ТПУ. стр 96. Коррозионная защита магистральных трубопроводов в грунтах с различной коррозионной активностью
 Скачать 3.15 Mb.
|
|
Рис. 11. Конструкция анодного заземлителя ЭРП: 1 – токоотвод; 2 – рабочий электрод Благодаря применению специальных составов эластомера анодные заземлители обеспечивают отекание значительных защит-ных токов, составляющих 0,04—0,08 А на погонный метр длины электрода. Протяженные заземлители применяют для создания как локальных, так и протяженных заземлений, в любых грунтах и климатических условиях. Заземлители можно укладывать горизонтально в траншеи или опускать в вертикальные скважины с применением засыпки из коксовой мелочи. Контактные соединения осуществляют в специальных колонках, что Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 60 Катодная защита подземных трубопроводов позволяет полностью исключить какие-либо соединения в грунте и повысить надежность заземления. Связующее вещество является одним из основных компонентов композиционного материала. Каменноугольный пек является лучшим связующим для брикетирования коксовой мелочи. Он представляет собой аморфную массу тяжелых фракций после отгонки из смолы масел и нафталина. Каменноугольный пек характеризуется наличием большого числа парамагнитных центров, которые могут принимать активное участие в образовании химических связей между связующими материалами и твердым наполнителем. По сути, в настоящее время это единственный в мировой практике связующий материал для углеродистой продукции. В связи с этим естественно стремление исследователей изыскать доступные заменители каменноугольного пека. Нефтяной пек обладает высокими цементирующими свойствами, но значительно уступает каменноугольному. Но он менее канцерогенен, чем каменноугольный пек. 2.2.2. Глубинные анодные заземлители В настоящее время наряду с анодными заземлителями поверхностного типа получили широкое применение глубинные анодные заземлители, применение которых во многих случаях позволяет свести до минимума взаимное влияние защищенного от коррозии сооружения на незащищенное. Проблема взаимного влияния возникает в густонаселенных городских районах с большим подземным хозяйством, на территориях промышленных площадок перекачивающих станций и нефтебаз, где осуществление катодной защиты с этой точки зрения представляет большие трудности. Материалами для сооружения глубинных анодных заземлителей служат те же материалы, что и для поверхностных. Применение того или иного материала для глубинного анодного заземлителя вызывает необходимость Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 61 Катодная защита подземных трубопроводов бурения скважин различного диаметра, а также влияет на выбор необходимой длины его рабочей части. С учетом геологического строения земли в месте установки заземлителей и условиями монтажа их можно разделить на четыре группы: 1) заземлители в обсаженной скважине: К этой группе относят заземлители, которые устанавливают в неустойчивых горных породах (рис. 12, а). Скважину проводят на проектную глубину и обсаживают трубой. В трубу спускают аноды и засыпают коксовой мелочью. Снизу и сверху делают кабельный вывод на поверхность. Если имеется возможность, то обсадную трубу удаляют. Недостатком этих конструкций является то, что обсадная колонна скважин доходит до поверхности грунта, где она может оказаться вблизи подземных трубопроводов, что значительно снижает зону активного действия катодной установки. 2) заземлители в необсаженной скважине: Если позволяют горные породы, то глубинные заземлители устанавливают в необсаженных скважинах (рис. 12, б). Скважину проводят на проектную глубину. Спускают аноды и засыпают коксовой мелочью до глубины 10 - 15 м от поверхности грунта. Верхнюю часть засыпают гравием. Снизу и сверху делают кабельные выводы на поверхность. Такая конструкция значительно удалена от подземных трубопроводов. 3) комбинированные заземлители: Когда верхние породы грунта в скважине неустойчивы, устанавливают комбинированные заземлители (рис. 12, в). Скважину проводят на глубину 5 - 10 м, обсаживают колонной. Далее проводку скважины осуществляют меньшим диаметром на проектную глубину. В скважину спускают заземлитель конструкции "труба в трубе" и засыпают коксовой мелочью, а затем гравием. Верхнюю часть внутренней трубы заземлителя (10 - 15 м) изолируют слоем весьма усиленной изоляции. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 62 Катодная защита подземных трубопроводов 2.2.3. Заменяемые заземлители Применение заменяемых конструкций дает экономический эффект за счет уменьшения глубины скважин (рис. 12, г). Скважину проводят на глубину 30 - 40 м в зависимости от уровня грунтовых вод и обсаживают пластмассовой трубой диаметром 200 мм. Начиная с уровня грунтовых вод и до забоя в пластмассовой трубе сверлят отверстия диаметром 8 мм на расстоянии 200 мм по высоте. Заземлитель состоит из трех секций длиной по 6 м. Токоввод выполнен из круглой стали диаметром 30 мм. В основании первой секции запрессовывают стальной круг диаметром 170 мм. Затем на токоввод надевают диски диаметром 160 мм из прессованных стальных отходов. После этого первую секцию опускают в скважину. Секции между собой соединяют с помощью резьбового соеди- нения и сваривают. Последнюю секцию соединяют с катодной станцией, предварительно на нее надевают контрольную пластмассовую трубку с ограничителем хода в 3 м. К нижней части контрольной трубки крепят стальной диск. После сработки 3 м анода контрольную трубку извлекают из скважины. На токоввод нанизывают 3 м стальных дисков, надевают контрольную трубку и опускают в скважину. Способы установки анодных заземлителей Для нормальной работы анодного заземлителя необходимо, чтобы он был установлен ниже глубины промерзания или высыхания и находился на расстоянии не менее 25 м от подземных коммуникаций. Наиболее простой способ установки поверхностных заземлителей — горизонтальный. В этом случае анодный заземлитель размещают на дне траншеи ниже глубины промерзания. Для размещения горизонтального анодного заземлителя требуется большая площадь, свободная от застройки, и в условиях большой глубины промерзания приходится производить большой объем земляных работ. Поэтому предложено устанавливать анодный заземлитель вертикально в пробуренную на глубину 4 м скважину. Между Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 63 Катодная защита подземных трубопроводов собой за-землители соединяют изолированной шиной, прокладываемой в траншее на глубине 0,8 - 1,0 м. Для установки анодного заземления на глубину более 4 м требуется специальное буровое оборудование. Рис. 12. Схемы конструкций заземлителей: 1 – обсадная труба; 2 – графитовые аноды; 3 – коксовая мелочь; 4 – графитовая засыпка; 5 – соединительные кабели; 6 – наружная труба; 7 – внутренняя труба; 8 – слой весьма усиленной изоляции; 9 – кондуктор; 10 – направляющий башмак; 11 – пластмассовая перфорированная труба; 12 – анод; 13 – контрольная труба; 14 – токовводд Глубинные анодные заземлители устанавливают в предварительно пробуренную скважину на глубину до 100 м. Для выполнения этих работ требуется привлекать специализированные организации, имеющие буровое оборудование. Можно размещать анодные заземлители в предварительно забитой трубе. Забивку труб выполняют со сваебойного агрегата на глубину до 40 м методом наращивания труб. Такой способ установки анодного заземления особенно выгодно применять в условиях капитального ремонта в Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 64 Катодная защита подземных трубопроводов застроенной части, так как нарушение благоустройства сводится к минимуму. 2.2.4. Факторы, влияющие на работу анодного заземления На глубинное анодное заземление в процессе работы влияют такие факторы, как температура, электроосмос, выделение газов, форма заземления. Влияние температуры При большой анодной плотности тока, протекающего длительное время, в результате нагрева им грунта и последующего испарения влаги возможно осушение грунта, окружающего заземлитель При этом сопротивление заземления резко возрастает Вследствие осушения уменьшается электропроводность грунта вокруг заземлителя. Для того чтобы заземление было термически устойчивым, заземлители должны иметь поверхность тем большую чем больший ток будет проходить через них. Сопротивление растеканию заземления в наиболее сухой период года должно быть: R = 50/I, Ом Влияние газовыделения При эксплуатации катодных установок с анодами поверхностного и глубокого заложения происходит выделение газов. Интенсивность выделения их зависит от плотности анодного тока. Выделяющиеся газы мигрируют в грунт, окружающий заземлитель, и вызывают отстаивание частиц породы от поверхности заземлителя. При эксплуатации глубинных анодных заземлителей с большими плотностями анодного тока некоторое количество выделяющегося газа не успевает мигрировать в пласт и вокруг анода создается газовая оболочка. Эта оболочка увеличивает переходное сопротивление заземлитель - грунт, что приводит к уменьшению зоны действия катодной установки. Поэтому при эксплуатации глубинных анодных заземлителей при токах катодных станций 25 А и выше необходимо предусматривать мероприятия по отводу от