Перспективы создания станций катодной защиты магистральных трубопроводов на основе применения двигателей Стирлинга

Трубопроводные магистрали сегодня являются наиболее распространенным средством для осуществления доставки носителей энергии. К сожалению, у них есть существенный недостаток – они подвержены образованию ржавчины. Чтобы избежать появления коррозии на магистральных трубопроводах, выполняют катодную защиту. В чем же заключается ее принцип действия?

В наши дни существует много способов защиты водопроводов от коррозии. Суть их проста: металл, из которого изготовлены трубы, вступает в реакцию с определенными растворами и веществами. Результатом процесса становится образование небольшой защитной пенки.

Специалистами выделяются следующие методы защиты трубопроводов от коррозии:

Электрохимическая защита

Достаточно результативный способ защиты металлоконструкций от электрохимической коррозии. Иногда воссоздать лакокрасочную оболочку или защитное оберточное покрытие просто невозможно. Вот в таких случаях и уместно применение электрохимической защиты.

Восстановление покрытия трубопровода, расположенного под землей, или днища морского судна – процесс достаточно трудоемкий и дорогой, а в некоторых случаях и невозможный. Благодаря электрохимической защите изделие будет надежно защищено от коррозии: покрытия подземных трубопроводов, днищ судов, всевозможных резервуаров не будут разрушаться.

Используется метод в ситуациях, когда потенциал свободной коррозии пребывает в области усиленного распада основного металла или перепассивации. То есть, когда металлоконструкция интенсивно разрушается.
При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными. А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод.
Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла (в положительную или в отрицательную).

Катодная защита

Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.

Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение.

Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие — выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.

Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной.

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.

Станции катодной защиты от коррозии

Главная функция катодной станции заключается в стабильном обеспечении током целевого металлического объекта в соответствии с методом катодной поляризации. Используют такое оборудование в инфраструктуре подземных газо- и нефтепроводов, в трубах водоснабжения, тепловых сетях и т.д.

Существует множество разновидностей таких источников, при этом наиболее распространенное устройство катодной защиты предусматривает наличие в составе:

оборудования преобразователя тока;
провода для подводки к защищаемому объекту;
анодного заземлителя.

При этом существует разделение станций на инверторные и трансформаторные. Имеют место и другие классификации, но они ориентированы на сегментацию установок или по сферам применения, или же по техническим характеристикам и параметрам входных данных. Базовые принципы работы наиболее ярко иллюстрируют обозначенные два типа катодных станций.

Протекторная защита

Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый.

Эффект от протекторной защиты будет заметен только в том случае, если переходное сопротивление между протектором и окружающей средой незначительно.
У каждого протектора есть свой радиус защитного действия – предельно возможное расстояние, на которое можно удалить протектор без утраты защитного эффекта. Протекторную защиту применяют, когда ток к объекту подвести трудно, дорого или просто невозможно.
С помощью протекторов защищают объекты, находящиеся в нейтральных средах (море, реке, воздухе, почве и т.д.).
Материалом для изготовления протекторов служит магний, цинк, железо, алюминий. Металлы в чистом виде не смогут стать эффективной защитой для конструкций, поэтому, изготавливая протекторы, их дополнительно легируют.

Для изготовления железных протекторов используют углеродистые стали или чистое железо.

Защитный функционал

Особое внимание при разработке катодных станций уделяется защите самого оборудования. Для этого интегрируются системы, позволяющие предохранять станции от короткого замыкания и обрыва нагрузок. В первом случае используются специальные предохранители, позволяющие обрабатывать аварийные режимы работы установок.

Что касается скачков и обрывов напряжения, то станция катодной защиты вряд ли серьезно пострадает от них, но зато может возникнуть опасность поражения током. Например, если в обычном режиме оборудование эксплуатируется небольшим напряжением, то после обрыва скачок в показателях может довести до 120 В.

Анодная защита

Используется для титановых конструкций, объектов из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Метод применяют в хорошо электропроводной коррозионной среде.

При анодной защите происходит сдвиг потенциала защищаемого металла в более положительную сторону. Смещение будет длиться до тех пор, пока не достигнется инертное устойчивое состояние системы. К преимуществам анодной электрохимической защиты можно отнести не только существенное торможение скорости коррозии, но и то, что продукты коррозии не оказываются в производимом продукте и среде.

Существует несколько способов реализации анодной защиты: можно сдвинуть потенциал в положительную сторону с помощью источника внешнего электротока или ввести в коррозионную среду окислители, которые способны повысить эффективность катодного процесса на металлической поверхности.
Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму имеет много общего с анодной поляризацией.
При использовании пассивирующих ингибиторов с окисляющими характеристиками (бихроматов, нитратов и т.д.), защищаемая металлическая поверхность под воздействием возникшего тока становится пассивной. Однако эти вещества способны сильно загрязнять технологическую среду.
Если ввести в сплав добавки, реакция восстановления деполяризаторов, которая происходит на катоде, пройдет не с таким большим перенапряжением, как на защищаемом металле.
При прохождении электротока через защищаемую конструкцию потенциал сдвигается в положительную сторону.
В состав установки для анодной электрохимической защиты входит источник внешнего электротока, электрод сравнения, катод и защищаемая конструкция.

