Коррозия

Создание искусственной  атмосферы

Этот метод применяют достаточно редко, в основном для трубопроводов  большой протяженности. Это связано  с большими транспортными затратами, трудностью его реализации (необходимо большое количество работников, техники, достаточно много времени).

Протяженные подземные сооружения могут проходит через разные виды почв, что интенсифицирует  коррозионный процесс. Суть метода заключается в том, чтоб создать однородный грунт по всей протяженности конструкции (засыпая, например, весь трубопровод песчаным грунтом) либо уменьшить агрессивность почвы на определенных участках. Для этого кислые грунты могут известковать.

Электрохимическая защита металла от почвенной коррозии

Электрохимическая защита заключается в  принудительном создании катодной либо анодной поляризации. При совместном применении электрохимический защиты и защитных покрытий, затраты на первую весьма невелики.

В практике защиты металлов от почвенной  коррозии очень часто применяется катодная защита. Металлоконструкции сообщают определенный отрицательный электрический потенциал, который затрудняет термодинамику окисления металла. Это существенно снижает (сводит к минимуму) скорость почвенной коррозии. Осуществить катодную поляризацию можно используя специальные установки: протекторные, катодные.

Протекторная защита заключается  в подсоединении к изделию  электродов из металла, который в  данной среде более электроотрицателен. Для защиты стали от подземной  коррозии протекторами могут служить алюминий, его сплавы, цинк, магний.

Катодная защита – создание катодной поляризации при помощи внешнего источника тока (генераторы постоянного  тока, батареи, выпрямители). По всей протяженности  трубопровода ставят специальные станции  катодной защиты.

Специальные методы укладки

Очень часто при прокладке трубопровода, а также  других сооружений для защиты их от воздействия грунтовых вод, самого грунта используют специальные способы укладки.  Трубопровод или кабель может быть помещен в специальный коллектор (при этом кабель укладывают на неметаллическую подкладку), защитный кожух (часто из железобетонных плит или металла).

Вышеописанные методы применимы только для защиты изделий от влияния  грунта и подземных вод.

Защита кабелей от почвенной коррозии. Чтобы предохранить кабель от почвенной коррозии, трассу кабелей следует выбирать так, чтобы она не проходила в грунтах с большим содержанием извести, в болотистых и топких местах. Необходимо обходить места скопления кислот и участки с насыпными грунтами, содержащими каменноугольные смолы и шлаки, места свалок мусора и промышленных отходов, а также района стока загрязненных промышленных вод. В тех случаях, когда не представляется возможным избежать прокладки кабеля в таких грунтах, для защиты металлических оболочек кабелей применяют кабели с пластмассовыми изолирующими покрытиями оболочки. Хорошую защиту от почвенной коррозии дает прокладка кабелей на участках с агрессивными грунтами в асбестоцементных трубах. 
 
Для защиты кабелей от почвенной коррозии используют также электрические методы защиты (катодные установки, протекторы). 
 
Защита кабелей от коррозии блуждающими токами. Одним из основных мероприятий по защите кабелей от коррозии блуждающими токами на дорогах, электрифицированных на постоянном токе, является ограничение токов утечки из рельсовых нитей в землю. Для этого повышают электрическую проводимость рельсовых нитей и переходное сопротивление между рельсами и землей. Повышение электрической проводимости рельсовых нитей достигается установкой в месте стыков отдельных звеньев рельсов приварных рельсовых соединителей, которые делают из скрученных в жгут медных проволок общей площадью поперечного сечения не менее 70 мм2. При этом сопротивление стыка не должно превышать сопротивления сплошного рельса длиной 3 м. 
 
Увеличение переходного сопротивления между рельсами и землей достигают применением шпал, пропитанных креозотом или другими масляными антисептиками, не проводящими тока, щебеночного или гравийного балласта и отводом воды с поверхности пути. 
 
