Ментюков И.В. Основы противокоррозионной защиты магистральных трубопроводов

Министерство образования и науки Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА Кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и хранилищ

И. В. Ментюков

ОСНОВЫ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Учебное пособие

Москва 2015

УДК 620.197.5:622.692.4(075)

Р е ц е н з е нт: А. Д. Решетников, канд. техн. наук, ВНИИГАЗ

Ментюков И. В. Основы противокоррозионной защиты магистральных трубопроводов: Учебное пособие. − М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015. − 67 с. Изложены методы проектирования, организации и технологии электрохимической защиты магистральных трубопроводов от коррозии. Подробно рассмотрены катодная, протекторная и электродренажная защиты подземных трубопроводов. Рассмотрена методика расчёта основных параметров катодной и протекторной защиты трубопроводов от коррозии. У чеб ное пос об ие предназначено для ст удент ов вузов, о бучающихс я по за оч ной и вечерней формам обучения по н ап ра вл ению 21.03.01 «Нефт егазов ое дело».

© И. В. Ментюков, 2015 © РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015

Введение Потери металла за счет продуктов коррозии составляют 8– 10 % от общего объема выплавляемого в стране. На восстановление промышленного оборудования, вышедшего из строя, каждый год расходуется до 20 % выплавляемого в стране металла, который направляется на переплавку. Кроме того, значительные убытки несут смежные предприятия из-за недопоставки топлива. На практике применяется пассивная и активная защита от коррозии. Пассивная защита – изоляция металла от активной окружающей среды различными изоляционными материалами. Активная защита – это электрические методы защиты металла, включая катодную, протекторную и электродренажную, которые обеспечивают практически 100% защиты металла. Стоимость активной защиты составляет 1–1,5 % стоимости сооружения трубопроводов. Пассивная защита в 9 раз дороже активнойl. В настоящее время широко используется комплексный метод защиты, благодаря чему существенно уменьшаются затраты на электроэнергию на устройство электрохимической защиты (ЭХЗ).

3

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА Коррозией металлов называется его самопроизвольное разрушение вследствие физико-механического взаимодействия с окружающей средой. Классификация коррозионных процессов По механизму протекания процессов различают следующие виды коррозии (рис. 1 и 2):

Рис. 1. Виды коррозии по механизму протекания

Коррозионная стойкость металла оценивается по двум показателям: весовому (а) и глубинному (б): а) Vкорв = (Р1 – Р2) / F t (г/м2 год], где Р1 – вес металла до испытания; Р2 – вес металла после испытания; F – площадь коррозии; t – время коррозии. б) Vкорг = 8,76Vкорв /γ (мм / год), где γ – удельный вес металла (г/см3). 4

По характеру протекания процесса коррозии:

Рис. 2. Виды коррозии по характеру протекания процесса коррозии

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ Основной причиной электрохимической коррозии металлов является термодинамическая неустойчивость его в окружающей среде. При погружении металла в электролит на его поверхности, вследствие физико-химических взаимодействий с окружающей средой, образуется двойной электрический слой. Основные причины возникновения двойного электрического слоя на поверхности металла: 1) переход положительно заряженных частиц из одной фазы в другую (двойной электрический слой образуется на границе двух фаз); 2) избирательная адсорбция заряженных частиц или полярных 5

молекул воды на поверхности металла (двойной электрический слой образуется в прилегающей зоне жидкой фазы); 3) совместное действие двух вышеизложенных причин. Чем более отрицателен потенциал металла, тем менее устойчив он в данной среде. Нормальный электрод сравнения (водородный нормальный электрод – ВНЭ) имеет потенциал, равный нулю. В практике трубопроводного строительства наибольшее распространение получил медносульфатный электрод сравнения – МСЭ (рис. 3).

Рис. 3. Конструкция медносульфатного электрода сравнения (МСЭ)

Потенциал для железа ЕМСЭ = – 0,5 В или ЕВНЭ = – 0,2 В. Величина электродного потенциала металла зависит от внутренних и внешних факторов. К внутренним факторам относятся: – природа металла; – строение кристаллической решетки; – состояние поверхности металла; – напряженное состояние металла. К внешним факторам коррозии относятся: – природа электролита; – температура электролита; – скорость движения электролита; – доступ воздуха к поверхности металла. 6

РАБОТА КОРРОЗИОННОГО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА Участок с более отрицательным потенциалом называется анодом и подвергается разрушению. В коррозионном элементе различают следующие процессы: А) анодный ne Me Mt+n на металле в растворе. Б) омический процесс – переток электродов с анодов на катод. Чем больше переток, тем выше скорость коррозии. В) катодный Д + ne = [neД]. В качестве деполяризаторов используют кислород и водород. Водородный деполяризатор: Н + + е = Н 0;

Н0 +Н0 = Н2.