Читайте так же:

Электропечь для отопления дома

Для эффективности метода в той или иной среде используют легкопассивируемые металлы и сплавы. Кроме этого требуется высокое качество выполнения соединительных элементов и постоянное нахождение электрода сравнения и катода в растворе.

Подход к проектированию схемы расположения катодов должен быть индивидуальным для каждого случая.

Электрохимическую анодную защиту нержавеющих сталей используют для хранилищ серной кислоты, аммиачных растворов, минеральных удобрений, различных сборников, цистерн, мерников.

Анодную защиту используют, чтобы предотвратить коррозию ванн химического никелирования и теплообменных установок в изготовлении искусственного волокна и серной кислоты.

Электродренажная защита

Это способ защиты трубопроводов от разрушения с помощью блуждающих токов. Метод предусматривает их дренаж (отвод) с защищаемой конструкции на источник блуждающих токов или специальное заземление.

Дренаж бывает прямым, поляризованным и усиленным. Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство, имеющее двустороннюю проводимость. При величине тока, превышающей допустимую величину, выйдет из строя плавкий предохранитель. Электрический ток пойдет по обмотке реле, оно включится, после чего произойдет включение звука или света.
Прямой электрический дренаж используют для тех трубопроводов, чей потенциал всегда выше потенциала рельсовой сети, служащей для отвода блуждающих токов. Иначе отвод станет каналом для натекания блуждающих токов на трубопровод.
Поляризованный электрический дренаж является дренажным устройством, имеющим одностороннюю проходимость. Отличие поляризованного дренажа от прямого заключается в присутствии у первого элемента односторонней проводимости ВЭ. В случае поляризованного дренажа ток течет только в одном направлении — от трубопровода к рельсу. Это не позволяет блуждающим токам натекать на трубопровод по дренажному проводу.
Усиленный дренаж используется тогда, когда требуется не только отвести блуждающие токи с трубопровода, но и создать на нем определенную величину защитного потенциала. Усиленный дренаж – это обычная катодная станция. Ее отрицательный полюс подсоединяют к защищаемой конструкции, а положительный — к рельсам электрифицированного транспорта, а не к анодному заземлению.
Как только трубопровод введут в эксплуатацию, регулируют работу системы его защиты от коррозии. Если возникает необходимость, осуществляют подключение станций катодной и дренажной защиты и протекторных установок.

Использование какой-либо из технологий защиты промысловых, стальных и прочих видов трубопроводов от коррозии – обязательная составляющая их эксплуатации. Все методы антикоррозийной защиты требуется реализовывать в строгом соответствии с ГОСТом.

Конструкции катодных станций

Такое оборудование представлено на рынке в разных корпусах, формах и габаритах. Конечно, распространена и практика индивидуального проектирования таких систем, что позволяет не только получить оптимальную для конкретных нужд конструкцию, но и обеспечить необходимые эксплуатационные параметры.

Строгий расчет характеристик станции позволяет в дальнейшем оптимизировать затраты на ее установку, транспортировку и хранение. К примеру, для небольших объектов вполне подойдет катодная защита от коррозии трубопроводов на инверторной основе массой в 10-15 кг и мощностью 1,2 кВт. Оборудование с такими характеристиками можно обслужить и легковым автомобилем, однако для масштабных проектов могут применяться и более массивные и тяжелые станции, требующие подключения грузовой техники, подъемного крана и бригад монтажников.

Катодная поляризация и структура электроосажденных металлов

Электрохимическая защита — относится к активным способам защиты от наружной коррозии, которые предусматривают создание такого электрического тока, в котором весь металл трубопровода, несмотря на неоднородность его включений, становится катодом, а анодом является дополнительно размещенный в грунте металл. Существуют два вида активной защиты трубопроводов от наружной коррозии — протекторная и катодная.

Протекторная защита трубопроводов

Борьба с коррозией металла – актуальна в нефтегазодобывающей промышленности (из-за коррозионного разрушения днищ резервуаров для отстоя нефти и промысловых трубопроводов) и других областях производственной деятельности, с высокой вероятностью техногенных катастроф. Протекторная защита трубопровода от коррозии основана на прекращении коррозии металлов под воздействием постоянного электрического тока. Протекторная защита применяется одновременно с защитными лакокрасочными покрытиями. Это сочетание позволяет увеличить срок их службы и обеспечивает равномерное распределение тока по поверхности конструкций, что компенсирует дефекты покрытия, которые возникают в процессе эксплуатации.