Сопротивление изоляции рельсовых нитей, уложенных на железобетонных шпалах, должно быть не ниже, чем при деревянных шпалах. Для этого между подошвой рельса и железобетонной шпалой устанавливают резиновые прокладки, а болты, крепящие рельс к шпале, изолируют от шпалы изоляционными втулками и шайбами. На станциях и перегонах между подошвой рельса и балластом должен быть зазор не менее 30 мм. 
 
Правилами техники безопасности предусмотрено электрическое соединение металлических и железобетонных опор контактной сети с ходовыми рельсами. Если сопротивление заземления этих опор меньше 20 Ом, то для уменьшения утечки токов из рельсов в землю опоры на перегонах и станциях присоединяют к рельсам не непосредственно, а через искровые промежутки (искровые разрядники). Кроме того, рельсовые нити изолируют от ферм мостов и железобетонной арматуры. 
 
Другим мероприятием по защите кабелей от коррозии блуждающими токами является повышение переходного сопротивления между кабелем и окружающим его грунтом, а также между кабелем и рельсами электрической железной дороги или трамвая. Для этого кабели стараются по возможности прокладывать вдали от рельсов. В местах пересечения кабелей с рельсами устраивают кабельную канализацию из асбестоцементных труб. Наряду с применением дополнительных изолирующих покрытий аналогично защите от почвенной коррозии осуществляют прокладку кабелей в деревянных или железобетонных желобах. 
 
При прокладке кабелей по металлическим или железобетонным мостам эти кабели тщательно изолируют, не допуская электрического соединения металлических оболочек кабеля или стальных труб, в которых он проложен, с металлическими деталями мостов. 
 
Повышение переходного сопротивления между кабелем и рельсами достигается выполнением рекомендаций по прокладке и монтажу кабелей: об изоляции кабеля от корпусов релейных шкафов, изоляции от муфты светофорного стакана и металлического основания светофорной мачты и т. п. 
 

 

 

2.6. СПОСОБЫ  ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ БЛУЖДАЮЩИМИ  ТОКАМИ

 

К электрическим методам защиты кабелей от коррозии блуждающими токами относятся электрический дренаж, катодная защита, анодные электроды и электрическое секционирование. 
 
Электрический дренаж представляет собой устройство для отвода блуждающих токов со свинцовой оболочки и брони кабеля, проложенного в земле, в электрическую систему, которая создает эти токи. Электрический дренаж присоединяют к кабелю в точке, где потенциал кабеля выше потенциала той части сети, куда отводятся блуждающие токи, т. е. в анодной зоне. Если такое состояние потенциалов остается постоянным, то применяют так называемый простой электрический дренаж (рис. 132, а), который представляет собой провод, изолированный от земли и соединяющий оболочку и броню защищаемого кабеля с тяговым рельсом или другой частью обратной сети. Так как при наличии дренажа ток из оболочки и брони кабеля отводится через дренажный провод, то электролиз (коррозия) в месте выхода тока из оболочки кабеля отсутствует. Резистор R включают в цепь дренажа для ограничения тока в этой цепи. Для этого же служит и плавкий предохранитель FU. При перегорании предохранителя реле Р, включенное параллельно предохранителю, замыкает контакты и по сигнальной цепи передается сигнал о выключении дренажной установки. Подключив к зажимам 1-2 амперметр и выключив рубильник, можно измерить ток, отводимый через дренаж. 
 
Данная схема электрического дренажа очень проста и обладает существенным недостатком, так как применима только в устойчивых анодных зонах. Если в месте подключения дренажа, имеющего двустороннюю проводимость, потенциал рельсов изменится и станет выше потенциала оболочки кабеля, то в дренаже появится обратный ток, т. е. ток из рельсов в оболочку кабеля. Обратный ток, протекающий по оболочке кабеля, будет уходить с оболочки кабеля в землю в другом месте, т.е. образовывать анодную зону там. где дренажа может не оказаться, и, следовательно, в этом месте будет наблюдаться коррозия оболочки кабеля. 
 
Поляризованный дренаж получил более широкое распространение для защиты кабелей от коррозии. Он обладает односторонней проводимостью. Известен целый ряд конструкций поляризованных дренажных установок с применением в схеме поляризованных реле и вентилей.

