Влияние потенциалов металлов на их коррозионную стойкость

Для всех металлических сооружений такими местами являются зоны стекания блуждающих токов в окружающую среду. При достаточно больших потенциалах  блуждающих токов последние подавляют  ток катодной цепи микропар, возникающих в процессе почвенной коррозии, распространяя разрушение на все микро участки сооружения в анодной зоне блуждающих токов.

Рабочий ток электрифицированных  дорог, работающих на постоянном токе, имеет временную зависимость. Колеблющиеся при этом блуждающие токи искажают результаты измерений потенциалов, так как они являются причиной падения напряжения в грунте. Периодичность  этих колебаний составляет от нескольких секунд (начало движения и торможение на железной дороге) до 24 часов (расписание движения). По этой причине при измерении  потенциала труба/земля целесообразно  регистрировать значения в периоде  от 0,5 до 24 часов самопишущими измерительными приборами. Для этого используются обычные самописцы. Однако сегодня  на рынке представлены измерительные  приборы на базе микрокомпьютера, которые  наряду с записью результатов  измерений допускают и их обработку, такую как определение среднего значения и выявление минимальных  и максимальных значений.

Недостаточно определять значение потенциалов труба/земля  исключительно в период отсутствия блуждающего тока, так как их величина в этом случае часто значительно  отличается от значений при наличии  блуждающего тока. Эти отклонения обосновываются тем, что во время  эксплуатации на протяжении всего периода  для тока имеются преимущественные направления.

Различия в солнечной  активности воздействуют на магнитное  поле Земли. Результатом этого является индукция электрического поля в грунте. Сила поля составляет несколько мВ/км. То есть, она в течение долгого  времени была нерелевантна для катодной защиты. С улучшением качества покрытий она, однако, приобрела значение.

Так, например, на трубопроводе длиной около 100 км с удельным сопротивлением покрытия r_u=200 kWm² вблизи от концов трубопровода проявляются колебания значений потенциалов до 3 В (0 В >U_Cu/CuSO4 > -3 В). Эти колебания происходят с нерегулярным интервалом и имеют различную продолжительность, что делает невозможным получение достоверных значений потенциалов труба/земля во время появления колебаний. В отличие от блуждающих токов от электрифицированных железных дорог на постоянном токе, здесь нет направления ориентированной структуры для тока на входе и выходе. Поэтому в результате геомагнитных колебаний не может возникнуть коррозионная опасность.

Методы защиты магистральных трубопроводов от подземной коррозии   

 Защита подземных трубопроводов  от коррозии осуществляется как  изоляционным покрытием (пассивная  защита), так и средствами электрохимической  защиты (активная защита).

Изоляционные  покрытия трубопроводов    

  Изоляционные покрытия, применяемые на подземных магистральных трубопроводах, должны удовлетворять следующим требованиям:

-         высокие диэлектрические свойства;

-         хорошая адгезия;

-         высокая механическая прочность и эластичность;

-         высокая биостойкасть;

-         термостойкость;

-         простота конструкции покрытий;

-         недефицитность материалов;

-         долговечность   

 Противокоррозионную  защиту подземных трубопроводов  осуществляют покрытиями на основе:

-         полимерных материалов наносимых в заводских или базовых условиях;

-         термоусаживающихся материалов наносимых в базовых или трассовых условиях

В период эксплуатации под  воздействием различных факторов изоляционное покрытие, а также при опуске и засыпке их грунтом возможны сквозные дефекты  в покрытиях. В период эксплуатации под воздействием различных факторов изоляционное покрытие стареет, ранее образовавшиеся дефекты расширяются и возникают новые. Скорость коррозии при этом в местах дефектов может достигать значительной величины.

При наличии в изоляционном покрытии сквозных дефектов диаметром  более 1 мм защищенность сооружения не будет равна 100%. Так как на стальных подземных магистральных трубопроводах  изоляционные покрытия всегда имеют  сквозные дефекты, возникшие в периоды  строительства и эксплуатации, наряду с изоляционными покрытиями при  защите трубопроводов от коррозии применяются  средства электрохимзащиты. 

 

Катодная защита  трубопроводов 

 

 

     Электрохимическая защита от  коррозии подземного трубопровода  заключается в катодной поляризации  трубопровода, при степени поляризации  МН равной – 0,85 mВ, скорость коррозии составляет 0,01 мм в год, что позволяет безаварийно эксплуатировать МН в течении всего срока службы МН. Создание разности потенциалов между трубопроводом и окружающим его грунтом осуществляется с помощью внешнего источника тока (УКЗ) при подключении отрицательного полюса к трубопроводу, а положительного полюса к заземлению (анод), расположенного в стороне от трубопровода (рис.1).                                                                      

 Ток в цепи установки  катодной защиты двояким образом  влияет на разность потенциалов  «труба–земля»: создает положительный  потенциал грунта, окружающего трубопровод,  и отрицательный потенциал трубопровода.    

 Разность потенциалов  «труба-земля», вызываемая катодной  установкой, распределяется вдоль  трубопровода неравномерно. Максимальная  величина этой разности находится  около точки дренажа, лежащей  обычно напротив анода. По мере  удаления от точки дренажа  в обе стороны вдоль трубопровода  величина наложенной разности  потенциалов «труба-земля» уменьшается.