.

Кислородный деполяризатор (в грунтах) при наличии щелочной среды вокруг катода: О2 +е +Н2О = 4 ОН–.

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО ЭЛЕМЕНТА 1. Наличие разнородных грунтовых участков (например, песок Е1 и глина Е2. 2. Контакт разнородных участков. 3. Среда, проводящая электрический ток. Сила тока коррозии определяется по формуле Iкор= (ЕК–ЕА) / R, где ЕК; ЕА – соответственно потенциал катода и анода; R – электрическое сопротивление грунта в месте контакта разнородных участков. 7

При этом следует отметить, для активной электрические методы защиты Ек = ЕА; Iкор = 0; для пассивной защиты при R

∝, Iкор

0.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ КОРРОЗИОННОГО ЭЛЕМЕНТА Поляризацией называется смещение потенциала электрода при протекании электротока в коррозионном элементе. Различают анодную и катодную поляризации. Анодная поляризация – это смещение потенциала в положительную сторону. Катодная поляризация – смещение потенциала в отрицательную сторону. Начальное значение потенциалов анода и катода – Е0А и Е0К, а значит ток коррозии составляет: Iкор = (Е0К – Е0А) / R. При замыкании и R = const: Iкор ≠ Iкор прибора. Причины анодной поляризации ● Несоответствие протекания двух реакций. ● Концентрационная поляризация (накопление положительно заряженных ионов у поверхности металла). Зависит от концентрации ионов у поверхности металла. ∆Е = а1 + в1 ln a1 / aп, где а1 и в1 – коэффициенты, зависящие от материала электрода; а1 – концентрация ионов у поверхности металла; ап – концентрация ионов в электролите.

8

Причины катодной поляризации ● Несоответствие протекания катодного процесса и омического. ● Диффузионная поляризация или недостаточный доступ кислорода воздуха к поверхности металла. Механизм (кинетика) протекания анодных и катодных процессов определяют по поляризационным кривым, представляющих графическое изображение зависимости потенциала от плотности тока, стекающего с анодных и катодных участков (рис. 4).

Рис. 4. Графическое изображение зависимости потенциала от плотности тока, стекающего с анодных и катодных участков

= tgα = PA – cопротивление протекания анодного процесса; = tg β = PK – сопротивление протекания катодного процесса Пологий характер поляризационных кривых указывают на легкость протекания реакции.

9

АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ КОРРОЗИОННОГО ТОКА Скорость коррозии можно определить по формуле: Vкор = К×Iкор, где К =Аt / Fn – коэффициент пропорциональности; А – атомный вес металла; t – время коррозии; F – число Фарадея; n – валентность металла. Ток коррозии определяется по формуле: Iкор = (ЕК – ЕА) / R или Iкор = (ЕК0 – ЕА0) / (R+PК+РА), где ЕК0, ЕА0 – начальные значения потенциалов анода и катода; R – сопротивление на границе различных грунтов; РК, РА – поляризуемость катода и анода ( сопротивление протекания катодного и анодного процессов). Предположим, что R = 0, тогда Iкор = (ЕК0 – ЕА0) / (РК + РА).

Рис. 5. Зависимость тока коррозии от потенциала двухэлектродной системы

Точка пересечения (s) анодных и катодных кривых определяет общий потенциал Ех и максимальный ток коррозии Iкор.max двухэлектродной системы. 10

ПОЧВЕННАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ Почвенная коррозия имеет электрохимическую природу. Ей присущи следующие особенности: 1) связь влаги с окружающей средой: А – физико-механическая связь (свободная вода в порах грунта); Б – физико-химическая связь (влага адсорбированная на поверхности грунта или металла); В – химическая (гидратированная) влага, входящая в химическое соединение Fe * nH2; 2) неоднородность структуры и состава грунта, как в микро-, так и в макромасштабах; 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 Условиями возникновения коррозии являются: – разнородность грунтовых участков, имеющих различные потенциалы, т.е. Е1 < E2; – разнородные грунтовые участки; – средства, проводящие электрический ток. Причины возникновения коррозионных элементов на трубопроводе ● Микронеоднородность состава металла (присутствие механических примесей в металле труб). Необходимо добиваться однородности металла труб. 11

● Наличие окалины на поверхности металла (микронеоднородность состояния поверхности металла). Следует удалять окалину с поверхности металла. ● Наличие продольных и поперечных сварных швов, являющихся наиболее опасными участками в трубопроводах. Следует добиваться, чтобы металл сварных швов был катодом (менее отрицательным, чем основной металл трубы). ● Различные напряженные состояния поверхности металла (растянутые участки имеют менее отрицательный потенциал). ● Различная глубина заложения трубопровода. ● Чередование грунтов с различными физико-химическими свойствами (рис. 6).

Рис. 6. Условие возникновения коррозионной пары на границе разнородных грунтов (Е1 > Е2 разрушается анод)

● Температура. С увеличением температуры происходит усиление анодных процессов, т.е. увеличивается скорость коррозии.

СООРУЖЕНИЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ Для сооружения электрохимической защиты (ЭХЗ) магистральных трубопроводов от коррозии применяют установки катодной, протекторной, дренажной защиты, электрические пере12

мычки и сопутствующие им конструктивные узлы типового проектирования и изделия централизованного изготовления. Оборудование, изделия и материалы, применяемые при монтаже ЭХЗ, должны соответствовать спецификациям проекта, государственным стандартам или техническим условиям и иметь соответствующие сертификаты, технические паспорта, удостоверяющие качество оборудования, изделий и материалов. Монтаж ЭХЗ преимущественно выполняют с помощью механизированных методов с применением укрупненных узлов. При этом должны быть предусмотрены: – высокая степень готовности монтажных конструкций и узлов, которые собирают и изготовляют в монтажно-заготовительных мастерских, исключая доводочные операции при монтаже и установке этих конструкций и узлов в проектное положение; – применение при монтаже механизированного инструмента, специальных приспособлений, машин, механизмов; – рациональное совмещение строительных и монтажных работ. Работы по сооружению ЭХЗ осуществляют в две стадии. На первой стадии выполняют: – разметку трасс, ЛЭП и кабелей, подготовку строительной площадки; – разработку грунта под монтаж оборудования и токопроводящих линий; – прокладку подземных кабелей; – монтаж катодных и контрольных электрических выводов от трубопровода; – доставку или закладку в сооружаемые фундаменты несущих опорных конструкций, подставок, рам для монтажа оборудования. Работы первой стадии ведут одновременно с основными строи13

тельными работами на линейной части магистральных трубопроводов. На второй стадии осуществляют работы по установке оборудования, подключению к нему электрических кабелей, проводов и индивидуальное опробование электрических коммуникаций и установленного оборудования работы. На второй стадии выполняют, как правило, после окончания основных видов строительных работ и совместно со специализированными организациями, осуществляющими пуск и опробование установок ЭХЗ по совмещенному графику. Части установок ЭХЗ, которые размещены под землей, засыпают только после того, как они освидетельствованы, получено письменное согласование на их засыпку от представителей заказчика и оформлен акт на открытые работы. Разметку мест установки устройств ЭХЗ (если они не указаны в проекте) осуществляют заказчик и проектная организация при участии фирмы, монтирующей ЭХЗ в сроки, согласованные заинтересованными сторонами. Устройство всех установок (сооружений) ЭХЗ трубопроводов и питающих линий электропередачи, а также их включение и наладка должны быть полностью закончены к моменту сдачи трубопровода в эксплуатацию. Сроки пуска, опробования и сдачи ЭХЗ, по мере укладки участков трубопровода в грунт, должны соответствовать требованиям СНиП Ш-42-80. При сооружении ЭХЗ следует соблюдать требования к монтажу отдельных видов оборудования ЭХЗ, установленные в технической документации заводов-изготовителей оборудования, в технических условиях и других нормативных документах, утвержденных в установленном порядке. 14

КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ Физико-химические свойства грунтов изменяются в очень широких пределах не только по структуре, плотности и влажности, но и по составу. Из минеральных солей в грунте содержатся хлориды, сульфаты, карбонаты, соли кальция, магния, натрия, фосфора, калия и др. Из водорастворимых органических соединений грунты содержат органические кислоты (гуминовые, аминовые и др.) и их соли. При контакте металла трубы с минеральными солями и органическими соединениями грунтов возникает разность потенциалов (принцип действия гальванического элемента), которая приводит к интенсивной коррозии трубопровода. Коррозионная активность грунтов, в зависимости от их химического состава, приведена в табл. 1. Таблица 1 Коррозионная активность грунтов в зависимости от их химического состава Количество органических веществ (гумуса), %

Концентрация водородных ионов (значение рН)

Степень коррозионной активности

100 20–100 10–20 5–10 100

−

100

0,9–10

Сталь в коксовой засыпке

> 20

Малоувлажненые грунты

100

1–1,5

Сталь в коксобетоне

> 20

Болотистые и обводненные грунты

80

0,6–1,2

Железокремний

< 30

Малоувлажненные грунты

100

0,3–0,6

Железокремний в коксовой засыпке

< 30

То же

80

0,12–0,2

Графитированный

< 100

То же

80

0,9–1,2

Графитированный в коксовой засыпке

< 50

Маловлажные грунты

80

0,2–0,5

Графитопласт

< 50

Влажные грунты

40

0,7–1

Графитопласт в коксовой засыпке

< 30

Маловлажные грунты

40

0,5–0,8

19

Анодные заземлители типа АК предназначены для устройства заземлений в установках катодной защиты трубопроводов, коммуникациях насосных и компрессорных станций. Таблица 4 Техническая характеристика анодных заземлителей типа АК Заземлители

АК-1

АК-3

Скорость растворения электрода при анодной плотности тока 10 мА/м2, кг/(А-год)

1

2

Наполнитель Электрод

Спрессованная коксовая мелочь с ингибитором Стальной

Железнокремниевый

50 1400

40 1400

21

12

185 1420

185 1420

Масса заземлителя, кг

60

53

Срок службы, год

5–8

25–30

Размеры электрода, мм: диаметр длина Масса электрода, кг Размеры заземлителя, мм: диаметр длина

Электроды типа ЭГТ состоят из углеграфитовой трубы, соединителя-токовода и кольца. В таблице 5 приведены электрические сопротивления электродов марки ЭГТ.

20

Таблица 5 Электрическое сопротивление в зависимости от длины электродов марки ЭГТ Длина электрода, мм

Электрическое сопротивление, Ом, не более

1000

0,36

1450

0,38

2000

0,4

2500

0,44

2900

0,5

Катодный вывод трубопровода – контактное устройство, выведенное на поверхность земли при помощи изолированного провода и предназначенное для электрических измерений на трассе и подключения к трубопроводу СКЗ. Расчет катодной защиты сводится к решению двух задач: 1) определение мощности катодной станции для защиты магистрального трубопровода известной протяженности; 2) определение зоны защиты катодной станции известной мощности. Методика расчета СКЗ приведена в работе [5]. Анодное заземление станции катодной защиты Анодное заземление служит для создания электрической цепи между окружающим грунтом и трубопроводом (рис. 8).

Рис. 8. Схема вертикального группового анодного заземления СКЗ 21

К анодному заземлению предъявляются следующие требования: ● Растекание тока цепи анодного заземления должно быть минимальным – RAH.З = 0,5–1,0 Ом. 2. ● Материал анодного заземления должен быть долговечным и недефицитным. Долговечность материала определяется электрохимическим эквивалентом g = кг/А-год (от 1 до 10). ● Минимальная стоимость и недефицитность материала. ● Простота установки анодного заземлителя (при выполнении строительно-монтажных работ). ● Анодное заземление должно иметь наименьшие габариты, что особенно важно в городских условиях. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Рис. 9 . Классификация источников питания СКЗ

Основными источниками питания СКЗ являются сетевые выпрямители, на их долю приходится около 91 % (рис. 9). 22