 

 

Рис. Схемы электрического (а) и  вентильного  (б) дренажей

 
В качестве примера рассмотрим наиболее простую схему поляризованного  дренажа с селеновым выпрямителем или германиевым диодом (рис. 132, б), называемого вентильным дренажем. Из оболочки кабеля ток может свободно идти к рельсам, а в том случае, когда потенциал рельсов станет выше потенциала оболочки кабеля, тока в цепи дренажа практически не будет, так как включенный в цепь вентиль V представляет для токов обратного напряжения большое сопротивление. 
 
Катодную защиту предусматривают в местах с явно выраженными анодными зонами на кабельных оболочках. Принцип действия этой защиты заключается в том, что на участках, где наблюдается выход блуждающих токов из оболочки кабеля, к последней подключают отрицательный полюс какого-либо источника постоянного тока. Обычно постоянный ток получают от выпрямителя (селенового или собранного на германиевых диодах), получающего питание от сети переменного тока.

 

Рис. Схема катодной установки.   Рис. Анодный электрод, установленный  в грунте

 
Схема катодной установки (рис.) состоит  из выпрямителя В, получающего питание от сети переменного тока напряжением 120/220 В через трансформатор Т. Отрицательный полюс выпрямителя на стороне выпрямленного напряжения подключают в анодной зоне к металлической оболочке и броне кабеля, а положительный полюс — к специальному заземлителю (аноду), имеющему сопротивление растекания порядка 1—5 Ом и устанавливаемому на расстоянии не менее 50 м от защищаемого кабеля. Ток от положительного полюса выпрямителя В течет по изолированному от земли проводу к заземлителю и далее, растекаясь по земле, входит в оболочку кабеля и возвращается по другому проводу к отрицательному полюсу выпрямителя. Регулируя ток, получаемый от выпрямителя, при подключении к различным выводам трансформатора, можно добиться того, что потенциал оболочки кабеля к земле станет отрицательным, и положительные потенциалы, создаваемые блуждающими токами, будут скомпенсированы. Иными словами, анодная зона на кабеле превратится в катодную 
 
В зависимости от типа катодных установок их изготавливают с селеновыми и кремниевыми выпрямителями с выпрямленным током от 3 до 100 А и выпрямленным напряжением от 3 до 60 В. 
 
Если положительный полюс катодной установки присоединяют непосредственно к рельсам, то такое устройство называют усиленным электрическим дренажом. Такой дренаж аналогично обычному поляризованному дренажу отводит блуждающий ток в рельсы, усиливает эффект защиты оболочки и брони кабеля с помощью компенсации на них положительного потенциала 
 
При погружении металла в электролит возникает разность потенциалов между металлом и электролитом, которую называют электрохимическим потенциалом данного металла. Разные металлы обладают различными положительными и отрицательными электрохимическими потенциалами; например, свинец около —0,2 В, алюминий —0,53 В, сталь 0,55 В, магний —2,3 В, литий —3,0 В и т. п. На этом свойстве металлов основан метод защиты кабеля от электрической и почвенной коррозии при помощи анодных электродов (протекторов). Этот метод несколько сходен с катодной защитой, но менее совершенен. Он заключается в том, что на расстоянии от 2 до 6 м от защищаемого участка кабеля в землю закапывают металлический электрод, имеющий более низкий потенциал, чем потенциал защищаемой оболочки, и соединяют его изолированным проводом с оболочкой кабеля. Здесь образуется гальванический элемент, в котором анодом является электрод, катодом - защищаемый кабель, а электролитом — окружающая почва. Ток, протекая от анода к катоду, компенсирует положительные потенциалы в оболочке кабеля, создаваемые блуждающими токами, и защищает оболочку от коррозии.

 

Рис. Контрольный пункт  для измерения потенциала оболочки по отношению к земле и тока в оболочке.