Катодная защита трубопроводов

Катодная защита — способ защиты сооружений принудительной катодной поляризацией с помощью внешнего источника постоянного тока. Отрицательный полюс внешнего источника тока подключают к защищаемому сооружению, которое исполняет роль катода. Для образования замкнутой по току цепи положительный полюс источника соединяется со вспомогательным электродом — анодом, который находится в той же среде (грунт, вода), что и защищаемый объект. Таким образом, катодная защита заключается в том, что защищаемый объект отрицательно поляризуется и его потенциал сдвигается до величины, при которой значительно или полностью подавляется процесс коррозии металла. Катодная защита является вспомогательным видом защиты, поэтому катодная защита используется совместно с изоляционными покрытиями, нанесенными на наружную поверхность защищаемого сооружения. В ином случае катодная поляризация неизолированного трубопровода до величины минимального защитного потенциала требовала бы значительных защитных токов.

Электрохимическая защита трубопроводов

ООО «ГКНТ» осуществляет комплексный подход при выполнении работ по электрохимической защите трубопроводов:

Осуществление контроля за коррозионным состоянием подземных металлических конструкций и сооружений
Монтаж и эксплуатация установок для электрохимической защиты
Проведение строительно-монтажных работ по организации электрохимической защиты
Осуществление пуско-наладочных работ электрохимзащиты
Обследование систем электрохимической защиты и выдача технического заключения
Проведение электроизмерительных работ в собственной лицензированной лаборатории
Поставка оборудования, приборов и материалов для выполнения работ по обслуживанию установок электрохимзащиты

Монтаж стоек контрольно-измерительных пунктов

Контрольно-измерительные пункты предназначены для указания расположения подземных трасс трубопроводов и осуществления контроля их электрохимической защиты. Они размещаются на промышленных площадках газораспределительных станций, на линейных частях подземных трубопроводов, на объектах добычи нефти и газа, в подземных хранилищах нефти и нефтепродуктов, в подземных хранилищах газа, и других промышленных объектах с подземными металлическими сооружениями. Контрольно-измерительный пункт состоит из стойки и закрепленного на стойке терминала. Стойка по желанию заказчика изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ), металла или стеклопластика. Материалы применяемые при монтаже стоек контрольно-измерительных пунктов специально предназначены для их эксплуатации во всех климатических зонах на открытом воздухе. Стойка оснащается анкерным устройством, которое препятствует свободному изъятию из грунта контрольно-измерительного пункта.В комплект дополнительно включается километровый знак, который позволяет визуально контролировать местоположение трассы трубопровода с воздуха.

Читайте так же:

Приспособа для бензопилы для продольного распила бревен

Монтаж систем измерения и регулирования катодного потенциала

ООО «ГКНТ» осуществляет монтаж систем измерения и регулирования катодного потенциала для защиты подземных сооружений. Все магистральные трубопроводы, подземные скважины и хранилища, снабжаются устройствами для катодной защиты от коррозии. Электрохимическая защита трубопроводов осуществляется,как правило, со станций катодной защиты, протекторные аноды применяют только при отсутствии источника тока. Системы катодной защиты должны осуществлять регулирование катодного потенциала путем присоединения к защищаемой поверхности отрицательного полюса источника постоянного тока,в то время как положительный полюс присоединяется к специально установленным анодам.

Монтаж глубинных анодных заземлителей, создание анодных полей

Глубинные заземлители предназначены для эксплуатации в местах ограниченного землеотвода под анодное поле, а также для установки в местах с низкой электропроводностью поверхностного слоя грунта и в геологически сложных районах залегания. Глубинные анодные заземлители предназначены для защиты наземных и подземных резервуаров нефтепродуктов, магистральных нефтегазопроводов, подземных стальных конструкций, скважин, заземления линий электропередач и прочих металлических конструкций, которые контактируют с грунтом и водой. Анодные заземлители изготавливаются на основе железосилидовых сплавов они стойкие к анодному растворению при работе в агрессивных щелочных или кислотных почвах, в пресных и солоноватых водах и предназначены для эксплуатации в любых грунтах.

Монтаж станций катодной защиты трубопроводов

ООО «ГКНТ» осуществляет монтаж станций катодной защиты, которые очень важны при эксплуатации стационарных нефтегазопромысловых сооружений, нефтегазопроводов, трубопроводов на континентальном шельфе. Катодная защита подземных сооружений широко распространена. Большинство магистральных трубопроводов, подземных хранилищ и скважин, снабжаются устройствами для катодной защиты в сочетании с защитными лакокрасочными покрытиями.

