Строительство станции катодной защиты газопровода

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Катодная защита от коррозии. Принцип действия, основные понятия.

Больше 15 лет я разрабатываю станции катодной защиты. Требования к станциям четко формализованы. Есть определенные параметры, которые должны быть обеспечены. А знание теории защиты от коррозии совсем не обязательно. Гораздо важнее знание электроники, программирования, принципов конструирования электронной аппаратуры.

Создав этот сайт, я не сомневался, что когда-нибудь там появится раздел катодная защита. В нем я собираюсь писать о том, что я хорошо знаю, о станциях катодной защиты. Но как-то не поднимается рука писать о станциях, не рассказав, хотя бы коротко, о теории электрохимической защиты. Постараюсь рассказать о таком сложном понятии как можно проще, для не профессионалов.

История развития катодной защиты настолько занимательная глава, что я изложил ее в отдельной статье. Она не имеет практического значения. Просто интересно.

Для того чтобы защитится от коррозии, надо понять, что такое коррозия, природу ее происхождения.

Электрохимическая коррозия.

Коррозию можно определить как реакцию материала с окружающей средой, вызывающую в нем ощутимые изменения.

Изменения – понятие расплывчатое. Поэтому существует понятие коррозионного повреждения, основными признаками которого является нарушение функционирования объекта, например разрушение все той же металлической трубы. Не все реакции ведут к повреждению. Если труба станет коричневой или зеленой, но не будет протекать, это не будет считаться коррозионным повреждением.

Материалы и окружающая среда бывают разными. Бывают разными и реакции между ними. В основе коррозии могут лежать чисто химические реакции. Но вряд ли кого-либо заинтересует коррозия висмута в растворе дигидрофосфата натрия. Гораздо важнее знать о коррозии железной трубы, закопанной в землю.

Так вот, практический интерес имеет коррозия металлических материалов в водных средах, т.е. электрохимическая коррозия. В основе ее лежат реакции, имеющие электрохимическую природу.

В детстве я был любознательным мальчиком. Я проводил опыты по гальваническому осаждению меди на железные предметы, чем удивлял своих одноклассников. Но еще больше я поразил их, когда принес в школу лезвие от безопасной бритвы с вырезанной на нем сквозной надписью. Эффект я усилил сказав, что сделал это лазером. Конечно, я просто покрыл лезвие лаком, иголкой выцарапал надпись, опустил в жестяную банку с раствором соли, подключил электрический ток и немного подождал. Теперь я понимаю, что мои детские опыты были иллюстрацией того, как происходит электрохимическая коррозия и как от нее защититься. (Рассказ о моих детских опытах не художественный вымысел, а чистая правда.)

Итак, объекты процесса электрохимической коррозии:

Все перечисленные объекты способны проводить электрический ток, обладают хорошей электропроводностью. В растворе электролита содержатся анионы и катионы. Они создают электрический ток. Ток протекает через участок металл – раствор электролита. За счет этого тока на границе раздела происходит электрохимическая реакция, на которую могут влиять еще и внешние токи. Влиять они могут по-разному, как усиливать коррозию, так и замедлять ее.

За счет тока на границе образуется разность потенциалов. Ее невозможно измерить. Поэтому измеряют потенциал специального электрода сравнения. Он является своеобразным суммарным показателем электрохимической реакции.

Физическое объяснение электрохимической коррозии выглядит так. В металле присутствуют ионы железа (положительно заряженные) и электроны (с отрицательным зарядом). Оба компонента реагируют с раствором электролита.

Принцип действия катодной защиты.

Понятно, что для защиты объекта от коррозии необходимо вызвать катодную реакцию и не допустить анодную. Сделать это можно, если искусственно создать отрицательный потенциал на защищаемом объекте.

Для этого необходимо разместить в среде (почве) анодные электроды и подключить внешний источник тока: минус к объекту защиты, а плюс – к анодным электродам. Ток пойдет по цепи анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии.

С точки зрения гальванических процессов металлический объект будет катодом, а дополнительный электрод – анодом.

Таким образом, коррозия объекта прекратится. Разрушаться будет только анодный электрод. Он называются анодным заземлением. Анодные электроды делают из инертного материала и периодически меняют.

Станция катодной защиты.