поверхности заземлителей образующихся газов. На аноде Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 65 Катодная защита подземных трубопроводов выделяются кислород и другие газы в зависимости от химического состава воды и грунта. Влияние электроосмоса При протекании большого тока через заземлители может происходить электроосмотический отгон влаги от заземлителей, которому противодействует гидромеханический напор грунтовой влаги, движущейся со скоростью гидромеханической фильтрации v ф . Может наступить равновесие между электроосмотической v ос и гидромеханической фильтрацией, т. е. v ос – v ф = 0. Количество отгоняемой от анода воды: Q = UI ж I/ v ж ,где I - сила тока, А; v - вязкость жидкости, см 2 /с; ж - удельная электропроводность жидкости; I ж – диэлектрическая постоянная жидкости; U – электрокинетический потенциал (U = 0.05 – 0.1В). Для уменьшения влияния электроосмоса в грунт, окружающий анод, добавляют соль или известь. Влияние формы заземлителя Наиболее удачной формой заземлителя для его равномерного разрушения является шар. В практике шаровые анодные заземлители не применяют в связи с трудностью их изготовления и установки. Рис. 13. Конструкции анодного заземлителя: а – с утолщенным низом; б – с приваренными штырями; в – с приваренными дисками; г – с приваренными полосами Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 66 Катодная защита подземных трубопроводов В основном используются линейные анодные заземлители. В однородных грунтах они разрушаются в основном в виде вогнутого перевернутого конуса. Для повышения долговечности работы анодного заземлителя его делают утолщенным книзу или приваривают к нему штыри, полосы или диски (рис. 13). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 67 Катодная защита подземных трубопроводов 2. ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ 3.1. Принцип работы протекторной защиты При прокладке магистральных трубопроводов в труднодоступных районах часто отсутствуют линии электропередачи, так как их сооружение для питания установок катодной защиты связано с большими затратами. В этом случае иногда применяют протекторную защиту. Принцип действия заключается в том, что интенсивному разрушению подвергают протектор — анод, имеющий более электроотрицательный потенциал, чем защищаемый стальной трубопровод, который служит катодом в образовавшейся гальванической паре. Корродирующий металл можно рассматривать как бинарный короткозамкнутый гальванический элемент А-К, к которому присоединяется третий электрод, являющийся эффективным анодом (протектором). При достаточном смещении потенциала системы в отрицательную сторону ток коррозии может стать равным нулю, т. е. наступит полная защита. Таким образом, для полного прекращения коррозии нужно заполяризовать защищаемую металлическую конструкцию до значения потенциала наиболее отрицательной анодной составляющей ее поверхности. Протекторы рекомендуется устанавливать в грунтах с удельным сопротивлением до 50 Ом*м. Так как мощность одного протектора невелика, их размещают группами (рис. 14, б) или исполняют в виде протяженных лент. Протяженные протекторы (рис. 14, а) укладывают в одной траншее с трубопроводом. В этом случае, согласно рекомендациям ВНИИСТа, протяженные протекторы можно устанавливать в грунтах с удельным сопротивлением до 500 Ом • м. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 68 «Коррозионная защита магистральных трубопроводов в грунтах с различной коррозионной активностью» Разраб . Магомедов Руковод. Саруев А.Л Консульт. Рук-ль ООП Брусник О.В. А.В. В. Протекторная защита трубопроводов Лит. Листов 140 ТПУ гр. 2Б6А Для протекторов, применяемых при защите стальных сооружений, можно использовать все металлы, имеющие более электроотрицательный потенциал, чем железо. Наибольшее распространение получили магний, цинк и алюминий. Физико - химические характеристики приведены ниже: Материал Магний Цинк Алюминий Относительная молекулярная масса...........24,32 65,328 26,97 Валентность......................................................2 2 3 Электрохимический эквивалент, кг/(А*год)......................................................3,97 10,7 2,94 Токоотдача, (А* Ч )/ КГ ...................................2200 820 2980 Равновесный электродный потенциал по нормальному водородному электроду, В..................................................