Электрохимическая защита трубопроводов на переходах через водные преграды, авто и железные дороги

Электрохимическая защита от коррозии- это комплекс мероприятий по снижению электрического потенциала труб и грунта. Создание электрохимической защиты трубопроводов регламентируется требованиями СНиПа 2.05.06-85. На переходах трубопроводов под железными и автомобильными дорогами участки трубопроводов, которые примыкают к ним, должны иметь кожухи и усиленный тип защитных покрытий. Электрохимическая защита кожухов на переходах через водные преграды и под авто- и железными дорогами должна быть сделана одновременно с защитой самого магистрального трубопровода. При сдаче в эксплуатацию магистрального трубопровода и в процессе его эксплуатации следует регулярно проводить контроль электрического контакта между трубопроводом и кожухом и при его обнаружении необходимо устранить.

Катодная поляризация при электроосаждении металлов

Методика эксперимента. Простейшая электролитическая ячейка, которая может быть использована для снятия поляризационных кривых, представлена на рис. 2.5 [7].

Рис. 2.5. Ячейка для снятия поляризационных кривых: 1 — рабочий электрод; 2 – электрод сравнения; 3 — вспомогательный электрод; 4 — электролитический ключ.

В ячейку заливали 80 — 120 мл рабочего раствора. Во фторопластовой крышке закрепляли исследуемый (металлический) и вспомогательный (графитовый) электроды, а также электролитический ключ. Кончик электролитического ключа должен быть направлен к поверхности электрода и находиться на расстоянии 0,5-1,0 мм от нее, чтобы свести к минимуму вклад омического падения напряжения в растворе в величину измеряемого напряжения Еизм между рабочим электродом и электродом сравнения. С помощью резиновой груши электролитический ключ заполняли рабочим раствором, а в его верхнюю часть помещают электрод сравнения.

Вспомогательный электрод закрепляли на уровне исследуемого электрода напротив его рабочей поверхности. Перед опытом поверхность рабочего электрода тщательно зачищали наждачной бумагой, обезжиривали спиртом или ацетоном и промывали дистиллированной водой. Площадь поверхности электродов определяли до проведения эксперимента.

Рабочий электрод выдерживали в растворе 5-10 мин, измеряли и записывали его равновесный или стационарный потенциал. После этого включали питание гальваностата и тумблером «Поляризация » определяли направление поляризации – «катодная». С помощью ручек «Ток грубо» и «Ток точно» устанавливали начальное минимальное значение тока. Фиксировали его на миллиамперметре и записывают в таблицу. После достижения стационарного состояния, обычно 1-2 минуты, измеряли потенциал рабочего электрода относительно электрода сравнения (Еизм) и также заносили его в таблицу.

Исходными экспериментальными данными служат величина поляризующего тока I (используемого для расчета плотности тока i по формуле: i = I/S, где S — поверхность электрода) и потенциал рабочего электрода Eизм. Зная потенциал электрода сравнения, рассчитывали потенциал рабочего электрода относительно стандартного водородного электрода Е = Eизм + Eсравн. По экспериментальным данным строили катодные гальваностатические кривые в координатах Е – i и E – lgi.

Результаты и обсуждение. На рис. 2.6 представлена катодная кривая на меди в растворе 0,1 М CuSO4.

Рис. 2.6. Катодная гальваностатическая кривая меди в 0,1 М CuSO4

В области потенциалов 1 протекает процесс восстановления кислорода: О2 + 4Н+ +4е- → 2Н2О. При сдвиге потенциала в отрицательную область (примерно 190 мВ) начинается другой процесс – восстановление меди Cu2+ +2e- → Cu0↓. Наблюдается резкое повышение плотности тока, что свидетельствует о значительном увеличении скорости катодного процесса. При потенциале -800 мВ скорость восстановления возрастает дополнительно, видимо, из-за протекания катодного выделения водорода 2Н+ +2е- →Н2

СТРАНИЦЫ 17 И 18 НЕ ДОСТУПНЫ ДЛЯ ПРОСМОТРА

ВЫВОДЫ

1. Удельная и молярная электропроводность рабочих растворов изменяется в пределах от 18 до 6 Ом-1см-1 и от 214 до 68 Ом-1см2моль-1 соответственно. При этом добавление кислоты к раствору сульфата мели повышает электропроводность, а при добавлении спирта к этому раствору электропроводность падает.

2. Кислотность рабочих растворов изменяется от 1,3 до 5,3, при этом самое низкое значение соответствует рабочему раствору 0,05 М CuSO4 + 0,05 M H2SO4 + 1г/л C3H7OH, а самое высокое – 0,1 М ZnSO4. Добавление кислоты к раствору сульфата меди значительно понижает рН раствора.

3. При электролизе исследуемых водных растворов солей металлов происходит три параллельных катодных процесса: восстановление кислорода, восстановление металла, восстановление водорода. В растворах сульфата меди кислород восстанавливается в интервале потенциалов от 70 мВ до 300 мВ. Добавление серной кислоты не изменяет режим восстановления кислорода, а добавление изопропилового спирта значительно затрудняет катодное выделение меди.