По сути это источник вторичного электропитания, специализированный блок питания. Т.е. станция подключается к питающей сети (как правило

220 В) и вырабатывает электрический ток с заданными параметрами.

Вот пример схемы системы электрохимической защиты подземного газопровода с помощью станции катодной защиты ИСТ-1000.

Станция катодной защиты установлена на поверхности земли, вблизи от газопровода. Т.к. станция эксплуатируется на открытом воздухе, то она должна иметь исполнение IP34 и выше. В этом примере используется современная станция, с контроллером GSM телеметрии и функцией стабилизации потенциала.

В принципе, станции катодной защиты бывают очень разными. Они могут быть трансформаторными или инверторными. Могут быть источниками тока, напряжения, иметь различные режимы стабилизации, различные функциональные возможности.

Станции прошлых лет это громадные трансформаторы с тиристорными регуляторами. Современные станции это инверторные преобразователи с микропроцессорным управлением и GSM телемеханикой.

Выходная мощность устройств катодной защиты, как правило, находится в диапазоне 1 – 3 кВт, но может доходить и до 10 кВт. Станциям катодной защиты и их параметрам посвящена отдельная статья.

Нагрузкой для устройства катодной защиты является электрическая цепь: анодное заземление – почва – изоляция металлического объекта. Поэтому требования к выходным энергетическим параметрам станций, прежде всего, определяют:

Все параметры станции определяются при создании проекта катодной защиты:

Применение.

Катодная защита от коррозии получила широкое распространение для электрохимической защиты:

Применение катодной защиты обязательно для газопроводов низкого и среднего давления, магистральных газопроводов, нефтепроводов.

Источник

«Станция катодной защиты (СКЗ)»

2 СОСТАВПРОЕКТА МЕЖЕВАНИЯ: Наименование ов Масштаб Текстовые материалы Пояснительная записка проекта межевания 9 _ территории для размещения линейного объекта 2. Графические материалы Схема размещения линейного объекта в ПМ 1 _ планировочной структуре города Лабинска Схема границ зон с особыми условиями ПМ 2 1: 1000 использования территории Схема межевания территории для размещения ПМ 3 1: 500 линейного объекта 2.4. Схема проектируемых красных линий ПМ 4 1: Таблицы координат поворотных/характерных ПМ 5 _ точек Изм. Кол.уч. док Подп. Дата

3 СОДЕРЖАНИЕ 1. Исходные данные и условия для подготовки проекта межевания 4 территории для размещения линейного объекта 2. Основные цели проекта межевания 5 3. Характеристика современного состояния проектируемой территории 6 4. Характеристика объекта и установление параметров планируемого 6 строительства линейного объекта 5. Особые условия использования территории 6 6. Порядок формирования границ земельных участков 7 7. Рекомендации по порядку установления границ на местности 8 8. Сведения о категории земель и земельных участках, на которых будет 8 располагаться объект капитального строительства 9. Приложения Графические материалы Изм. Кол.уч. док Подп. Дата

5 СП «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб (в замен СП ); СанПиН 2.2.1/ «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов». ГОСТ Р «Трубопроводы стальные магистральные»; ГОСТ * ЕСЗКС. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии; СНиП * «Магистральные трубопроводы»; «Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов» (утв. Министерством газовой промышленности 31 декабря 1980 г); «Правила устройства электроустановок»; «Руководство по эксплуатации противокоррозионной защиты трубопроводов»; Инструкция по расчету и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных газопроводов (СТО Газпром ). Назначение Проекта определено действующим градостроительным законодательством. Проект выполняется в целях создания и упорядочения условий для развития рассматриваемой территории, осуществляемые путем подготовки и реализации документации по планировке территории. Проект содержит характеристику и параметры рассматриваемой территории, а также определяет и фиксирует границы красных линий и границы зон с особыми условиями использования территории. Цель подготовки Проекта: обеспечение устойчивого развития территории и установление границ земельного участка (охранной зоны) для размещения (эксплуатации) линейного объекта. 2. Основные цели проекта межевания. Подготовка проекта межевания территории для строительства линейного объекта по адресу: Краснодарский край, Лабинский район,, осуществляется в целях формирования границ земельного участка, предназначенного для строительства (эксплуатации) линейного объекта СКЗ, с учетом обеспечения требований сложившейся системы землепользования на рассматриваемой территории, определение в соответствии с нормативными требованиями площади земельного участка. Основными задачами проекта межевания территории линейного объекта с учетом требований к составу, содержанию и порядку подготовки документации по планировке территории, установленных Градостроительным кодексом РФ, являются: Изм. Кол.уч. док Подп. Дата