Ветроэлектрогенераторы, ДВС и турбоэлектрогенераторы могут быть постоянного и переменного тока, тогда как термоэлектрогенераторы – постоянного тока. На эти источники питания СКЗ приходится около 9 %. Сетевые источники питания включают: – силовую часть, это трансформатор, понижающий напряжение сети переменного тока 220 (127) В до 48 В; – выпрямительный блок; – блок контрольно-измерительных приборов. В настоящее время выпускается 4 типа катодных сетевых станций в зависимости от их мощности: Мощность, Вт

Сила тока, А

КСС-150 КСС-300 КСС-600 КСС-1200

12,5 25 50 100

Напряжение на Габариты, мм выходе, В 12,5 12 12

460×563×290 515×595×315 590×713×345 934×813×472

Автономные источники питания Ветроэлектрогенераторы – работают при скорости ветра не менее 5–6 м/с. Наиболее распространенными являются ВДУ-35 и ВЭ-5. Электрогенераторы с ДВС – требуется постоянное присутствие рабочего персонала. Термоэлектрогенераторы – (термопара) – сжигается газ для подогрева одного конца термопары до температуры 300–400 °С. При этом холодный конец термопары имеет температуру 30– 40 °С. 23

Турбоэлектрогенераторы используют кинетическую энергию перекачиваемого продукта (турбина устанавливается в трубопроводе). В настоящее время эти турбины устанавливают на байпасах. Мощность таких генераторов зависит от перепада давления. Электрохимические элементы (аккумуляторы) – из-за малых напряжений и емкости могут применяться только в качестве вспомогательных или временных (аварийных) источников питания СКЗ.

ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ПОЧВЕННОЙ КОРРОЗИИ Протекторная защита применяется в тех местах, где отсутствуют источники электроэнергии. Работа протекторной защиты основана на принципе работы гальванического элемента. Принципиальную схему протекторной защиты трубопроводов можно проиллюстрировать следующим образом (рис. 10).

Рис. 10. Схема протекторной защиты

Средний срок службы протектора – 5–10 лет. Требования, предъявляемые к материалу протектора ● Должен иметь более отрицательный потенциал, чем потенциал трубопровода. 24

● На поверхности протектора не должны образовываться плотные окисные пленки (материал протектора должен иметь малую анодную поляризуемость). ● Должен иметь высокий КПД, т.к. происходит самокоррозия протектора. ● Должен иметь высокую удельную токоотдачу g max [А·ч/кг]. ● Количество электроэнергии с единицы веса (токоотдача) должна быть максимальной при минимальной стоимости. В качестве материалов протекторов используются алюминий, цинк и магний, а также сплавы на их основе. Для эффективной работы протекторов в различных почвенных условиях их помещают в специальную среду, называемую активатором. Для магниевых сплавов (наиболее широко применяемым) активатор состоит из солей: MgSO4 (20%), Na2SO4 (15 %), CaSO4 (15 %), глина и вода (50 %). Протекторная защита трубопроводов в трассовых условиях осуществляется двумя путями: – равномерной установкой одиночных протекторов; – групповой установкой протекторов (рис 11). Электрические измерения при протекторной защите (контроль работы) необходимо проводить два раза в год – весной и осенью.

Рис. 11. Принципиальная схема протекторной защиты: 1 – трубопровод, 2 – контрольно-измерительный пункт, 3 – дренажный кабель, 4 – протектор, 5 – активатор 25

Порядок работ при этом таков – определяется: – естественный потенциал трубопровода вдоль всей трассы относительно земли; – потенциал трубы относительно протектора при размыкании контактов; –потенциал отключенного протектора относительно земли (остаточный ресурс протектора); – величина тока в цепи протектор-трубопровод; – сопротивление цепи трубопровод-протектор (обрыв цепи). 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 патронов (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. Протекторная защита может быть в виде одиночных или групповых установок. Выбор типа и схемы расстановки протекторов осуществляется с учетом конкретных условий прокладки трубопровода (табл. 6. и 7).

