Защита трубопроводов от электрохимической коррозии

     
ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ

Защищая внутреннюю поверхность металлического трубопровода в период его восстановления (санации), внешняя поверхность трубы остается подверженной электрохимической коррозии. Данное обстоятельство вызывает необходимость решения вопросов восстановления и защиты трубопроводов комплексно, т.е. с учетом всех возможных обстоятельств и ожидаемых последствий.

Различают следующие виды коррозии внешней поверхности подземных металлических трубопроводов:

почвенная коррозия - наблюдается в коррозионно-активных почвах и грунтах;

биокоррозия - возникает под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов;

коррозия блуждающими токами - возникает при наличии и воздействии на трубопровод блуждающих токов.

Основным способом противокоррозионной защиты комплекса подземных инженерных коммуникаций города является изоляция трубопроводов в сочетании с защитой от электрохимической коррозии.

В соответствии с требованиями нормативных документов электрохимической защите подлежат все магистральные трубопроводы, а также городские подземные сооружения, расположенные в зоне опасного воздействия блуждающих токов и повышенной коррозионной активности грунтов.

В арсенале методов электрохимической защиты трубопроводов ведущее место занимает защита трубопроводов от коррозии блуждающими токами.

Основными источниками блуждающих токов в городских условиях являются токи электрифицированного рельсового транспорта, работающего на постоянном токе (трамвай, метрополитен, электрифицированные железные дороги). Несовершенная изоляция рельсов от земляного дорожного полотна вызывает утечку тока в землю. Часть блуждающего тока протекает по подземным трубопроводам, удельное сопротивление которых значительно ниже удельного сопротивления окружающего их грунта. Так как рельсы не полностью изолированы от земли, то часть тягового тока стекает с них в землю. Величина стекающего тока обратно пропорциональна переходному сопротивлению между рельсами и грунтом и прямо пропорциональна продольному сопротивлению рельсов.

При неблагоприятных условиях, способствующих утечке тока в землю, величина блуждающего тока может достигать 70-80% от общей величины тягового тока. Блуждающие токи, протекая в земле и встречая на своем пути подземные металлические сооружения, ответвляются в них, так как сопротивление последних значительно меньше сопротивления грунта. В местах входа блуждающих токов в трубопровод и выхода из него в грунт протекают электрохимические реакции. Участок, где блуждающие токи входят в подземный трубопровод, является катодным, а участок, где они выходят в грунт, - анодным. В анодных зонах подземных сооружений происходит интенсивное разрушение металла, характерным признаком которого является язвенный характер повреждений: сначала появляются каверны, а впоследствии сквозные отверстия (свищи).

Критерием коррозионной опасности трубопроводов, вызываемой блуждающими токами, является наличие положительной или знакопеременной разности потенциалов между трубопроводом и грунтом (анодные или знакопеременные зоны).

Защита подземных стальных трубопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, регламентирована нормативными документами. Согласно последним должна осуществляться наружная изоляция трубопровода и ограничение проникновения блуждающих токов в трубопроводы из окружающей среды путем катодной поляризации металла трубопровода.

На сегодняшний день в отечественной и зарубежной практике электрохимической защиты трубопроводов применяются три вида активной защиты подземных металлических сооружений от коррозии: протекторы, электродренажи (поляризованные или усиленные) и станции катодной защиты.

Протекторы используются для защиты небольших подземных металлических емкостей или участков трубопроводов, а дренажи - при пересечении или сближении трубопроводов с электрифицированными рельсами железной дороги или трамвая при условии преобладания отрицательных потенциалов на последних.

Наиболее эффективным методом электрохимической защиты трубопроводов систем водоснабжения является их защита путем устройства станций катодной защиты (СКЗ).

Катодная поляризация подземных трубопроводов с помощью СКЗ осуществляется постоянным током от внешнего источника. Основными компонентами являются выпрямители (катодные станции) и анодные заземлители, служащие для соединения положительного полюса катодной станции с землей. К защищаемому участку трубопровода подключают отрицательный полюс источника тока, а к анодному заземлению - положительный. К одной станции катодной защиты может быть подключено несколько защищаемых сооружений. При необходимости защитная установка может иметь несколько анодных заземлений. В качестве источников постоянного тока на СКЗ коммунальных систем водоснабжения городов РФ применяются серийно выпускаемые отечественной промышленностью преобразователи с неавтоматическим и автоматическим управлением режимом работы.