9 На проектируемой территории проходят следующие инженерные коммуникации: линий электропередач (напряжением 0,4кВ (воздушная) и 10кВ (подземная, кабель)); кабель связи (телефон); газопровод (высокого, низкого давления), ГРП; Проектируемый объект (СКЗ) расположен на газопроводе высокого давления вблизи с ГРП. Расчет расстояний при определении охранной зоны, проектируемой СКЗ производится по оси объекта и составляет 2 метра в каждую сторону. Охранные зоны вдоль воздушных и кабельных линий электропередачи устанавливаются в виде в виде части поверхности участка земли, ограниченной параллельными вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны от объектов: для ВЛ-10кВ (подземный кабель) на расстоянии 1 метра по обе стороны от крайних кабелей. для ВЛ 0,4 кв на расстоянии 2-х метров по обе стороны от линии. Охранная зона линии связи 1 метра по обе стороны от линии. 6. Порядок формирования границ земельных участков. Формирование границ земельных участков производится в следующем порядке: 1. Формирование границ земельного участка на период строительства (эксплуатации) проектируемого объекта; 2. Формирование охранных зон проектируемого объекта; 3. Координирование сформированного земельного участка проектируемого объекта. Сформированные границы земельного участка позволяют обеспечить необходимые требования по содержанию и обслуживанию линейного объекта в условиях сложившейся планировочной системе рассматриваемой территории. Чертеж межевания территории подготовлен с формированием земельного участка для строительства и эксплуатации планируемого к размещению объекта. На период строительства (эксплуатации) под строительство станции катодной защиты (СКЗ) сформирована полоса отвода земель шириной 4 метра (по 2 м. по обе стороны от объекта). Земельный участок, сформированный настоящим проектом, определен для строительства и эксплуатации станции катодной защиты (СКЗ). 7. Рекомендации по порядку установления границ на местности. Изм. Кол.уч. док Подп. Дата

12 2. Техническое задание. 3. Топографическая съемка в масштабе 1: Схема размещения СКЗ и анодного заземления. 5. ТУ инженерных служб. Изм. Кол.уч. док Подп. Дата

Источник

Устройство электрохимзащиты для газопровода

Коррозия оказывает пагубное влияние на техническое состояние подземных трубопроводов, под ее воздействием нарушается целостность газопровода, появляются трещины. Для защиты от такого процесса применяют электрохимзащиту газопровода.

Коррозия подземных трубопроводов и средства защиты от нее

На состояние стальных трубопроводов оказывает влияние влажность почвы, ее структура и химический состав. Температура сообщаемого по трубам газа, блуждающие в земле токи, вызванные электрифицированным транспортом и климатические условия в целом.

Методы электрохимзащиты от коррозии:

Суть пассивного метода электрохимзащиты заключается в нанесении на поверхность газопровода специального защитного слоя, препятствующего вредному воздействию окружающей среды. Таким покрытием может быть:

На практике редко получается нанести электрохимическое покрытие равномерно на газопровод. В местах зазоров с течением времени металл все же повреждается.

Активный метод электрохимзащиты или метод катодной поляризации заключается в создании на поверхности трубопровода отрицательного потенциала, предотвращающего утечку электричества, тем самым предупреждая появление коррозии.

Принцип действия электрохимзащиты

Чтобы защитить газопровод от коррозии, нужно создать катодную реакцию и исключить анодную. Для этого на защищаемом трубопроводе принудительно создается отрицательный потенциал.

В грунте размещают анодные электроды, подключают отрицательный полюс внешнего источника тока непосредственно к катоду – защищаемому объекту. Для замыкания электрической цепи, положительный полюс источника тока соединяется с анодом – дополнительным электродом, установленным в общей среде с защищаемым трубопроводом.

Анод в данной электрической цепи выполняет функцию заземления. За счет того, что анод имеет более положительный потенциал, чем металлический объект, происходит его анодное растворение.

Процесс коррозии подавляется под воздействием отрицательно заряженного поля защищаемого объекта. При катодной защите от коррозии, процессу порчи будет подвергается непосредственно анодный электрод.