Разница между анодной и катодной поляризацией

В ключевое отличие между анодной и катодной поляризацией заключается в том, что анодная поляризация относится к изменению потенциала электрода в положительном направлении, тогда как катодная поляризац

Содержание:

В ключевое отличие между анодной и катодной поляризацией заключается в том, что анодная поляризация относится к изменению потенциала электрода в положительном направлении, тогда как катодная поляризация относится к изменению потенциала электрода в отрицательном направлении.

Читайте так же:

Ленточная шлифмашина makita 9910k

Анодная и катодная поляризация — это два электрохимических метода, которые важны для снижения скорости коррозии металлической поверхности. Анодная поляризация противоположна катодной поляризации.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое анодная поляризация
3. Что такое катодная поляризация?
4. Параллельное сравнение — анодная и катодная поляризация в табличной форме
5. Резюме

Что такое анодная поляризация?

Анодная поляризация — это электрохимический процесс изменения потенциала электрода в положительном направлении. Это можно сделать с помощью тока, протекающего через границу раздела электрод-электролит, аналогично поляризации электрода, которая связана с электрохимическим окислением или анодной реакцией. Это означает, что изменение начального потенциала анода приводит к протеканию тока, который воздействует на область вблизи поверхности анода.

Обычно термин поляризация — это изменение потенциала из стабилизированного состояния в результате прохождения тока. Кроме того, мы можем определить это как изменение потенциала электрода во время электролиза, аналогично процессу, когда потенциал анода становится выше, чем соответствующий обратный потенциал.

Основное применение анодной поляризации — измерение и защита поверхностей от коррозии. Мы также можем использовать его для определения потенциальных областей, в которых материалы подвержены быстрой коррозии. Мы можем легко поляризовать анодные поверхности, сформировав тонкий непроницаемый оксидный слой. Однако этому образованию пленки часто необходимо способствовать добавлением ингибиторов анодной коррозии, таких как хромат и нитрит.

Что такое катодная поляризация?

Катодная поляризация — это электрохимический процесс изменения потенциала электрода в отрицательном направлении. Этот метод контроля коррозии может включать изменение потенциала анода или катода, а иногда и того и другого. Следовательно, этот метод сводит к минимуму потери металла и может снизить движущую силу реакции коррозии. Защита от коррозии с помощью этого метода может быть получена при уменьшении разности потенциалов до минимального значения.

Примечательно, что катодная реакция происходит, когда на катоде есть определенный потенциал. Здесь пузырьки газообразного водорода от катода, что указывает на реакцию восстановления.

В чем разница между анодной и катодной поляризацией?

Анодная поляризация противоположна катодной поляризации. Ключевое различие между анодной и катодной поляризацией заключается в том, что под анодной поляризацией понимается изменение потенциала электрода в положительном направлении, тогда как под катодной поляризацией понимается изменение потенциала электрода в отрицательном направлении.

Более того, анодная поляризация — это реакция окисления, тогда как катодная поляризация — это реакция восстановления. Анодная поляризация используется для измерения и защиты поверхностей от коррозии, в то время как катодная поляризация используется для защиты от поверхностной коррозии, когда разность потенциалов снижается до минимального значения.

Следующая инфографика резюмирует разницу между анодной и катодной поляризацией в табличной форме.

Резюме — Анодная и катодная поляризация

Эффективные методы защиты газопровода от коррозии

Защита газопроводов от коррозии проводится несколькими способами. Это связано с разной природой происхождения самой деформации, которая зависит от типа расположения магистрали и окружающих условий. Под коррозией металло-проводов подразумевают самопроизвольную деформацию указанных элементов из-за химических либо электрохимических процессов. Основные виды деформаций – жидкостная, атмосферная, подземная.

Причины

Вам будет интересно: Плакирование — это. Особенности и преимущества технологии

Ниже приведены краткие определения повреждений, которые нивелируются защитой газопроводов от коррозии:

Общая информация

Вам будет интересно: Пассивация — это. Процесс пассивации металлов означает создание на поверхности тонких пленок с целью защиты от коррозии

К главным видам защиты газопроводов от коррозии относится три типа: протекторный, катодный и дренажный способы. Для того чтобы максимально обезопасить обслуживаемые объекты, применяют комплексные меры, включающие в себя катодную, протекторную, дренажную защиту. Катодные станции возводят с несколькими отсеками дренирования и разбросанными анодами во избежание экранирующего воздействия коммуникаций подземного расположения.