-2,34 -0.76 -1.67 Для протекторов при защите подземных сооружений часто используют магний, алюминий и цинк. Чистые металлы не получили практического применения для изготовления протекторов, так как магний имеет сравнительно низкую токоотдачу, а алюминий и цинк склонны к пассивации. Введение добавок позволяет получить сплавы с более отрицательными, нем у основного металла, потенциалами, которые могут оставаться активными и равномерно разрушаться. В магниевые сплавы для протекторов вводят добавки алюминия, цинка и марганца. Алюминий улучшает литейные свойства сплава и повышает механические характеристики, но при этом немного снижается потенциал. Цинк облагораживает сплав и уменьшает вредное воздействие таких примесей, как медь и никель, позволяя повышать их критическое содержание в сплаве. Марганец вводят в сплав для осаждения примесей железа. Кроме того, он повышает токоотдачу и делает более отрицательлным потенциал протектора.Основные загрязняющие примеси в Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 69 Протекторная защита трубопроводов сплаве - железо, медь, никель, кремний. Они увеличивают самокоррозию протекторов и снижают срок службы. Рис. 14. Схема протекторной защиты подземного трубопровода: а – защита протяженными протекторами; б – защита групповыми протекторными установками; 1 – трубопровод; 2 – соединительный провод; 3 – контрольно-измерительная колонка; 4 – активатор; 5 - протектор Эффективность работы протектора увеличивается при установке его в специальные смеси-заполнители, называемые активаторами. Активаторы служат для снижения самокоррозии протектора уменьшения анодной поляризуемости, уменьшения сопротивления растеканию тока с протектора, предотвращения образования плотных оксидных пленок на поверхности протектора. Применение активатора повышает КПД протектора, т. е. срок его службы, и стабилизирует ток в цепи протекторной установки. Основными компонентами активаторов к магниевым сплавам являются глина, гипс (CaS0 4 • 2Н 2 0), эпсомит (MgSO 4 , • 10Н 2 О) и мирабилит (Na 2 S0 4 • 10Н 2 О). Для приготовления активатора используют смеси сухих солей и глины, состав которых приведен ниже: Массовая доля компонента, % Состав I Состав II Эпсомит.............................................................30 20 Гипс...................................................................10 20 Глина. …………………………………............ 40 40 Вода..................................................................20 20 Активатор доводят до вязкой консистенции, добавляя воду перед установкой протектора. На один протектор используют 10 - 40 кг активатора. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 70 Протекторная защита трубопроводов Мирабилит снижает КПД магниевых протекторов и применяется только при отсутствии эпсомита. Глины и гипс в активаторе служат для предотвращения вымывания солей в процессе работы протекторной установки. Стабильнаяработа протекторной установки обеспечивается при установке протекторов ниже глубины промерзания или высыхания грунта. 3.2. Конструкция протекторов Технология изготовления магниевых протекторов разработана ВНИИСТом совместно с Березниковским титаномагниевым комбинатом и Всесоюзным институтом сплавов (ВИПС). Комплектные протекторы изготовляют с электродами из магниевых сплавов повышенной чистоты Мл- 16, Мл-16пч, Мл- 16вч, Мл-4вч и сплава МПУ. К электроду подсоединен изолированный соединительный проводник. Комплектный протектор представляет собой электрод с соединительным проводником и порошкообразным активатором, находящимся в полиэтиленовом или хлопчатобумажном мешке. При транспортировке и хранении комплектный протектор находится в мешке из крафт-бумаги (рис. 15). Магниевый электрод типа ПМ (табл. 5) представляет собой удлиненный профиль Д-образного сечения, в который при отливке вставляют стальной сердечник. Вокруг сердечника в магниевом электроде имеется углубление в виде воронки. После соединения контактов воронку заполняют битумной мастикой с целью предотвращения контактной коррозии. Потенциал протектор — грунт для этих сплавов равен минус 1,6 В по медно- сульфатному электроду сравнения (при разомкнутой цепи протекторной установки). При анодной плотности тока 10 мА/м 2 КПД протекторов находится в пределах от 0,52-0,66. Масса протекторов ПМ 5У, ПМ 10У, ПМ 20У включает массу активатора. Теоретическая токоотдача протекторов составляет 2200 А • ч/кг. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 71 Протекторная защита трубопроводов Изготовленные из сплава магния Мг 95-1 протяженные протекторы, отличающиеся малой массой на единицу поверхности, резко расширяют область применения протекторов, которая раньше ограничивалась удельным сопротивлением грунтов до 50 Ом • м. Протяженные протекторы типа ПМП 35 х 10, ПМП 20 х 10 представляют собой полосу, намотанную на барабан. |