Защита труб от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

коррозия трубопровод защита протекторный

Одно из самых опасных разрушающих явлений для стального трубопровода является - коррозия, в некоторых зонах она может достигать 2-4 мм/год. В связи с этим строительство магистрального трубопровода обязательным образом включает в себя мероприятия по защите сооружения от коррозии, а именно - его изоляции. Изоляция трубопровода бывает пассивная (нанесение изоляционного покрытия на заводе или на трассе) и активная (электрохимическая защита). Причем пассивная изоляция действует с начала эксплуатации трубопровода, а активная включается через некоторое время в зависимости от агрессивности почвы.

В данной разделе подробно рассмотрен один из способов электрохимической защиты трубопровода от почвенной коррозии, - протекторная защита.

Под коррозией металлических трубопроводов понимается самопроизвольное разрушение их под действием различных факторов химического или электрохимического характера, определяемых окружающей трубопровод средой.

Химическая коррозия - самопроизвольное окисление металла под воздействием окружающей среды токонепроводящей среды. При этом продукты коррозии образуются непосредственно на участке поверхности металла, подвергающегося разрушению.

Электрохимическая коррозия - коррозия металлов в электолитах, сопровождающаяся образованием электрического тока. При этом взаимодействие металла с окружающей средой разделяется на анодный и катодный процессы, протекающие на различных участках поверхности раздела металла и электролита.

Почвенная коррозия относится к электрохимической коррозии, однако ей присущи особенности:

1) связь влаги с окружающей средой:

- физико-механическая связь (свободная вода в порах грунта);

- физико-химическая связь (влага адсорбированная на поверхности грунта или металла);

- химическая (гидратированная) влага, входящая в химическое соединение Fe•nH2;

2) неоднородность структуры и состава грунта, как в микро-, так и в макро-масштабах;

3) почти полное отсутствие перемешивания твердой фазы грунта (замедление процесса коррозии во времени);

4) неодинаковый доступ кислорода воздуха к поверхности металла.

Основные причины возникновения коррозионных элементов на трубопроводе

Условия возникновения коррозии являются:

- наличие разнородности грунтовых участков, имеющих различные потенциалы;

- наличие разнородных грунтовых участков;

- наличие средств проводящих электрический ток.

Причины возникновения коррозионных элементов на трубопроводе:

1) микронеоднородность состава металла (присутствие механических примесей в металле труб).

2) Наличие окалины на поверхности металла (микронеоднородность состояния поверхности металла).

3) Наличие продольных и поперечных сварных швов, являющихся наиболее опасными участками в трубопроводах.

4) Различные напряженные состояния поверхности металла (растянутые участки имеют менее отрицательный потенциал).

5) Различная глубина заложения трубопровода.

6) Чередование грунтов с различными физико-химическими свойствами.

7) Температура. С увеличением температуры происходит увеличение протекания анодных процессов, т.е. увеличивается скорость коррозии.

Условия применения и принцип действия протекторной защиты магистральных трубопроводов от коррозии

Протекторные установки предназначены:

- для защиты от почвенной коррозии участков большой протяженности, удаленных от источников электроснабжения, где нецелесообразно применение катодной защиты внешним током;

- на участках, защищенных СКЗ, - в местах неполной защиты, для обеспечения необходимого защитного потенциала;

- для защиты от почвенной коррозии патронок (кожухов) на переходах через железные и автомобильные дороги;

- на участках блуждающих токов - в качестве земляных микродренажей.

Протекторы также устанавливают на изолирующих фланцах для снятия анодных зон, на электрических перемычках при совместной защите подземных сооружений для устранения электрохимического взаимодействия между ними, для защиты металлических подземных емкостей и др.

Средний срок службы протектора - 5-10 лет.

Таким образом, положительные стороны данного способа ЭХЗ:

- эффективность;

- простота устройства;

- удобность эксплуатации;

- автономность.

Отрицательные стороны - снижение эффективности при значительном удельном сопротивлении грунта, окружающего протектор, и использование дефицитных материалов.Протекторная защита трубопроводов основана на принципе работы гальванических пар. При защите подземных металлических объектов с помощью протекторных установок к трубопроводу подключают протектор (анодный электрод), имеющий более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал металла трубы. Создаются условия, при которых трубопровод выступает в качестве катода, а электрод (протектор) в качестве анода, в результате добиваются прекращения коррозионного разрушения трубопровода за счет интенсивного разрушения протектора.

При устройстве протекторной защиты к стальному трубопроводу подключают металлический протектор. В результате этого образуется гальванический элемент «труба-протектор», в котором трубопровод является катодом, протектор - анодом, а почва - электролитом.

