Это объясняется тем, что в практических условиях почти всегда можно найти старые трубы, рельсы, уголки и т.п. и использовать их для анодных заземлений. Заземлители из черного металла сравнительно быстро разрушаются проходящим током за счет высокого электрохимического эквивалента (9 – 10 кг/ (А* год)), но форма и механическая прочность этих изделий обычно позволяют легко устанавливать их в почву.
1 – трубопровод; 2 – внешний источник постоянного тока; 3 – соединительный провод; 4 – анодное заземление.
Рисунок 5 - Принципиальная схема катодной защиты трубопровода.
Для снижения потерь металла анодные заземления устанавливают в неагрессивные электропроводящие засыпки из измельченной и утрамбованной коксовой или угольной крошки. В некоторых случаях применяют отходы электродного производства – графитовую крошку и шлак. Стекание электрического тока в грунт с прессованной коксовой засыпки не вызывает растворения поверхности засыпки.
Характер электрохимических процессов, протекающих на поверхности анодного заземлителя, зависит от количества влаги в приэлектродном слое заземлителя, определяемого влажностью грунтов. В засыпке не должно быть свободного почвенного электролита. В противном случае на поверхности заземлителя появляется ток ионной проводимости и стальной электрод начинает усилено разрушаться. По этой причине в грунтах повышенной влажности применение коксовой засыпки неэффективно. Здесь стальные электроды разрушаются с той же скоростью, что и без засыпки.
Конструкция поверхностного анодного заземления.
Поверхностное анодное заземление сооружается из отдельных заземлителей в трех вариантах: горизонтальном, вертикальном и комбинированном.
Горизонтальное заземление выполняется из нескольких электродов (труб, рельсов, полос), закладываемых на некоторую глубину в один или два ряда.
Достоинства горизонтального заземления – доступность всех частей заземления для осмотра и сравнительно одинаковые условия их работы, а также сравнительная простота выполнения необходимых земляных работ. Однако под такие заземления требуются большие площадки. Переходное сопротивление горизонтальных заземлений сильно зависят от атмосферных осадков.
Вертикальное заземление выполняется в виде одного или нескольких вертикальных электродов, расположенных в один или два ряда на расстоянии 4 – 5 м друг от друга. Достоинства вертикального заземления – меньшая зависимость переходного сопротивления от атмосферных осадков и меньшие размеры площадки под них.
Однако при выполнении заземления возникают трудности из-за необходимости забивки труб на глубины нескольких метров и обработки окружающей почвы для снижения ее сопротивления. В случае разрушения верхней части заземление полностью выходит из строя.
Комбинированное заземление состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей. При этом удается получить наименьшее сопротивление растеканию тока при наименьших размерах площадки. Комбинированное заземление обычно выполняется из вертикальных заземлителей, забитых в ряд или по контуру, соединяемых по верху одной или несколькими горизонталями.
При этом вертикальные заземлители стремятся расположить на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы снизить до минимума экранирование (взаимное влияние) и не увеличить сопротивление растеканию тока.
Принцип действия катодной защиты 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.
Минимальный защитный потенциал должен поддерживаться на границе зоны действия станции катодной защиты. 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 или отслаивание изоляционного покрытия вследствие выделения газообразного водорода максимальная величина защитного потенциала ограничена: для стального сооружения с
битумной изоляцией она составляет, например, -1,1 В по МСЭ.