 
Электрод (рис.) представляет собой  цилиндр 1 из сплава магния, алюминия и цинка или из сплава магния и алюминия. В центр цилиндра заплавляют контактный стержень 2 из стали диаметром 6 8 мм, к которому присоединяют провод 4, идущий к защищаемому кабелю. Между электродом и грунтом помещают заполнитель (деполяризатор) 3 из смеси глины, гипса и сернокислого магния или из других подобных смесей. Основное назначение заполнителя — это деполяризация электрода для обеспечения его длительной работы. Зона действия протектора невелика (не более нескольких десятков метров), и поэтому их устанавливают вдоль трассы защищаемого кабеля на расстоянии 50—100 м друг от друга. Использование протекторной защиты дает положительные результаты только в тех случаях, когда положительный потенциал металлических покровов кабеля не превышает 0,3—0,4 В. 
 
Электрическое секционирование металлических покровов кабеля также защищает кабель от коррозии. Оно заключается в том, что через определенные промежутки на кабеле устанавливают изолирующие муфты и таким образом нарушают электрическое соединение брони и металлической оболочки соседних участков кабеля. На отдельные изолированные друг от друга участки кабеля поступает меньше блуждающих токов и вследствие этого снижается их коррозионное воздействие. Однако следует иметь в виду, что изолирующие муфты снижают коэффициент защитного действия металлических покровов кабеля от магнитного индуктивного влияния тяговых переменных токов и токов линий электропередачи. 
 
Обычно изолирующие муфты предусматривают в местах выхода кабелей за пределы подземных сооружений метрополитена, на переходах трассы через реки и другие водные преграды, а также в местах пересечения с рельсами электрифицированного транспорта. 
 
Металлическое соединение оболочки и брони кабелей снижает коррозию кабелей блуждающими токами. Его применяют в местах установки оконечных, промежуточных и тройниковых муфт, а также боксов. При прокладке нескольких кабелей в одной траншее или в общей канализации правилами по защите от коррозии блуждающими токами рекомендуется выполнять металлическое соединение свинцовых оболочек и брони всех прокладываемых кабелей между собой металлическими лентами или проводами. Такие соединения обычно осуществляют во всех кабельных колодцах, в местах ответвления одного или нескольких кабелей в другую траншею, в местах присоединения кабелей от катодных и дренажных установок, у места установки контрольных измерительных пунктов, в стыках строительных длин кабелей и т. п. 
 
 
Защита кабелей от коррозии любыми из перечисленных выше методов дает эффект лишь в том случае, если во время эксплуатации кабеля проводят систематические наблюдения за распределением потенциалов в металлических оболочках и за работой дренажных, катодных и других установок. 
 
Контрольно-измерительные пункты. Для наблюдения за распределением потенциалов в кабельной оболочке устраивают контрольно-измерительные пункты. Если кабели проложены вдоль железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, и ширина сближения не превышает 100 м, то контрольные пункты на кабелях со свинцовой оболочкой и броней с изолирующим покрытием из кабельной пряжи оборудуют через 250 - 500 м. На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока и на неэлектрифицированных участках в зависимости от агрессивности грунта контрольные пункты оборудуют на этих кабелях через 600 2200 м. На кабелях, имеющих поверх металлической оболочки защитный пластмассовый шланг, контрольные пункты оборудуют реже. 
 
Контрольно-измерительные пункты представляют собой железобетонные столбики с внутренней продольной стальной трубой для вывода проводов от металлических покровов подземного кабеля. В верхней части столбика размещен щиток с двумя зажимами для подключения проводов. Обычно изолированные проводники припаивают к оболочке и броне кабеля в двух точках, отстоящих друг от друга на расстоянии 1000 мм. 
 
На рис. 135, а показан способ измерения потенциала на оболочке и броне кабеля с помощью вспомогательного заземлителя. Иногда заземлитель зарывают рядом с кабелем постоянно и тогда на контрольно-измерительный пункт выводят третий провод от заземления. Для измерения потенциалов используют вольтметры с внутренним сопротивлением не менее 20 кОм на 1 В шкалы и с пределами измерений 1—0—1, Ю—0—10, 20—0—20 и 50—0—50 В. 
 