26

Тип и размеры магниевых протекторов Размеры, мм

Таблица 6

Масса, кг

Рабочая поверхность, м2

500

5

0,16

100

600

10

0,23

150

610

20

0,35

Тип протектора

Диаметр

Длина

ПМ-5

90

ПМ10 ПМ20

Таблица 7 Тип и размеры упакованных протекторов (с засыпкой) Тип упакованного протектора

Размеры активатора (засыпки), мм

Масса, кг

Диаметр

Длина

ПМ5У

165

580

16

ПМ10У

200

700

30

ПМ20У

270

710

60

РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ (ЭЛЕКТРОДРЕНАЖНАЯ ЗАЩИТА) Станции дренажной защиты предназначены для отвода (дренажа) блуждающих токов с трубопровода в рельсовую часть цепи электротяги или на сборную шину отсасывающих кабелей тяговой подстанции. Состав станций: электродренажная установка, катодный вывод трубопровода, контактное устройство с рельсовой цепью, соединительные электролинии (дренажные кабели, шины, провода). На практике для защиты трубопроводов от блуждающих токов применяются прямой, поляризованный и усиленный автоматические дренажи (рис. 12). 27

Рис. 12. Принципиальная схема прямого электрического дренажа: 1 – трубопровод; переменное сопротивление; 2 – переменное электрическое сопротивление; 3 – клеммы для подключения шунта амперметра; 4 – выключатель; 5 – плавкий предохранитель; 6 – рельс электрифицированной дороги

Для разработки проектов дренажной защиты трубопроводов от источников блуждающих токов необходимы: 1. Схема питания контактной сети. 2. Данные сближения электрифицированного участка пути с проектируемым трубопроводом. 3. Расположение тяговых подстанций и отсасывающих пунктов вдоль электрифицированной железной дороги. 4. Расчетный ток нагрузки каждой тяговой подстанции, а также характер принятой расчетной нагрузки (сосредоточенная или равномерно распределенная). 5. Тип рельсов, уложенных на участке сближения трубопровода с электрифицированным транспортом. 6. Количество параллельно проложенных путей (однопутных, двухпутных или более). 7. Продольное сопротивление линии рельсов постоянному току. 8. Количество шпал на одном километре пути и состояние верхнего строения пути. 28

Исходными данными для расчета дренажной защиты по трубопроводу являются: – удельное сопротивление грунта; – конструкция, состояние, вид и сопротивление изоляционного покрытия; – расстояние между трубопроводом и электрифицированным транспортом; – продольное сопротивление рельсов; – глубина заложения трубопровода. Расчет дренажной защиты заключается в определении силы дренажного тока, дренажного сопротивления и потенциала. Методы защиты трубопроводов от блуждающих токов Исходя из условия распространения блуждающих токов и природы электрокоррозии различают две группы мер защиты трубопроводов. Первая группа включает комплекс мер, направленных на уменьшение блуждающих токов в земле. К ним относятся приспособления, применяемые на источниках блуждающих токов и уменьшающие утечку тока в землю, а следовательно, и блуждающих токов, попадающих в подземное сооружение. К числу основных мер ограничения блуждающих токов относится увеличение: переходного сопротивления между рельсами и землей, проводимости рельсового пути, числа и проводимости отсасывающих линий, числа тяговых подстанций, а также изоляция рельсов и ферм мостов и контактных опор. Увеличение переходного сопротивления между рельсами и землей может быть достигнуто с помощью: – устройства электроизолирующего основания рельсового пути; 29

– укладки рельсов на щебеночный балласт и пропиткой шпал электроизолирующим составом; – изоляции электрифицированных путей от неэлектрифицированных и от металла сооружений, арматуры, конструкций и контуров заземления. Увеличение проводимости рельсового пути можно осуществить путем: – увеличения поперечного сечения рельсов, т.е. применением рельсов более тяжелых типов; – сварки стыков и устройством стыковых соединений сооружений сопротивление которых не должно превышать сопротивление рельса длиной 3 м; – устройства межпутных обходных и межрельсовых соединений. Вторая группа мер. Это способы защиты от блуждающих токов, применяемые на подземных трубопроводах: – снижение попадания блуждающих токов из грунта в металл; – увеличение переходного сопротивления трубопровода (пассивная изоляция); – увеличение продольного сопротивление трубопровода. ВЫБОР СХЕМЫ И МЕСТА УСТАНОВКИ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ Выбор схемы защиты трубопроводов от коррозии блуждающими токами основан на определении анодных, катодных и знакопеременных зон по номограмме. Различают три типа участков с различным токораспределением: I тип – с двумя анодными и двумя катодными зонами; II тип – с неустойчивой анодной зоной; III тип – с устойчивой анодной зоной. Для участков с токораспределением I типа следует преду30