Таким образом, протекторная защита имеет те же основы, что и катодная защита. Разница заключается в том, что необходимый для защиты ток создается крупным гальваническим элементом, поэтому протекторную защиту иначе называют защитой гальваническими анодами. При этом положительный полюс находится на защищаемой поверхности, а отрицательный - на разрушаемом аноде, то есть в порядке, обратном порядку при катодной защите с наложенным током от внешнего источника.

Заполнители

Повышение эффективности действия протекторной установки достигается погружением его в специальную смесь солей, называемую активатором (он же - заполнитель). Непосредственная установка протектора в грунт менее эффективна, чем в активатор.

Назначение активатора следующее:

- снижение собственной коррозии;

- уменьшение анодной поляризуемости;

- снижение сопротивления растеканию тока с протектора;

- устранение причин, способствующих образованию плотных слоев продуктов коррозии на поверхности протектора.

При использовании активатора обеспечивается стабильный во времени ток в цепи «труба-протектор» и более высокое значение КПД (срока службы протектора).

Активатор готовится путем смешения сухих солей и глины с водой до вязкой консистенции по рецептам.

На один протектор необходимо готовить 65-70 кг активатора.

Устройство протекторной установки

Основными элементами протекторных установок являются протектор, активатор и проводник, предназначенный для подключения протектора к трубопроводу. Для измерения электрических параметров контрольных протекторных установок предусматриваются контрольно-измерительные пункты.

Защиту трубопроводов от почвенной коррозии можно осуществлять одиночными протекторами или группами протекторов, в соответствии с этим существует две схемы устройства протекторной установки (рис.3 и рис.4).

Рис. 3. Одиночная протекторная установка.

1- трубопровод; 2-точка дренажа; 3-изолированный провод; 4- протектор; 5-заполнитель;

6-насыпной грунт;h-глубина промерзания грунта, 0,3 м.

Рис. 4. Групповая протекторная установка.

1-трубопровод; 2-протектор; 3- соединительные кабеля; 4- кабель подключения трубопровода;

5-контрольно измерительный пункт; 6- перемычка, 7- точка дренажа.

Если состояние изоляционного покрытия трубопровода хорошее, применяют одиночные протекторные установки (ОПУ), которые располагают на расстоянии 3ч7 м от трубопровода. Глубина установки от поверхности земли до верха протектора должны быть не менее 2м и ниже промерзания грунта на 0,2м.

ОПУ устанавливают без измерительной колонки. Для отыскания протектора на трассе ставят опознавательный знак.

Групповые протекторные установки (ГПУ) применяют при защите участков трубопроводов с плохой изоляцией или неизолированных патронов на переходах трубопроводов через шоссейные и железные дороги для увеличения срока службы. Число протекторов в группе зависит от состояния изоляционного покрытия, диаметра трубопровода, удельного сопротивления грунта. ГПУ размещают на расстоянии 10-12м от оси трубопровода. Расстояние между протекторами в группе - 15м. Рекомендуется ГПУ располагать через 500-1000 м.

ГПУ имеют контрольно-измерительные колонки, в которые выводят изолированные провода и дренажный провод от трубопровода наличие в измерительной колонке перемычек позволяет соединять протекторы между собой и трубопроводом, а при необходимости контроля - подключать контрольно-измерительные приборы.

Протекторы располагают по одну сторону от защищаемого трубопровода. Если защищают две параллельные нитки труб, протекторы устанавливаются с внешней стороны каждого трубопровода.

Протекторы могут устанавливаться вертикально в пробуренные скважины или горизонтально в общей траншее. Соединительный провод протектора присоединяют к трубопроводу термитной сваркой, а затем изолируют и засыпают.

Эксплуатация протекторных установок. Пусконаладочные работы на средствах и установках протекторной защиты

Пуск, опробование и наладку средств и установок электрохимической защиты проводят с целью проверки работоспособности как отдельных средств и установок ЭХЗ, так и системы электрохимической защиты, ввода ее в действие и установления режима, предусмотренного проектом для обеспечения электрохимической защиты участка подземного трубопровода от внешней коррозии, в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.

Пуск и опробование упакованных протекторных установок локального действия (одиночных и групповых) следует выполнять в приведенной последовательности:

- проверить по актам на скрытые работы соответствие выполненных работ проектным решениям;

- проверить правильность маркировки проводов в контрольно-измерительном пункте. С этой целью провода от трубопровода и протекторной установки разъединяют и высокоомном вольтметром измеряют потенциалы проводов относительно неполяризующегося медно-сульфатного электрода сравнения, установленного на грунт над трубопроводом возле контрольно-измерительного пункта. Потенциал провода от протекторной установки должен иметь более отрицательное значение, чем потенциал провода от трубопровода;

- измерить естественную разность потенциалов “труба-земля" при отключенных протекторной установке и соседних установках катодной защиты.

