ТПУ. стр 96. Коррозионная защита магистральных трубопроводов в грунтах с различной коррозионной активностью
 Скачать 3.15 Mb.
|
|
Рис. 15. Общий вид комплектного протектора типа ПМУ: 1 – активатор; 2 – хлопчатобумажный мешок; 3 – магниевый анод типа ПМ; 4 – соединительный провод; 5 – изоляция контактного узла Протяженные протекторы, сматываемые с барабана, можно укладывать в одну траншею вместе с трубопроводом или на некотором расстоянии от него. ВНИИСТом разработаны конструкции кольцевых протекторов, которые изгототавливают из двух литых анодов-полуколец, соединенных болтами, либо сваркой арматуры или отдельных сегментов (четыре, шесть и более). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 72 Протекторная защита трубопроводов Таблица 5 Техническая характеристика магниевых протекторов Тип протектора Размеры протектора, мм Масса G п кг l п d n l а d а ПМ-5 500 95 __ __ 5 ПМ-5У 500 95 580 165 5 ПМ-10 600 125 __ __ 10 ПМ-10У 600 123 700 200 10 ПМ-20 800 181 __ __ 20 ПМ-20У 900 181 900 240 20 Каждый сегмент имеет контактный стержень, привариваемый к стальным обводам, охватывающим трубопровод. В качестве материалов для анодных сегментов можно использовать вышеназванные сплавы. В ОАО "Татнефть" разработана система протекторной защиты внутренней полости промысловых трубопроводов с использованием алюминиевых протекторов, соединенных из отдельных стержней внутри трубопровода. Результаты опытно-промышленного внедрения покажут рентабельность данного предложения. Прутковые протекторы представляют собой биметаллический пруток с оболочкой из протекторного сплава и стальным оцинкованным контактным стержнем диаметром 4 мм, проходящим по центру протектора. Форма пруткового протектора может быть круглой, полукруглой и эллипсовидной и определяется технологией их изготовления. При использовании прутковых протекторов последние соединяют между собой, при этом образуется единый протяженный протектор. Электрический контакт протяженного протектора с защищаемым сооружением осуществляют через КИП. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 73 Протекторная защита трубопроводов Для защиты подземных сооружений от коррозии, находящихся в зонах блуждающих токов, используют поляризованные протекторные установки, в которых подключение протекторов к трубопроводу осуществляют через полупроводниковый диод. Порог открывания диодов должен быть в пределах 0,3 — 0,4 В. Для этой цели применяют германиевые диоды, соединенные параллельно по 3—6 шт. При использовании кремниевых диодов применяется схема снижения порога открывания диода с помощью дополнительного источника тока. В качестве источника тока используется сухой элемент типа 373. Контактную панель, плату с диодом и другими элементами схемы, а также источник тока размещают в контрольно-измерительной колонке. Резервная защита с помощью протекторов автоматически включается в работу при отключении основной катодной защиты.Монтаж осуществляют аналогично основной протекторной защите. Временную электрохимическую защиту трубопроводов вводят до строительства основных систем катодной защиты. Число и расстановка протекторов вдоль уложенного в грунт трубопровода определяются типовым проектом, учитывающим проектные требования к изоляционному покрытию трубопровода после его засыпки и сроком введения в строй основной электрохимической защиты. Монтаж литых сосредоточенных протекторов в грунт выполняют в следующей последовательности: — отрывают шурфы или пробуривают скважины на глубину и на расстоянии от защищаемого объекта согласно проектной документации; — отрывают траншею для укладки соединительных проводов между отдельными протекторами и защищаемым объектом; — устанавливают контрольно-измерительную колонку; — приваривают провод к защищаемому сооружению и место приварки тщательно изолируют; Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 74 Протекторная защита трубопроводов — протектор извлекают из бумажного транспортного мешка, зацепляют крючком из стальной проволоки за петлю хлопчатобумажного мешка и опускают в скважину или шурф; — каждый протектор засыпают мягким грунтом с послойной утрамбовкой, монтажную проволоку извлекают; — в скважину или шурф заливают 2-3 ведра воды и протектор засыпают грунтом окончательно; — соединительные узлы тщательно изолируют и вместе с проводами укладывают в траншею; — концы проводов от сооружения и от группы протекторов выводят на клеммную панель КИП; — все траншеи засыпают грунтом, который затем утрамбовывают. При монтаже протекторов запрещается опускать их в скважины при помощи соединительного провода. Перед опусканием в скважины протекторы рекомендуется погружать в воду с целью увлажнения активатора. По завершении монтажных и земляных работ составляют акт с указанием технических данных протекторов и приложением исполнительного плана участка с протекторными установками с точной привязкой скважин с протекторами, места присоединения к защищаемому объекту, установок КИК и траншей для прокладки проводов. Протекторы также используют для защиты кожухов на переходах трубопроводов через автомобильные и железные дороги. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 75 Протекторная защита трубопроводов 3. ЭЛЕКТРОДРЕНАЖНАЯ ЗАЩИТА ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 4.1. Принцип работы электродренажной защиты Электрический ток, протекающий через металлическое сооружение, смонтированное в грунте, влияет на скорость коррозионного разрушения при переходе с металла в электролит. Возникновение токов связано с работой электрических устройств, в которых в качестве токопровода используется земля. В ней появляются электрические токи, сила и направление которых могут изменяться во времени. Эти токи получили название блуждающих. Источниками блуждающих токов служат линии электрифицированных железных дорог, трамваев, метрополитена, линии передачи постоянного тока, работающие по системе провод-земля, установки катодной защиты подземных металлических сооружений. Устройство электроснабжения электрифицированных железных дорог, трамваев и метрополитена принципиально одинаково, поэтому и процессы возникновения в земле блуждающих токов от этих источников одинаковые (рис. 16). Положительный полюс источника питания подключают к контактному проводу, а отрицательный — к рельсам. При такой схеме электроснабжения тяговый ток от положительной шины тяговой подстанции по питающим фидерам (линиям) поступает через контактную сеть и токоприемник к двигателю электровоза, а затем через колеса и рельсы к отрицательной шине тяговой подстанции. Так как рельсы неполностью изолированы от грунта, часть тягового тока стекает с них в землю. Сила стекающего тока, который и является блуждающим, тем больше, чем меньше переходное сопротивление между рельсами и грунтом и чем выше продольное сопротивление рельсов. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 76 «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. Электродренажная защита подземных трубопроводов Лит. Листов 140 ТПУ гр. 2Б6А При условиях, способствующих утечке тока в грунт (отсутствие стыковых соединений на рельсах, загрязненность балласта и т. д.), сила блуждающего тока в грунте может достигать более 20 % от общей силы тягового тока, т. е. десятков ампер. Среднесуточная плотность тока утечки, превышающая 0,0015 мА/м 2 , считается опасной для подземных металлических сооружений. Участок рельсового пути, на котором находится электровоз, имеет положительный потенциал по отношению к окружающему грунту, а участок в районе подключения отсасывающего фидера - отрицательный. Так как на участке между двумя тяговыми подстанциями могут находиться несколько электровозов, то в зависимости от их расположения и силы тягового тока потенциалы отдельных участков рельсового пути будут изменяться как по значению, так и по знаку. Блуждающие токи, протекая в грунте и встречая на своем пути подземные металлические сооружения (трубопровод, кабель и др.), переходят на них, так как сопротивление металла значительно меньше сопротивления грунта. Ток течет по металлическому сооружению до тех пор, пока не встретит благоприятных условий для возвращения на минусовую шину тяговой подстанции. Блуждающие токи имеют радиус действия до нескольких десятков километров в сторону от токонесущих сооружений (трамвайных или железнодорожных рельсовых путей, линий электропередачи и т. д.). В местах входа блуждающих токов в трубопровод и выхода из него в грунт протекают электрохимические реакции. В зоне входа токов происходит катодный процесс, который приводит к подщелачиванию грунта, а иногда и к выделению водорода. В местах выхода тока в грунт образуются анодные участки, где происходит усиленное растворение металла, прямо пропорциональное силе тока. Основной величиной, характеризующей интенсивность процесса электрокоррозии, является сила тока, стекающего с подземного сооружения в грунт, отнесенная к единице поверхности, т. е. плотность тока утечки. Однако практически можно Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 77 Электродренажная защита подземных трубопроводов измерить только линейную плотность тока утечки, т. е. силу тока, стекающего с единицы длины подземного трубопровода. Блуждающие токи помимо плотности характеризуются и значением потенциала его по отношению к ближайшей точке грунта. Однако значение потенциала указывает лишь на возможность коррозионного процесса, т. е. на вход или стекание тока с подземного сооружения, но не позволяет оценить количество разрушаемого металла. При большом положительном потенциале, но высоком сопротивлении изоляции плотность тока утечки невелика и коррозионное разрушение мало. В то же время при незначительном положительном потенциале, но при малом переходном сопротивлении изоляции может возникнуть большая плотность тока утечки. Рис. 16.