сматривать электродренаж для каждой анодной зоны. Для участков II и III типов токораспределения следует устанавливать один электродренаж, предусмотрев при этом возможность его усиления на участке II типа. Электротехнические дренажи следует предусматривать в анодных и знакопеременных зонах преимущественно в местах сближения железных дорог с трубопроводом (до 2,0–3,0 км). При прохождении трубопровода вблизи тяговых подстанций (контактный провод электрифицированной железной дороги соединен с плюсовой шиной тяговой подстанции), если подключение установок поляризованных дренажей к пункту присоединения отрицательных питающих линий к рельсам не обеспечит защиту трубопровода, то необходимо предусмотреть установку поляризованного дренажа с подключением к минусовой шине тяговой подстанции (рис. 13).

Рис. 13. Принципиальная схема поляризованного электрического дренажа: 1 – трубопровод; 2 – переменное сопротивление; 3 – клеммы для подключения шунта амперметра; 4 – выключатель; 5 – плавкий предохранитель, 6 – рельс электрифицированной дороги; 7 – выпрямитель

Усиленный дренаж следует применять: – при наличии нескольких источников блуждающих токов; – при знакопеременных потенциалах на знакопеременных коммуникациях; – при значительных (более 3,0–5,0 км) расстояниях от защищаемого объекта до источника блуждающего тока. 31

КАТОДНАЯ ЗАЩИТА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Параллельные трубопроводы должны быть совместно защищены от коррозии блуждающими токами с целью исключения вредного влияния действия защитных устройств одного трубопровода на другой и резервирования средств защиты. Размещение СКЗ на параллельных трубопроводах следует производить по минимальной длине защитной зоны в расчете на 10 лет эксплуатации. В точке дренажа параллельных трубопроводов следует предусматривать электрическую перемычку на случай отказа одной из защитных установок. Если между трубопроводами имеются технологические перемычки в точке дренажа или не далее 1/3 плеча защитной зоны от точки дренажа, то электрические перемычки не следует устанавливать. Если для каждого из параллельно проложенного трубопровода требуется ток более 30 А, то катодные станции следует устанавливать на каждом трубопроводе, а точки дренажа соединять перемычками.

ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ (ЭХЗ) Независимо от коррозионной активности грунтов, трубопроводы и другие сооружения, за исключением надземных, необходимо обеспечит ЭХЗ от коррозии. В условиях повышенной коррозионной опасности, например, в солончаках с сопротивлением грунтов до 20 Ом·м, на участках, где не менее 6 месяцев в году уровень грунтовых вод находится 32

выше нижней образующей трубопровода, и с температурой эксплуатации +40 °С и выше следует предусматривать резервирование средств ЭХЗ. Контуры защитных заземлений технологического оборудования, расположенного на компрессорных, газораспределительных, насосных станциях, не должны оказывать экранирующего влияния на систему электрохимзащиты коммуникации. Установку анодных заземлений и протекторов следует предусматривать ниже глубины промерзания грунта − в местах с минимальным удельным сопротивлением. Для подземных и наземных трубопроводов, прокладываемых в районах распространения вечномерзлых грунтов, должна предусматриваться ЭХЗ независимо от коррозионной активности грунтов. Катодную защиту следует применять для трубопроводов, вокруг которых грунт промерзает в зимний период («холодные» участки). При отсутствии источника электроэнергии на «холодных» участках допускается вместо катодных станций применять протяженные протекторы. Протекторную защиту, в том числе и протяженными протекторами, можно применять на любых участках трубопровода, где грунт находится в талом состоянии. В установках катодной защиты следует применять протяженные, свайные или глубинные заземления. В местах подключения дренажного кабеля к анодному заземлению должен быть предусмотрен опознавательный знак. На участках подземной прокладки соединительного кабеля в цепи «анодное заземление (установка катодной защиты) – трубопровод» следует использовать кабель только с двухслойной полимерной изоляцией. Устройство всех установок ЭХЗ и питающих линий, а также 33