Наличие вывода двух проводов от оболочки кабеля позволяет, пользуясь методом падения напряжения и зная сопротивление металлических покровов кабеля длиной 1 м, измерять не только потенциал оболочки по отношению к земле, но и блуждающий ток, протекающий по оболочке, используя для этого милливольтметр (рис. 135, б). 
 
Потенциальные диаграммы. Для оценки коррозионного воздействия блуждающих токов на металлические покровы кабеля строят потенциальные диаграммы (рис. 136). Для этого в каждом контрольно-измерительном пункте измеряют потенциал оболочки кабеля по отношению к земле. 
В зонах наличия блуждающих токов электрических железных дорог измерения обычно проводят в течение 10—15 мин через каждые 10 с. При этом необходимо, чтобы за период измерений мимо контрольного пункта прошло не менее чем по два поезда в разных направлениях. После окончания измерений вычисляют среднее значение положительных и отрицательных потенциалов для каждого измерительного пункта и по этим значениям строят потенциальную диаграмму.

 

Рис. Потенциальная диаграмма. 
На диаграмме цифрами отмечены номера контрольно-измерительных пунктов, расположенных на трассе кабеля. Вверх по оси ординат отложены положительные потенциалы, измеренные на оболочке кабеля, а вниз — отрицательные. Как видно из диаграммы, участок оболочки кабеля между пунктами 1—2 имеет отрицательный потенциал (катодная зона), участок между пунктами 6—8 — положительный (анодная зона), а остальные участки — знакопеременный потенциал. 
 
Такая потенциальная диаграмма позволяет судить об опасности коррозии и наметить меры защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6. СПОСОБЫ  ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ БЛУЖДАЮЩИМИ  ТОКАМИ

Одним из основных мероприятий по защите кабелей от коррозии блуждающими токами на электрических железных дорогах постоянного тока является ограничение величины токов утечки из рельсовых нитей в землю. Для этого повышают электропроводимость рельсовых нитей и переходное сопротивление между рельсами и землей. Повышение электропроводимости рельсовых нитей достигается установкой в месте стыков отдельных звеньев рельсов приварных рельсовых соединителей, которые делают из скрученных в жгут медных проволок общим сечением не менее 70 мм². При этом со-противление стыка не должно превышать сопротивления 3 м сплошного рельса. Увеличение переходного сопротивления между рельсами и зем-лей достигается применением шпал, пропитанных креозотом или другими не проводящими тока масляными антисептиками, при-менением щебеночного или гравийного балласта и отводом воды с поверхности пути.

Сопротивление изоляции рельсовых  нитей, уложенных на железобетонных шпалах, должно быть не ниже, чем при применении деревянных шпал. Для этой цели между подошвой рельса и железобетонной шпалой устанавливают резиновые прокладки, а болты, крепящие рельс к шпале, изолируют от тела шпалы изоляционными втулками и шайбами. На станциях и перегонах между подошвой рельса и балластом должен быть зазор не менее 30 мм. Правилами техники безопасности предусмотрено электрическое соединение металлических и железобетонных опор контактной сети с ходовыми рельсами. Если сопротивление заземления этих опор меньше 20 Ом, то для уменьшения утечки токов из рельсов в землю опоры на перегонах и станциях присоединяют к рельсам не непосредственно, а через искровые промежутки (искровые разрядники). Кроме того, рельсовые нити изолируют от ферм мостов и железобетонной арматуры.

Другим мероприятием по защите кабелей  от коррозии блуждающими токами является повышение переходного сопротивления между кабелем и окружающим его грунтом, а также между кабелем и рельсами электрической железной дороги или трамвая. Для этого кабели стараются по возможности прокладывать вдали от рельсов. В местах пересечения кабелей с рельсами устраивают кабельную канализацию из асбестоцементных труб. Наряду с применением дополнительных изолирующих покрытий аналогично защите от почвенной коррозии осуществляют прокладку кабелей в деревянных или железобетонных желобах.