Катодная защита газопроводов от коррозии

Вам будет интересно: Как устроена подводная лодка: описание, характеристики и принцип работы

Данный метод состоит в том, чтобы соединить позитивный полюс генератора постоянного тока с проводником анода-заземлителя. Из него токи попадают в почву, поступая через поврежденные участки изоляции в трубопровод. По трубе они направляются к месту подсоединения проводника, далее – к отрицательному рубежу источника.

Если имеется достаточный уровень напряжения, вся рабочая часть газопровода становится отрицательно-катодной. Это дает возможность предупредить образование активной коррозии. При этом анодным участком становится заземление (бросовый металл). В результате труба по отношению к грунту потенцируется отрицательно.

Противодействие протекторным способом

Протекторная защита газопровода от коррозии предусматривает создание блокирующего потенциала при помощи подсоединения к трубам металлических протекторов с более отрицательным показателем, чем параметр самого трубопровода. При использовании указанного метода не предусматривается внешний источник тока, требуемые характеристики создаются посредством гальванического анодного элемента. Под воздействием протектора на газопровод действует катодная поляризация, что способствует прекращению коррозийных процессов.

Рабочим материалом может выступать цинк, алюминий, магний в виде специальных сплавов (МЛ, ЦО, Ц1 и тому подобных). Указанный вид защиты максимально прост, не нуждается в дополнительном обслуживании. Данный способ в комбинации с другими методами актуально применять для защиты отдельных отсеков, не пересекаемых смежными участками катодной безопасности. Протекторная защита газопровода от коррозии уместна для специальных кожухов на переходах через ж/д пути и автодороги, на объектах с развитыми подземными сооружениями.

Протекторы монтируются сплотками по несколько элементов, подключаются непосредственно к трубе либо выходу-катоду. Между собой они соединяются при помощи специального кабеля, провода из стали или меди. Для увеличения эффективности защиты протекторы располагаются в заполнителе, что снижает переходное сопротивление. В качестве состава выступает сернокислый магний либо натрий с глиной. Расстояние монтажа протекторов от трубопровода составляет порядка 3-6 метров.

Вам будет интересно: Что тяжелее: трамвай или танк? Что тяжелее: трамвай или танк Т-34?

Дренирование

Очень часто трамвайные и железнодорожные рельсы на электрифицированных путях не имеют должной проводимости, что обуславливает попадание части электротока в грунт. Именно от этого необходимо защищать трубопроводы, идущие вблизи железных дорог. На точке вхождения блуждающих токов в трубу образуется катодный потенциал, а на выходе – анодная зона. Именно в последних местах происходит активное поражение металла.

Дренажная защита стальных газопроводов от коррозии является эффективным способом борьбы с токами блуждающего типа. Это очень важно, поскольку под воздействием указанного эффекта трубы деформируются насквозь за очень короткий период. Указанный вид защиты предполагает отвод токов от трубопровода к первичному источнику при помощи проводника. При этом уменьшается потенциал труб по отношению к земле, что способствует устранению знакопеременных и анодных участков с одновременной приостановкой утечек токов в почву.

Читайте так же:

Что значит центробежный насос

Особенности дренажа

Размещение электродренажных линий зависит от расположения объекта потенциальной угрозы. Защита магистрального газопровода от коррозии возводится на минусовую шину тяговой подстанции либо на железнодорожные рельсы. В первом случае подключение может быть прямого или поляризованного действия.

Прямое дренирование уместно, если потенциал трубопровода выше аналогичного параметра системы отвода блуждающих токов. При обустройстве электродренажа на рельсах, подключение должно быть исключительно поляризованным. Он отличается от прямого варианта тем, что в схеме предусмотрены специальные установки, позволяющие предотвратить возврат электротоков на трубы. Линия дренажа бывает в кабельном или атмосферном исполнении, на ней монтируются контрольно-измерительные приборы.

Коррозия подземных трубопроводов

Указанный тип повреждения труб относится к одному из основных факторов их разрушения по причине образования трещин и разрывов. Коррозия в результате реакции металла с окружающей средой вызывает изменения в его структуре, что приводит к соответствующим деформациям. Предупредить подобные неисправности позволяет электрохимическая защита газопровода от коррозии, поскольку большинство реакций вызваны аналогичным способом. То есть на разных участках трубы образуются катодные и анодные зоны.

Под воздействием электродвижущего потока гальванической пары, электроны по металлическим элементам попадают в катодный отсек, перетекая в грунт и создавая реакцию с окисляющим электролитом, провоцируя образование кислородных и водородных ионов. Электролитический баланс нарушается, на анодном участке положительные частицы железа уходят в почву, что вызывает гальваническое поражение по причине потери массы металла.

Защита подземных газопроводов от коррозии

В этом направлении существует два способа защиты: активная и пассивная. Во втором случае предполагается создание герметичного барьера между металлом трубы и окружающей его почвой. Для этого используют различные покрытия типа полимерных лент, битума, смол.

