5.2 Установки катодной защиты

Катодная защита МТ от коррозии получила наибольшее распространение среди систем ЭХЗ ввиду наличия неоспоримых преимуществ:

- возможность дистанционного контроля защитного потенциала;

- возможность резервирования системами протекторной защиты, а так же гибкая схема распределения защитного потенциала на линейно протяженных объектах;

- применение в большинстве сочетаний грунтовых условий (с удельным электросопротивлением грунта от 0,01 Ом до 500 Ом).

Установка катодной защиты (УКЗ) включает следующие элементы: источник электроснабжения, преобразователь (катодную станцию), анодное заземление, линии постоянного тока и контрольно-измерительные пункты. При необходимости в состав УКЗ могут входить регулирующие резисторы, шунты, поляризованные элементы.

Параметры каждой УКЗ должны обеспечивать возможность защиты смежных участков газопровода при отключении соседних УКЗ. В установках катодной защиты могут быть применены глубинные анодные заземления (ГАЗ) и подповерхностные анодные заземления; подповерхностные заземления могут быть сосредоточенными, распределенными и протяженными.

Анодные заземления (включая линии постоянного тока и контактные узлы) рассчитываются на не менее чем 30-летний срок службы, независимо от условий эксплуатации.

Анодные заземления должны быть размещены на расстоянии не ближе 250 м от трассы защищаемой линейной части газопровода. Расстояние между электродами поверхностных сосредоточенных анодных заземлений в группе следует проектировать не ближе трех длин электродов, между рядами – не менее 1/4 длины ряда; расстановка одиночных ГАЗ – по трассе должна осуществляться не ближе 50 и не дальше 100 длин заземлителей.

5.3 Установки протекторной защиты

Протекторная защита (ПЗ) МТ может осуществляться только в грунтах с удельным электросопротивлением не более 50 Ом, что является главным фактором, ограничивающим применение ПЗ.

Протекторная защита может быть осуществлена одиночными или групповыми установками. Выбор типа и схемы расстановки протекторов производят с учетом конкретных условий прокладки защищаемого сооружения.

Установку протекторов следует предусматривать в местах с минимальным удельным сопротивлением грунта и ниже глубины его промерзания.

5.4 Принципы действия электрохимической защиты

При контакте металла с грунтами, относящимися к электролитическим средам, происходит коррозионный процесс, сопровождаемый образованием электрического тока, и устанавливается определенный электродный потенциал. Величину электродного потенциала трубопровода можно определить по разности потенциалов между двумя электродами: трубопроводом и анодным заземлителем. Таким образом, значение потенциала трубопровода представляет собой разность его электродного потенциала и потенциала электрода сравнения по отношению к грунту. На поверхности трубопровода протекают электродные процессы определенного направления и стационарные по характеру изменения во времени.

Стационарный потенциал принято называть естественным потенциалом, подразумевая при этом отсутствие на трубопроводе блуждающих и других наведенных токов.

Взаимодействие корродирующего металла с электролитом разделяется на два процесса: анодный и катодный, которые проходят одновременно на различных участках поверхности раздела металла и электролита.

При защите от коррозии используют территориальное разделение анодного и катодного процессов. К трубопроводу подключают источник тока с дополнительным электродом-заземлителем, с помощью которого накладывают на трубопровод внешний постоянный ток. В этом случае анодный процесс происходит на дополнительном электроде-заземлителе.

Основой такого процесса служит различие металлов, а равно и сульфидов металлов, растворенных в грунте, в ряду стандартных электродных потенциалов. Чем ниже значение стандартного электродного потенциала, тем активнее металл корродирует. Золото, к примеру, имеет значительный положительный потенциал, оно практически ни при каких условиях не подвергается коррозии, в отличие от железа, использующегося в основе трубных сталей. В основе катодной защиты лежит принудительное направление окислительно-восстановительной реакции (корродирования) путем придания положительного потенциала трубопроводу. При правильно рассчитанной схеме ЭХЗ сталь трубопровода может иметь стойкость к коррозии на уровне золота.

Катодная поляризация подземных трубопроводов осуществляется с помощью наложения электрического поля от внешнего источника постоянного тока. Отрицательный полюс источника постоянного тока подключается к защищаемой конструкции, при этом трубопровод является катодом по отношению к грунту,искусственно созданный анод-заземлитель - к положительному полюсу.

Принципиальная схема катодной защиты показана на рисунке. При катодной защите отрицательный полюс источника тока 2 подключен к трубопроводу 1, а положительный - к искусственно созданному аноду-заземлителю 3. При включении источника тока от его полюса через анодное заземление поступает в грунт и через поврежденные участки изоляции 6 на трубу. Далее через точку дренажа 4 по соединительному проводу 5 ток возвращается снова к минусу источника питания. При этом на оголенных участках трубопровода начинается процесс катодной поляризации.

Рис. 3.1. Принципиальная схема катодной защиты трубопровода:

1 - трубопровод; 2 - внешний источник постоянного тока; 3 - анодное заземление;

4 - точка дренажа; 5 - дренажный кабель; 6 - контакт катодного вывода;

7 - катодный вывод; 8 - повреждения изоляции трубопровода

Поскольку напряжение внешнего тока, приложенного между электродом-заземлителем и трубопроводом, значительно превышает разность потенциалов между электродами коррозионных макропар трубопровода, стационарный потенциал анодного заземления не играет определяющей роли.

Катодная защита регулируется путем поддержания необходимого защитного потенциала. Если наложением внешнего тока трубопровод заполяризован до равновесного потенциала (0к = 0а) растворения металла, то анодный ток прекращается и коррозия приостанавливается. Дальнейшее повышение защитного тока нецелесообразно.Поэтому для изолированных трубопроводов максимально допустимая разность поляризационных потенциалов принята равной -1,10В