Протекторная  защита

Электрохимическая  защита трубопровода осуществляется также с помощью гальванических анодов (протекторов), имеющих электрохимический потенциал более отрицательный, чем  электрохимический потенциал трубопровода.

Протекторы должны изготавливаться  из сплавов на основе магния, алюминия или 
цинка, обладающих стабильным во время эксплуатации электродным потенциалом более отрицательным, чем потенциал защищаемого трубопровода.

Электродный потенциал протектора не должен облагораживаться во время  эксплуатации более чем на:

100 мВ — для сплавов  на основе магния;

50 мВ —для сплавов на основе алюминия;

30 мВ — для сплавов  на основе цинка.

При отключении от трубопровода протектор не должен самопассивироваться и при подключении должен восстанавливать прежнюю силу защитного тока.           

 Сосредоточенные протекторы  следует применять в грунтах  с удельным электрическим 
сопротивлением не более 50 Ом м.

Допускается использовать искусственное  снижение удельного электрического сопротивления грунта в местах установки  протекторов при исключении вредного воздействия на окружающую среду  и технико-экономическом обоснований.

Протяженные протекторы следует  использовать в грунтах с удельным электрическим сопротивлением не более 500 Ом-м.

Групповые протекторные установки, единичные и протяженные протекторы должны быть подключены к защищаемому  трубопроводу через контрольно-измерительные  пункты.

Дренажная защита

Система дренажной  зашиты включает установки дренажной защиты, состоящие не менее чем из одного электрического дренажа, соединительных проводов (кабелей), контрольно-измерительных пунктов, а также, при необходимости, электрических перемычек, регулирующих резисторов и поляризованных блоков.

Катодную поляризацию  трубопроводов с непрерывным  обеспечением требуемых защитных потенциалов в зонах действия блуждающих токов источников постоянного тока следует осуществлять с помощью поляризованных электрических дренажей, в том числе автоматических поляризованных дренажей с управлением сопротивлением цепи защиты по дренированному току, а также автоматическими катодными станциями с поддержанием защитного потенциала и, по возможности, усиленными электрическими дренажами.

Допускается применение автоматических протекторных установок при технико-экономическом обосновании по НД.        Среднечасовой ток всех установок системы дренажной защиты, находящихся в зоне 
действия одной тяговой подстанции электрифицированной железной дороги, не должен превышать 
20 % общей среднечасовой токовой нагрузки этой подстанции.

Комплексная защита    

 Для защиты трубопроводов  от коррозии применяются в  основном комплексная защита, когда  наряду с защитой изоляционными  покрытиями применяют электрохимическую  защиту (установки катодной и  протекторной защиты).    

 Электрохимическая защита  трубопроводов от коррозии весьма  эффективна, если она правильно  осуществляется. Необходимо правильно  выбрать средства электрохимической  защиты и разместить их, для  чего необходимо произвести специальные  расчеты и технико-экономические  сравнения  отдельных вариантов.

Защита изоляционными  покрытиями

В процессе строительства на трубопроводы наносят изоляционные покрытия, как правило, на битумной или полимерной основе. Покрытия должны быть технологичными и обладать изначально высокими защит-

ными свойствами (переходными сопротивлениями). В связи с этим к покрытиям трубопроводов предъявля-

ются жесткие требования. Защитные покрытия должны иметь большое сопротивление изоляции, хорошую

адгезию (прилипаемость) к металлу трубы, обладать небольшим водопоглощением, противостоять проник-

новению хлоридов, сульфатов и других ионов, ускоряющих коррозию стали, обладать высокой механиче-

ской прочностью, биологической и химической стойкостью, не менять защитных свойств при отрицатель-

ных температурах в зимнее время и высоких температурах в летний период. Материалы и компоненты, вхо-

дящие в состав покрытия, должны быть недефицитными, а само покрытие недорогим и долговечным.

Изоляционные покрытия применяемые для защиты подземных трубопроводов от коррозии должны отве-

чать следующим требованиям:

1) иметь 100 % сплошность, т.е. не иметь отверстий и трещин обладать равномерностью изолирующего

слоя по всей поверхности;

2) иметь хорошую адгезию с трубой, чтобы исключать перемещение почвенного электролита по поверх-

ности трубы при местном нарушении целостности защитного покрытия;

3) обладать высокими диэлектрическими свойствами, т.е. иметь достаточно высокое электрическое со-

противление, обеспечивающее снижение до минимума или полное исключение действия блуждающих то-

ков;

4) обладать высокой механической прочностью и эластичностью, сохраняющимися при хранении, транс-

портировке, в процессе эксплуатации; не подвергаться продавливанию при воздействии грунта, быть устой-

чивым к истиранию;

5) не вступать в химическое взаимодействие с металлом трубы и почвенным электролитом;

6) обладать влаго-кислородонепроницаемостью;

7) не разрушаться и не терять защитных свойств при воздействии длительной катодной поляризации;

8) состоять из материалов, устойчивых к термическому старению и способных обеспечить защиту тру-

бопроводов от коррозии в течение всего срока эксплуатации трубопроводов.

Материалы, применяемые для защитных покрытий трубопроводов, должны быть по возможности неде-

фицитными, технологичными и недорогими__