Схема возникновения блуждающих токов в подземном стальном трубопроводе Большую опасность представляет собой неравномерное распределение стекающего тока с поверхности подземного сооружения, так как неравномерность утечки приводит к сосредоточенному разрушению металла. Переменный блуждающий ток также опасен, но скорость разрушения металлов им в несколько раз меньше, чем постоянным током. Опасность в этом случае резко возрастает, если блуждающий переменный ток в грунте каким-либо образом выпрямляется. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 78 Электродренажная защита подземных трубопроводов Блуждающие токи могут выводить из строя незащищенные или плохо защищенные подземные металлические сооружения (трубопроводы, кабели, резервуары и т. д.) в течение нескольких месяцев. Наличие блуждающего тока на трубопроводе устанавливают на основании замеров потенциалов и тока. Опасными величинами являются такие, которые дают сдвиг потенциала от естественного в положительную сторону, причем чем больше этот сдвиг, тем больше вероятность коррозии вследствие возникновения блуждающих токов. При обнаружении на трубопроводе блуждающих токов возникает необходимость принятия защитных мер для предупреждения разрушений. Для предотвращения больших утечек тока необходимо обеспечить нужное состояние железнодорожного рельсового пути: расстояние между тяговыми подстанциями не должно превышать для однопутных 35 км и для двухпутных — 25 км; сопротивление стыков рельсов не должно превышать сопротивления рельса длиной 3 м; железнодорожный путь должен иметь междупутные соединители через каждые 300 - 600 м. Все эти мероприятия направлены на уменьшение сопротивления основного пути тока по рельсам. Для уменьшения действия блуждающих токов применяют: укладку рельсов на шпалы, пропитанные диэлектриком, на бетонные шпалы для увеличения переходного сопротивления от рельсов к земле; укладку путей на щебень; очистку путей от грязи. Схема установки дренажной защиты представлена на рис. 17: Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 79 Электродренажная защита подземных трубопроводов Рис. 17. Схема установки дренажной защиты: 1 – трубопровод; 2 – электрофицированная железная дорога; 3 – диод; 4 – регулируемое сопротивление; 5 – предохранитель; 6 – рубильник; 7 – шунт; 8 – амперметр; 9 – дроссель-трансформатор Особое внимание следует уделять местам наибольшего сближения рельсов с трубопроводами (в основном переходы). Места перехода должны быть очень хорошо изолированы. Для этого трубопровод укладывают в кожухи. Трубопровод надежно изолируют от кожуха с помощью изоляторов. Для уменьшения влияния блуждающих токов на подземные сооружения применяются изолирующие соединения. При этом возрастает продольное сопротивление трубопроводов, что позволяет эффективнее использовать систему ЭХЗ. Однако при этом методе возможно появление новых анодных участков, поэтому он применяется редко. Изолирующие соединения применяются для следующих целей: — электрического разъединения основной магистрали и трубой проводов-отводов с иными электрохимическими свойствами; — электрического разъединения изолированного трубопровода и сооружений, имеющих низкое переходное сопротивление (компрессорные и газорегулирующие станции, промысловые коммуникации, резервуары, предприятия, имеющие рельсовый электротранспорт и т. п.); — электрического разъединения трубопровода, имеющего катодную защиту, и объектов, не требующих катодной защиты. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 80 Электродренажная защита подземных трубопроводов В качестве изолирующих соединений используются изолирующие фланцы или муфты. Изолирующие соединения на магистральных трубопроводах монтируют в отдельных колодцах или укладывают в грунт, в последнем случае они должны быть тщательно изолированы. На станциях регулирования и компрессорных станциях изолирующие соединения, как правило, располагают на поверхности земли. Анодные зоны, которые могут возникнуть при установке изолирующих соединений, устраняют или применением токоотводов, или шунтированием соединения регулируемым резистором. Шунтирующий резистор подключают к контактным элементам изолирующего фланца или к трубе изолированным медным проводом сечением 25 — 35 мм 2 . При необходимости обеспечения протекания тока в одном направлении последовательно с резистором устанавливают диод на силу тока не менее 50 А. Отвод тока с трубопровода в грунт достигается установкой магниевых протекторов. В этом случае в анодной зоне создаются условия катодной защиты данного участка трубы. 