2.4.3 Электродренажная защита трубопровода
Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооружения на сооружение – источник блуждающих токов, либо специальное заземление – называется электродренажной защитой (рисунок 7).
Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи.
Прямой электрический дренаж – это дренажное устройство двусторонней проводимости (рисунок 8 а). Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, когда потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дренаж превратится в канал для истекания блуждающих токов на трубопровод.
1 – трубопровод; 2 – электрифицированная железная дорога; 3 – диод;
4 – регулируемое сопротивление; 5 – предохранитель; 6 рубильник; 7 – шунт; 8 – амперметр; 9 – дроссель-трансформатор
Рисунок 7 - Схема установки дренажной защиты
Поляризованный электрический дренаж – это дренажное устройство, обладающее односторонней проводимостью (рисунок 8 б). От прямого дренажа поляризованный отличается наличием элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что исключает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу.
Поляризованные дренажные установки по принципу исполнения устройства односторонней проводимости разделяются на электромагнитные и вентильные.
Преимущества вентильных дренажей по сравнению с электромагнитными – отсутствие движущихся частей и контактов, недостаток – чувствительность к повышению температуры и мгновенным перегрузкам по напряжению и току в прямом и обратных направлениях, обусловленная характеристикой вентильных элементов. Кроме того, электромагнитная дренажная установка не может быть применена для усиленного дренажа.
Усиленный дренаж применяется в тех случаях, когда нужно не только отводить
блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Усиленный дренаж представляет собой обычную катодную
станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положительным – не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицированного транспорта (рисунок 8 в).
Усиленный дренаж применяется сравнительно редко из-за того, что накладываемый положительный потенциал дополнительного источника тока, подключенного к рельсам, мешает эффективности работы электрического дренажа; в случае достаточной эффективности электродренажа работа дополнительного источника тока вызовет непроизводительные затраты электроэнергии; применение рельсов в качестве анодного заземления заметно увеличивает их износ.
Поляризованные протекторные системы в отличие от обычных протекторных установок автоматически включаются в анодный импульс. Это позволяет применять такие системы в зонах значительного влияния блуждающих токов на магистральных трубопроводах.
Наличие обычных (неполяризованных) протекторов в катодной и знакопеременной зонах на трубопроводе увеличивает плотность входящего в трубопровод тока, а следовательно, и стекающего тока (в анодных зонах). Такое явление может привести к образованию глубоких отрицательных потенциалов на катодных участках трубопровода, разрушающих антикоррозионное покрытие последнего, и повысить коррозионную опасность в анодных зонах.
Конструктивно поляризованная протекторная система представляет собой обычную систему протекторов, подключаемых к защищаемому трубопроводу с помощью полупроводниковых диодов, пропускающих ток только в направлении от трубопровода к протектору. Наличие таких протекторов в катодной зоне трубопровода не влияет на величину блуждающих токов, входящих в трубопровод, так как она определяется только переходным сопротивлением трубопровода.
В анодных зонах блуждающие токи стекают в основном с протекторов через
открытый вентиль (диод). Этим предупреждается коррозионное разрушение
трубопровода. Доля коррозионного тока, стекающего с протекторов, тем больше, чем ниже сопротивление цепи «трубопровод – протектор – грунт» по сравнению с переходным сопротивлением трубопровода.
Перспективно применение сдвоенных систем: эффективного анода (протектора из металла, имеющего более отрицательный потенциал, чем металл трубопровода), подключаемого к трубопроводу через диод, и эффективного катода, потенциал которого имеет более положительное значение, чем металл сооружения, подключаемого к трубопроводу через транзистор обратной проводимости. Эффективный катод системы ограничивает отрицательный потенциал трубопровода от глубокой поляризации блуждающими токами в период катодного импульса. Ограничение осуществляется включением в базу транзистора управляющего электрода из определенного сплава, установленного в активатор. Такой электрод имеет постоянный потенциал относительно окружающего грунта.
При потенциале сооружения, имеющим более отрицательное значение, чем потенциал управляющего электрода, на базу транзистора поступает сигнал положительной полярности, транзистор открывается, и эффективный катод начинает поляризовать сооружение анодно, происходит торможение катодной поляризации защищаемого сооружения, т.е. снижение избыточного катодного потенциала сооружения до уровня потенциала управляющего электрода. При этом эффективный анод отключен от сооружения диодом. Его включение происходит в некоторый момент, характеризующийся потенциалом сооружения более положительным, чем потенциал эффективного анода.
После ввода трубопровода в эксплуатацию производится регулировка параметров работы системы защиты от коррозии. При необходимости с
а – прямой; б – поляризованный; в – усиленный
Рисунок 8 – Принципиальные схемы электрических дренажей
учетом фактического положения дел могут вводиться в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной защиты, а также протекторные установки.
3-й способ – воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности.
Существует несколько методов, в первом из них, получившем наибольшее распространение, предусматривают дезактивационную обработку агрессивной среды введением ингибиторов (замедлителей) коррозии. Ингибиторами коррозии называют соединения, которые присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести и удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды.