- подключить протекторную установку к трубопроводу и измерить разность потенциалов “труба-земля" в точке дренажа. При подключении протекторной установки должно наблюдаться смещение разности потенциалов "труба-земля" в отрицательную сторону;

- измерить разность потенциалов "труба-земля" в точке дренажа спустя не менее 24 ч после подключения протекторной установки;

- выключить протекторную установку локального действия для проведения пуска и опробования системы электрохимической защиты участка трубопровода.

Расчет протекторной защиты

Исходные данные

Диаметр трубопровода - 1020 мм;

тип протектора - ПМ-5У;

высота протектора - 580 мм;

диаметр протектора - 165 мм;

переходное сопротивление изоляционного покрытия - 1000 Ом•м2;

удельное сопротивление грунта, окружающего протектор - 20 Ом•м;

глубина установки протектора - 2,0 м;

число протекторов в группе - 5 штук;

удельное сопротивление активатора - 0,2 Ом•м;

коэффициент, учитывающий взаимодействие экранирования протекторов - 0,525;

коэффициент использования протекторов - 0,95;

теоретический электрохимический эквивалент материала протектора - 3,95 кг/А•год;

потенциал протектора до подключения его к трубопроводу Еп= -1,6 В;

минимальный защитный потенциал Езащ.min= -0,85 В;

естественный потенциал трубопровода до включения защиты

Еест = -0,55 В.

Рис.5. Принципиальная схема протекторной защиты:

1 - трубопровод; 2 - контрольно-измерительная колонна;3 - соединительные провода;

4 - протектор; 5 - активатор

Расчет

1) Сопротивление растеканию тока с протекторной установки

,

где - удельное сопротивление грунта, окружающего протектор;

- удельное сопротивление активатора;

- высота столба активатора, окружающего протектор;

N - число протекторов в группе;

h - глубина установки протектора (от поверхности земли до середины протектора);

- коэффициент, учитывающий взаимное экранирование вертикальных протекторов в группе;

- диаметр столба активатора, окружающего протектор:

- диаметр протектора.

Тогда

.

2) Протяженность защитной зоны протекторной установки:

,

Где (Ом/м ) - сопротивление изоляции трубопровода на единицу длины.

Тогда

.

3) Сила протекторной установки:

.

4) Анодная плотность тока:

.

5) Срок службы протекторной установки:

,

где - вес протекторной установки;

- теоретический электрохимический эквивалент материала протектора;

- коэффициент использования протектора;

- КПД протектора, зависящий от анодной плотности тока (таблица 6).

Таблица 6

Ja, (мА/дм2)	6	12	18	24	30	36	42	48
	0,51	0,54	0,55	0,56	0,57	0,582	0,592	0,600

Тогда

.

Контроль качества работ

Сдача системы протекторной защиты заказчику допускается только после окончания опробования всех средств защиты. К работам по сдаче системы протекторной защиты комиссия приступает не позднее чем через 3 рабочих дня после окончания опробования системы на данном участке.

Эксплуатация оборудования на объекте, не принятом приемочной комиссией, не допускается.

После включения объекта под напряжение и бесперебойной работы его в течение 24 часов председатель приемочной комиссии обязан оформить акт сдачи-приемки объекта заказчику.

Система протекторной защиты данного участка может быть принята заказчиком при соблюдении следующих условий:

1) минимальная разность потенциалов трубопровод - земля на протяжении всего участка должна быть не ниже проектной величиы.

2) исключено вредное влияние на другие сооружения.

Сдачу системы ЭХЗ оформляют актом о приемке системы ЭХЗ участка трубопровода.

Инструментальный контроль при сооружении ЭХЗ

Значения контролируемых параметров ЭХЗ зависят от фактического состояния изоляционного покрытия трубопровода и окружающих условий (гидрогеологических, климатических и др.). Допустимые погрешности измерений контролируемых параметров ЭХЗ не должны превышать суммарных погрешностей измерений пассивной защиты.

Характеристика контролируемых параметров ЭХЗ магистральных трубопроводов приведена в таблице 7.

Таблица 7

Контролируемые параметры ЭХЗ трубопроводов

Контролируемый параметр	Пределы измерения
	минимальный	максимальный
Сила тока в цепи труба-земля для изолированного трубопровода, А	0,5•10-3	20
Разность потенциалов труба-земля, В	0,5	10
Удельное электросопротивление грунта, Ом•мм2/м	0,1	100•103

Техническая оснащенность контроля.

Рассмотрим кратко технические характеристики основных средств измерений и контроля параметров, используемых для контроля качества ЭХЗ.

Прибор КАГ-2 предназначен для определения коррозионной активности грунтов по отношению к углеродистой стали в зависимости от плотности поляризующего тока. Все операции (определение времени пропускания поляризующего тока через образец, извещение оператора звуковой и световой сигнализацией о насыщении грунта током, фиксация результатов разности потенциалов в момент разрыва поляризующей цепи ”электронной памятью”) осуществляются автоматически.