Все изоляционные покрытия пассивной защиты газопроводов от коррозии должны соответствовать определенным стандартам и требованиям. Среди них:

устойчивость к химическому воздействию;
высокое электрическое сопротивление;
приемлемый показатель адгезии к металлической поверхности;
обладание высокой механической прочностью;
неподверженность климатическим факторам;
сохранение своих свойств при воздействии высоких и низких температур;
отсутствие механических и заводских дефектов;
в составе не должно быть компонентов, оказывающих коррозийное действие на металл;
сопротивление атаке различного рода бактерий.

Эффективность

Как показывает практика, достичь оптимального сплошного слоя посредством нанесения изоляционного покрытия практически невозможно. Различные виды материалов обладают неодинаковой диффузной проницаемостью, что обуславливает разное качество обработки трубопроводов от окружающей среды. Кроме того, в процессе строительства и укладки на покрытии образуются вмятины, трещины и прочие дефекты. Сквозные повреждения пассивной защиты – наиболее опасны, так как в этих местах активно идет процесс грунтовой коррозии.

Поскольку указанный метод малоэффективен для полной безопасности труб, дополнительно используется активная защита газопровода от коррозии. Она основана на управлении электрохимическими процессами, имеющими место на рубеже трубного металла и грунтового электролита. Подобный подход называется комплексной защитой. В активной фазе предусмотрена катодная поляризация, способствующая уменьшению скорости растворения металла по мере подвижки потенциала коррозии к отрицательному показателю, в большую сторону от естественного параметра.

Принцип катодной поляризации

Катодная защита подземных трубопроводов осуществляется при помощи жертвенных анодов либо через поляризацию от источника постоянного тока. В первом случае расчет берется на то, что разные металлы в электролите обладают различными потенциалами. Следовательно, при создании гальванической пары из двух материалов и погружения их в электролит металл, потенциал которого обладает большим отрицательным показателем, будет анодом. Вследствие этого противоположный материал подвергается меньшему разрушению.

В практическом плане жертвенные гальванические элементы состоят из магниевых, алюминиевых или цинковых протекторов. Подобная защита эффективна в грунтах с низкой омностью (до 50 Ом·м).

Внешние источники

Катодная защита газопроводов от коррозийных процессов при помощи внешних источников – более сложная. Несмотря на трудоемкость организации процесса, подобная система не зависит от удельного почвенного сопротивления и обладает безграничным энергетическим ресурсом. Роль источников постоянного тока играют преобразователи различной конфигурации и конструкции, которые питаются от переменной электрической сети.

Преобразующие элементы дают возможность корректировать ток защитного направления в широких диапазонах. При этом гарантируется охрана газопровода, независимо от окружающих условий. Основные источники питания:

воздушные ЛЭП 0,4/6,0/10,0 кВт;
дизельные генераторы;
термические, газовые и прочие аналоги.

Защитные токовые потоки, воздействующие на трубы, создают разность потенциалов от металла к грунту и распределяются неравномерно по длине газопровода.

Электрохимическая защита

Электрохимическая защита – эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии. В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Покрытие подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают катодными. А вследствии воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

В зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла, электрохимическую защиту подразделяют на анодную и катодную.

Катодная защита от коррозии

Катодная электрохимическая защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации. Это один из основных видов защиты металлов от коррозии. Суть катодной защиты состоит в приложении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, приближая значение потенциала к анодным. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду. При этом коррозия защищаемой конструкции почти сводится к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо периодически менять.

Существует несколько вариантов катодной защиты: поляризация от внешнего источника электрического тока; уменьшение скорости протекания катодного процесса (например, деаэрация электролита); контакт с металлом, у которого потенциал свободной коррозии в данной среде более электроотрицательный (так называемая, протекторная защита).

Читайте так же:

Литье фигур из гипса

Поляризация от внешнего источника электрического тока используется очень часто для защиты сооружений, находящихся в почве, воде (днища судов и т.д.). Кроме того данный вид коррозионной защиты применяется для цинка, олова, алюминия и его сплавов, титана, меди и ее сплавов, свинца, а также высокохромистых, углеродистых, легированных (как низко так и высоколегированных) сталей.

Внешним источником тока служат станции катодной защиты, которые состоят из выпрямителя (преобразователь), токоподвода к защищаемому сооружению, анодных заземлителей, электрода сравнения и анодного кабеля.

Катодная защита применяется как самостоятельный, так и дополнительный вид коррозионной защиты.

Главным критерием, по которому можно судить о эффективности катодной защиты, является защитный потенциал. Защитным называется потенциал, при котором скорость коррозии металла в определенных условиях окружающей среды принимает самое низкое (на сколько это возможно) значение.

В использовании катодной защиты есть свои недостатки. Одним из них является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении потенциала защищаемого объекта в отрицательную сторону. При этом выделяется. В результате – разрушение защитных покрытий, водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.