Целью деаэрации электролита почвы является снижение концентрации растворенного кислорода воздуха как агрессивного реагента, участвующего в катодной и анодной реакциях, протекающих в режиме истинной кинетики.
Уменьшение опасности биокоррозии достигается путем добавления в засыпаемый грунт различных ядохимикатов (например, наиболее дешевым материалом является известь).
Гидрофобизация грунтов обеспечивает защиту изоляции трубопровода от механических повреждений, вредного воздействия окружающей среды и замедляет процесс ее старения. Под термином «гидрофобизированные» подразумеваются грунты, обработанные вяжущими продуктами и имеющие повышенную водостойкость, водонепроницаемость, низкую коррозионную активность и воздухопроницаемость. Замену грунта на менее агрессивный осуществляют с целью уменьшения коррозионной активности грунта, т.е. улучшение его физико-механических свойств. С этой же целью производят нейтрализацию грунта кислотами и щелочами.
2.5 КИП и А
Аппаратура и оборудование линейных участков трубопровода работает в условиях прямого воздействия окружающей среды и на значительном удалении от источников энергии и центров обслуживания. В таких условиях эксплуатации линейные объекты должны иметь высокую автономность и надежность, для обеспечения которых необходима полная автоматизация всех процессов и операций. Оперативная связь с этими объектами для контроля и управления может осуществляться только по каналам телемеханики. К таким объектам относятся установки катодной защиты, конденсатоотводчики и линейные запорные органы.
Установки катодной защиты предназначаются от почвенной коррозии стальных трубопроводов, заглубленных непосредственно в грунтах весьма высокой и повышенной коррозионной активности. С помощью установок катодной защиты, располагаемых вдоль трассы на теле трубы, создается отрицательный относительно грунта потенциал напряжения, оптимальное значение которого лежит от 0,87 до 2,5 В. При потенциале меньше 0,87 В снижается эффективность антикоррозионной защиты, а при потенциале более 2,5 В происходит интенсивный электролиз грунтовых растворов с выделением кислорода и водорода, что может привести к наводораживанию металла труб и снижению их прочности. Установки катодной защиты содержат преобразователь для преобразования энергии питающей сети в защитный потенциал, анодное заземление и соединительные линии. Режим установок катодной защиты, а, следовательно, и потенциал трубы могут изменяться вследствие изменения влажности грунтов, колебаний питающего напряжения, растворение анодных заземлителей и т. д., поэтому задача автоматизации установок катодной защиты состоит в обеспечении стальных оптимальных потенциалов. Этим требованиям отвечают современные автоматические преобразователи типа ТДЕ-9 для установок катодной защиты. Основу силовой части его части преобразователя составляют трансформатор Тр и двухполупериодный выпрямитель на тиристорах V1, V2, плюсовой вывод которого подключается к анодному заземлению АЗ, а минусовый – к телу трубы. Эффективность напряжение на выходе преобразователя поддерживается изменением фазового угла ã зажигания тиристоров. При уменьшении этого угла эффективное напряжение возрастает, а при увеличении – уменьшается. Стабилизация потенциала осуществляется устройством управления УУ, которое по существу является пропорциональным регулятором. Разность потенциала на границе труба – грунт, измеряемая датчиком потенциала ДП, сравнивается в задатчике 3 с заданным значением U3. Разница этих величин через усилитель У действует на устройство управления углом зажигания тиристоров ФФУ, которое изменяет угол в направлении компенсации возникшего отклонения. Защита тиристоров по нагрузке (от коротких замыканий) осуществляется по сигналу трансформатора тока ТТ, действующего на ФФУ и ограничивающего выходной ток устройства. Для контроля режима преобразователя используется вольтметр П2 и амперметр П1. Точность поддерживания потенциала _+0,05 В. Модификации этих преобразователей определяются выходными параметрами. Для контроля работы установок катодной защиты применяется система телемеханики типа ТКЗ-4М, рассчитанная на использование в качестве линий связи физической цепи труба – земля. При этом для передачи информации используется защитный ток УКЗ, модулируемый низкочастотными сигналами переменного тока комплекса телемеханики. Из-за большого ослабления в цепи труба – земля, для организации контроля УКЗ используется принцип ретрансляции сигналов с одной станции на другую. Для этого на УКЗ устанавливается блок приёма и передачи сигналов. В нормальных условиях при всех работающих УКЗ блок первой установки передает свой кодовый сигнал, а остальные его только ретранслируют, поэтому на контрольный пункт приходит кодовый сигнал первой УКЗ. Прием этого сигнала свидетельствует об исправности всех преобразователей и наличии достаточного защитного потенциала на трубе. При выходе из строя, какой – либо из УКЗ или исчезновении защитного потенциала ретрансляция ее сигналов прекращается. В этом случае первая УКЗ в цепочке оставшихся в работе начинает вырабатывать свой кодовый сигнал, и он ретранслируется в пункт контроля через последующие УКЗ. По этому сигналу
определяется наличие неисправности и номер отказавшего преобразователя и УКЗ. [11]