Для увеличения срока эксплуатации анодов, их изготавливают из инертных материалов, устойчивых к растворению и другим воздействиям внешних факторов.

Станция электрохимзащиты

Станция электрохимзащиты – это устройство, которое служит источником внешнего тока в системе катодной защиты. Данная установка подключается к сети, 220 Вт и производит электричество с установленными выходными значениями.

Станция устанавливается на земле рядом с газопроводом. Она должна иметь степень защиты IP34 и выше, так как работает на открытом воздухе.

Станции катодной защиты могут иметь различные технические параметры и функциональные особенности.

Типы станций катодной защиты:

Трансформаторные станции электрохимзащиты постепенно отходят в прошлое. Они представляют собой конструкцию из трансформатора, работающего с частотой 50 Гц и тиристорного выпрямителя. Минусом таких устройств является несинусоидальная форма генерируемой энергии. Вследствие чего, на выходе происходит сильное пульсирование тока и снижается его мощность.

Инверторная станция электрохимзащиты имеет преимущество у трансформаторной. Ее принцип основан на работе высокочастотных импульсных преобразователей. Особенностью инверторных устройств является зависимость размера трансформаторного блока от частоты преобразования тока. При более высокой частоте сигнала требуется меньше кабеля, снижаются тепловые потери. В инверторных станциях, благодаря сглаживающим фильтрам, уровень пульсации производимого тока имеет меньшую амплитуду.

Электрическая цепь, которая приводит в работу станцию катодной защиты, выглядит так: анодное заземление – грунт – изоляция объекта защиты.

При установке станции защиты от коррозии учитываются следующие параметры:

Установки дренажной защиты для газопровода

При дренажном способе электрохимзащиты источник тока не требуется, газопровод с помощью блуждающих в земле токов сообщается с тяговыми рельсами железнодорожного транспорта. Осуществляется электрическая взаимосвязь благодаря разности потенциалов железнодорожных рельсов и газопровода.

Посредством дренажного тока создается смещение электрического поля находящегося в земле газопровода. Защитную роль в данной конструкции играют плавкие предохранители, а также автоматические выключатели максимальной нагрузки с возвратом, которые настраивают работу дренажной цепи после спада высокого напряжения.

Система поляризованных электродренажей осуществляется с помощью соединений вентильных блоков. Регулирование напряжения при такой установке осуществляется переключением активных резисторов. Если метод дал сбой, применяют более мощные электродренажи в виде электрохимзащиты, где анодным заземлителем служит железнодорожная рельса.

Установки гальванической электрохимзащиты

Использование протекторных установок гальванической защиты трубопровода оправданно, если вблизи объекта отсутствует источник напряжения – ЛЭП, или участок газопровода недостаточно внушителен по размерам.

Гальваническое оборудование служит для защиты от коррозии:

Гальваническая защита сработает наилучшим образом в почвах с удельным электрическим сопротивлением, находящимся в пределах 50 Ом.

Установки с протяженными или распределенными анодами

При использовании трансформаторной станции защиты от коррозии ток распределяется по синусоиде. Это неблагоприятным образом сказывается на защитном электрическом поле. Происходит либо избыточное напряжение в месте защиты, которое влечет за собой высокий расход электроэнергии, либо неконтролируемая утечка тока, что делает электрохимзащиту газопровода неэффективной.

Практика использования протяженных или распределенных анодов помогает обойти проблему неравномерного распределения электричества. Включение распределенных анодов в схему электрохимзащиты газопровода способствует увеличению зоны защиты от коррозии и сглаживанию линии напряжения. Аноды при такой схеме размещаются в земле, на протяжении всего газопровода.

Регулировочное сопротивление или специальное оборудование обеспечивает изменение тока в необходимых пределах, изменяется напряжение анодного заземления, при помощи этого регулируется защитный потенциал объекта.

Если используется сразу несколько заземлителей, напряжение защитного объекта можно изменять, меняя количество активных анодов.

ЭХЗ трубопровода посредством протекторов основана на разности потенциалов протектора и газопровода, находящегося в земле. Почва в данном случае представляет собой электролит; металл восстанавливается, а тело протектора разрушается.

Видео: Защита от блуждающих токов

Источник