Комплекс “Луч-1” предназначен для бесконтактного измерения и регистрации относительных изменений удельного сопротивления грунтов. Этот прибор применяют при комплексном обследовании подземных магистральных газопроводов для обнаружения участков грунтов с резким изменением удельного сопротивления, что весьма важно при оценке вероятности возникновения коррозионных макропар на подземных участках газопровода.

Прибор ИПВК-1 - высокоомный измеритель защитных потенциалов предназначен для измерения разности потенциалов “труба - земля” на подземных магистральных трубопроводах. Прибор позволяет проводить и другие электрометрические работы на магистральных трубопроводах, расположенных в различных климатических и почвенных условиях, включая грунты с высоким удельным электрическим сопротивлением. Рассчитан на работу в лабораторных и полевых условиях.

Интегратор блуждающих токов ИТБ-1 - разработан на основе последних достижений молекулярной электроники, предназначен для определения средних значений потенциалов при электрохимических коррозионных измерениях, позволяющих прогнозировать и оценивать состояние магистральных трубопроводов в зависимости от коррозионных повреждений, а также для контроля работы средств ЭХЗ. Принцип действия интеграторов блуждающих токов основан на раздельном интегрировании положительных и отрицательных составляющих тока. Интегратор состоит из корпуса, на котором смонтирована электрическая схема, и двух ртутно-капиллярных кулометров. Интегратор блуждающих токов отличается от приборов электромеханического типа многофункциональностью, малыми габаритами и массой, долговременной памятью, надежностью, простотой конструкции и малой стоимостью.

Мероприятия по охране окружающей среды

Сооружение установок протекторной защиты газопроводов от коррозии следует осуществлять в соответствии с ВСН 015-88 “Строительство магистральных и промысловых газопроводов. Охрана окружающей среды".

Под окружающей средой понимается вся совокупность природных элементов в полосе строительства и прилегающих к ней территорий.

Природоохранные мероприятия должны проводиться в соответствии со специфическими особенностями окружающей среды, характерными для природоохранительной зоны, в пределах которой осуществляется сооружение объектов протекторной защиты.

Природоохранительные мероприятия и рекультивация земель после завершения сооружения протекторной защиты должны носить комплексный характер, или должно обеспечиваться не только сохранение отдельных природных элементов (рельефа, почв, воды, воздуха, растительного и животного мира), но и ландшафтов в целом.

Объем необходимых природоохранительных мероприятий снижается путем сооружения протекторной защиты как единого целостного процесса со строительством трубопровода. Поточность работ позволяет избежать проведения консервационных природоохранительных мероприятий во время перерывов между различными видами работ и в значительной мере ограничить их рекультивационными мероприятиями.

Для уменьшения неблагоприятных воздействий на окружающую среду при сооружении протекторной защиты во всех природоохранительных зонах необходимо всемерно сокращать площади участков строительства, ограничивая их минимальными технологически необходимыми размерами.

При проведении работ по сооружению протекторной защиты следует избегать загрязнений окружающей среды горюче-смазочными, изоляционными материалами, строительными отходами, для чего необходимо на стадии проектирования протекторной защиты предусмотреть способы переработки или захоронения отходов.

На всех этапах сооружения протекторной защиты следует предусмотреть мероприятия, нейтрализующие или предотвращающие неблагоприятные рельефообразующие процессы, возникающие или активизирующиеся вследствие строительства объектов протекторной защиты.

На всех этапах строительства протекторной защиты следует избегать нарушения естественной дренажной сети, восстанавливать ее в близком к существовавшему до начала строительства виде в ходе рекультивационных работ.

При сооружении объектов протекторной защиты необходимо обеспечить соблюдение правил противопожарной безопасности, особенно при работах в пределах лесной зоны и зоны многолетнемерзлых пород в месяцы с положительными среднесуточными температурами воздуха.

Список используемых источников

1. Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Юфин В.А. Противокоррозионная защита газопроводов и резервуаров. М., изд. «НЕДРА», 1978г.

2. Ментюков И.В. Электрохимическая защита магистральных газопроводов от коррозии. М., ГАНГ, 1996г.

3. Васильев Г.Г., Орехов В.В., Ментюков И.В. Противокоррозионная защита трубопроводов. Учебное пособие. М., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001г.

4. Котик В.Г. Катодная защита магистральных газопроводов. М., изд. «НЕДРА», 1964г.

5. Васильев Г.Г., Орехов В.В., Лежнев М.А. Сооружение и ремонт магистральных трубопроводов. Учебное пособие для проведения практических занятий. М., РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, 2004 г.

6. ВСН 009-98 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Средства и установки электрохимзащиты».

Размещено на Allbest.ru

...