4.2. Установки электродренажной защиты Влияние блуждающих токов можно предупредить или совсем устранить применением установок дренажной защиты (УДЗ), принцип работы которых заключается в устранении анодных зон на подземных трубопроводах при сохранении катодных зон. Этого достигают отводом (дренажом) блуждающих токов с участков анодных зон в рельсовую цепь электротяги или на сборную шину отсасывающих кабелей тяговой подстанции. В зависимости от условий применения дренажные установки можно разделить на четыре группы — прямые, поляризованные, усиленные электродренажные установки и поляризованные протекторные установки (рис. 18). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 81 Электродренажная защита подземных трубопроводов Рис. 18. Схемы электродренажных установок, применяемых для борьбы с блуждающими токами: а – прямой дренаж; б – поляризованный дренаж; в – усиленный дренаж;г – поляризованный протектор; С – сооружение; Р – рельс; 1 – дренажные кабели; 2 – плавкий предохранитель; 3 – полупроводниковый вентиль; 4 – усиленная дренажная установка; 5 – протектор Наиболее проста по конструкции установка прямого дренажа (рис. 18, а). Она позволяет регулировать реостатом и контролировать по амперметру величину дренажного тока. Прямой дренаж обладает двусторонней проводимостью, применяется в зонах, где потенциал сооружения по отношению к рельсам электрифицированного транспорта всегда положителен. Однако во время аварийных или ремонтных отключений тяговой подстанции возможно перераспределение участков нагрузки между сопряженными тяговыми подстанциями. Это может явиться причиной возникновения в прямом дренаже обратных токов и усугубить коррозионную опасность для трубопровода. Поэтому прямой дренаж применяется только при проведении опытных защит. Поляризованный электродренаж применяется когда потенциал защищаемого сооружения по отношению к грунте положительный или знакопеременный, а разность потенциалов сооружение - рельс больше разности потенциалов сооружение - грунт. Благодаря введению в схему вентильного элемента поляризованный дренаж обладает односторонней проводимостью, что исключает попадание блуждающих токов в сооружение Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 82 Электродренажная защита подземных трубопроводов по дренажному кабелю при изменении режима работы тяговых подстанций. Усиленный электродренаж (рис. 18, в) применяют, когда сооружение имеет положительный или знакопеременный потенциал по отношению к грунту, обусловленный действием источников блуждающих токов. Усиленный электродренаж представляет собой катодную установку, в которой отрицательный полюс присоединен к защищаемому сооружению, а положительный — к рельсам электрифицированного транспорта. Такой дренаж кроме отвода блуждающих токов от сооружения к рельсам обеспечивает дополнительную катодную защиту подземного сооружения. Все электродренажные установки на электрифицированных железных дорогах целесообразно подключать к средней точке путевого дросселя, Поляризованные протекторные установки (рис 18, г) представляют собой обычную систему протекторов, присоединяемых к защищаемому подземному сооружению через полупроводниковые вентильные элементы. Поляризованные протекторные установки наиболее рационально использовать для зашиты подземных сооружений от влияния блуждающих переменных токов. Они дают возможность через протектор снять с металлических конструкций анодный полупериод переменного тока и оставить на них, благодаря наличию в цепи вентильного элемента, катодный полупериод, который обеспечивает их автоматическую катодную защиту. Однако использование протекторных установок не нашло широкого применения. При сооружении установок дренажной зашиты необходимо выполнить следующие виды строительно - монтажных работ: разработку грунта под оборудование и кабельную линию; прокладку кабеля или воздушной линии; монтаж дренажного устройства и защитного заземления; установку контрольно – измерительного пункта и кабельной стойки; монтаж катодного вывода, электрических цепей дренажной установки, устройств грозозащиты, ограждения дренажного устройства; рекультивацию земель. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 83 Электродренажная защита подземных трубопроводов |