Протекторная защита (применение протектора)

Разновидностью катодной защиты является протекторная. При использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор корродирует и его необходимо заменять на новый.

Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление.

Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта. Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток.

Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.).

Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их дополнительно легируют.

Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа.

Цинковые протекторы

Цинковые протекторы содержат около 0,001 – 0,005 % свинца, меди и железа, 0,1 – 0,5 % алюминия и 0,025 – 0,15 % кадмия. Цинковые проекторы применяют для защиты изделий от морской коррозии (в соленой воде). Если цинковый протектор эксплуатировать в слабосоленой, пресной воде либо почвах – он достаточно быстро покрывается толстым слоем оксидов и гидроксидов.

Протектор магниевый

Сплавы для изготовления магниевых протекторов легируют 2 – 5 % цинка и 5 – 7 % алюминия. Количество в сплаве меди, свинца, железа, кремния, никеля не должно превышать десятых и сотых долей процента.

Протектор магниевый используют в слабосоленых, пресных водах, почвах. Протектор применяется с средах, где цинковые и алюминиевые протекторы малоэффективны. Важным аспектом является то, что протекторы из магния должны эксплуатироваться в среде с рН 9,5 – 10,5. Это объясняется высокой скоростью растворения магния и образованием на его поверхности труднорастворимых соединений.

Магниевый протектор опасен, т.к. является причиной водородного охрупчивания и коррозионного растрескивания конструкций.

Алюминиевые протекторы

Алюминиевые протекторы содержат добавки, которые предотвращают образование окислов алюминия. В такие протекторы вводят до 8 % цинка, до 5 % магния и десятые-сотые доли кремния, кадмия, индия, таллия. Алюминиевые протекторы эксплуатируются в прибрежном шельфе и проточной морской воде.

Анодная защита от коррозии

Анодную электрохимическую защиту применяют для конструкций, изготовленных из титана, низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Анодная защита применяется в хорошо электропроводных коррозионных средах.

При анодной защите потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до достижения пассивного устойчивого состояния системы. Достоинствами анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Анодную защиту можно реализовать несколькими способами: сместив потенциал в положительную сторону при помощи источника внешнего электрического тока или введением в коррозионную среду окислителей (или элементов в сплав), которые повышают эффективность катодного процесса на поверхности металла.

Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму схожа с анодной поляризацией.

Если использовать пассивирующие ингибиторы с окисляющими свойствами, то защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под действием возникшего тока. К ним относятся бихроматы, нитраты и др. Но они достаточно сильно загрязняют окружающую технологическую среду.

При введении в сплав добавок (в основном легирование благородным металлом) реакция восстановления деполяризаторов, протекающая на катоде, проходит с меньшим перенапряжением, чем на защищаемом металле.

Если через защищаемую конструкцию пропустить электрический ток, происходит смещение потенциала в положительную сторону.

Установка для анодной электрохимической защиты от коррозии состоит из источника внешнего тока, электрода сравнения, катода и самого защищаемого объекта.

Для того, чтоб узнать, возможно ли для определенного объекта применить анодную электрохимическую защиту, снимают анодные поляризационные кривые, при помощи которых можно определить потенциал коррозии исследуемой конструкции в определенной коррозионной среде, область устойчивой пассивности и плотность тока в этой области.

Для изготовления катодов используются металлы малорастворимые, такие, как высоколегированные нержавеющие стали, тантал, никель, свинец, платина.

Чтобы анодная электрохимическая защита в определенной среде была эффективна, необходимо использовать легкопассивируемые металлы и сплавы, электрод сравнения и катод должны все время находится в растворе, качественно выполнены соединительные элементы.

Для каждого случая анодной защиты схема расположения катодов проектируется индивидуально.

Для того, чтоб анодная защита была эффективной для определенного объекта, необходимо, чтоб он отвечал некоторым требованием:

— все сварные швы должны быть выполнены качественно;

— в технологической среде материал, из которого изготовлен защищаемый объект, должен переходить в пассивное состояние;

— количество воздушных карманов и щелей должно быть минимальным;

— на конструкции не должно присутствовать заклепочных соединений;

— в защищаемом устройстве электрод сравнения и катод должны всегда находиться в растворе.

Для реализации анодной защиты в химической промышленности часто используют теплообменники и установки, имеющие цилиндрическую форму.

Электрохимическая анодная защита нержавеющих сталей применима для производственных хранилищ серной кислоты, растворов на основе аммиака, минеральных удобрений, а также всевозможных сборников, цистерн, мерников.

Анодная защита может также применяться для предотвращения коррозионного разрушения ванн химического никелирования, теплообменных установок в производстве искусственного волокна и серной кислоты.

голоса

Рейтинг статьи