Анализ практики эксплуатации СКЗ показывает, что наиболее эффективны станции, оборудованные устройством для стабилизации заданной разности потенциалов между защищаемым сооружением и землей. В настоящее время в качестве выпрямителей используются отечественные преобразователи типа "ПСК" и "ОПС" Гайского завода "Преобразователь", "ПТА" Рязанского завода и "В-ОПЕ" Ставропольского завода "Сигнал", которые соответствуют уровню мировых стандартов и характеризуются высоким КПД и надежностью в эксплуатации.

За рубежом в настоящее время производятся и эксплуатируются высокочастотные катодные станции, характерными особенностями которых являются высокий КПД и небольшая масса. Необходимо отметить, что благодаря высокому качеству изоляции и материала трубопроводов в странах Западной Европы не выпускаются катодные станции большой мощности (3 кВт и более), которые характерны для защиты от коррозии отечественных трубопроводов больших диаметров.

При строительстве СКЗ около 70% затрат приходится на анодное заземление, которое является одним из важнейших элементов станций. От правильного его выбора и расположения относительно защищаемого сооружения зависят эффективность и надежность катодной защиты.

Конструкция заземления должна обеспечивать как необходимое сопротивление растеканию тока и его стабильность, так и долговечность заземления. Расчетный срок службы анодных заземлителей должен составлять не менее 10 лет. Основными материалами для изготовления электродов анодного заземления в нашей стране являются стальной лом, стальные трубы, уголки, магнетит, чугун с высоким содержанием кремния и хрома, графит и некоторые другие материалы.

Для крупных городов, имеющих разветвленную сеть подземных коммуникаций, применяются глубинные заземления, занимающие в плане минимальную площадь и обеспечивающие наиболее благоприятное расположение тока на защищаемых сооружениях. Наиболее распространенными анодными заземлениями на сегодняшний день в РФ являются глубинные заземлители из стальных труб диаметром 273 мм с центральным электродом из угловой стали 100x100x16 в коксовой обсыпке. Такие заземлители эффективны в работе только при тщательном техническом контроле за монтажом заземлителя со стороны эксплуатационной организации.

Анодные заземлители могут также изготавливаться из чугунных труб марки ЧВ диаметром 150 мм. Однако они недостаточно надежны в эксплуатации и преждевременно разрушаются в местах с высоким уровнем грунтовых вод и низким удельным сопротивлением грунта.

В целях повышения эффективности электрохимической защиты трубопроводов целесообразно применение распределенных заземлений, каждое из которых приближено к участку непосредственной коррозионной опасности на трубопроводе.

С 1990 г. в России успешно применяется новый вид электродов анодного заземления - электроды из электропроводной резины типа ЭР-1, ЭР-2, ЭР-5, которые выпускаются предприятием "Антикор-Анод" г.Пенза. По данным испытаний, выполненных в АКХ им. К.Д.Памфилова, протяженные гибкие аноды типа ЭР-2 позволяют реализовать принципиально новую технологию катодной защиты за счет создания электрического поля тока защиты, которое замыкается практически полностью только между анодом и защищаемым сооружением. Такая технология исключает опасность вредного влияния анодов на соседние объекты, предотвращает утечку блуждающих токов с СКЗ и повышает их КПД за счет более равномерного распределения тока вдоль защищаемых сооружений.

Экономически целесообразно использовать протяженные гибкие аноды типа "Анодофлекс", которые прокладываются в одной траншее с защищаемым трубопроводом одновременно с его строительством. Основным элементом данного изделия является центральный медный провод, покрытый токопроводящим полимером. Уникальная конструкция позволяет защитному току воздействовать вдоль анодного кабеля на длине до 4 км. При этом пропускается необходимое его количество через токопроводящий полимер к защищаемым металлическим сооружениям. Данная конструкция помогает избежать трудоемкой операции по ручной засыпке кокса и упрощает прокладку в полевых условиях.