их включение и наладка должны быть полностью закончены к моменту сдачи трубопровода в эксплуатацию. Устройства ЭХЗ в зонах блуждающего тока следует включать в работу не позднее месяца после укладки трубопровода, а во всех остальных случаях – до начала работы рабочих приемочных комиссий. Контрольно-измерительные пункты (КИП) по трассе трубопровода должны быть смонтированы и опробованы строительной организацией до проверки изоляционного покрытия методом катодной поляризации. Присоединение перемычек и проводов КИП к другим сооружениям, присоединение дренажного кабеля к токоведущим частям электрифицированного рельсового транспорта (электрифицированных железных дорог, трамвая) необходимо производить с разрешения и в присутствии представителя соответствующей эксплуатирующей организации. Приварку проводов ЭХЗ и КИП к трубопроводу следует производить: – термитной или электродуговой сваркой к поверхности трубопровода – для труб с нормативным временным сопротивлением разрыву менее 539 МПа; – только термитной сваркой с применением медного термита к поверхности трубопровода или электродуговой сваркой к продольным или кольцевым швам – для труб с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа и более. При сооружении установок ЭХЗ допускаются следующие отклонения от мест их размещения и подключения, предусмотренные проектом: – для катодных станций, электродренажей и глубинных анодных заземлителей – не более 0,5 м; 34

– для протекторов и анодных заземлителей, а также мест подключения соединительного кабеля к трубопроводу и КИП – не более 0,2 м. Места подключения соединительных проводов и дренажных кабелей к трубопроводу должны быть не ближе 6 м от ближайшего КИП. При установке заземлителей, протекторов и укладке соединительных кабелей и проводов в траншею допускается увеличение проектной глубины заложения не более 0,1 м, уменьшение проектной глубины заложения не допускается. При пусконаладочных работах для каждой установки ЭХЗ необходимо: – определить протяженность зоны защиты и потенциала «труба – земля» в точке дренажа каждой катодной установки при проектной силе тока; – определить потенциалы «труба – земля» в точке дренажа и силу тока защитной установки при максимальном, минимальном и промежуточном режимах выходного напряжения установки ЭХЗ; – оценить влияние работы защитной установки на сложные подземные коммуникации и кабели связи при проектном режиме работы. Фактическая протяженность защитной зоны каждой установки ЭХЗ, определенная в процессе выполнения пусконаладочных работ для половины ее максимального напряжения, должна быть не менее проектной. При этом потенциал «труба – земля» в точках дренажа должен соответствовать требованиям ГОСТ 9.015–74. По мере готовности отдельных установок ЭХЗ строительномонтажная организация должна выполнить: – измерение сопротивления растеканию анодных и защитных 35

заземлений, сопротивления кабельных линий, которые не должны превышать проектные значения; – измерение сопротивления изоляции кабеля, которое должно быть не менее проектных и паспортных значений; – проверку электрического контакта КИП; – испытание трансформаторного масла, которое должно соответствовать техническим условиям; – проверку стрел провеса проводов воздушных линий электропередач, которые не должны превышать проектные значения более чем на 5 %. Работы по опробованию необходимо выполнить в два этапа: индивидуальное опробование отдельных защитных установок и комплексное опробование системы ЭХЗ от коррозии всего объекта в целом. Индивидуальное опробование отдельных установок ЭХЗ выполняет строительно-монтажная организация в присутствии представителей заказчика и заинтересованных организаций, в соответствии с требованиями завода-изготовителя и проекта, не ранее чем через 8 дней после окончания монтажа анодного заземления. При этом должно быть полное соответствие фактического значения сопротивления растеканию защитного и анодного заземлений проектным значениям. Испытание катодных установок проводят в течение не менее 72 часов в максимальном режиме, после чего проверяют состояние всех узлов и элементов защитной установки, оформляют паспорт на каждую установку и составляют акт приемки. При опробовании совместной ЭХЗ двух и более объектов необходимо также составить акт об отсутствии вредного влияния устройств защиты. Работы по комплексному испытанию системы ЭХЗ и определение ее готовности к эксплуатации выполняет за36

казчик совместно со строительной и другими заинтересованными организациями. После завершения комплексного опробования системы ЭХЗ от коррозии объекта в целом необходимо составить акт рабочей комиссии о приемке законченной строительством системы ЭХЗ с рекомендациями по эксплуатации. СОСТАВ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ ПРИ СООРУЖЕНИИ УСТАНОВОК ЭХЗ Работы по сооружению системы ЭХЗ подземных трубопроводов осуществляют в два этапа. Первый – разметка и подготовка трассы, разработка грунта под монтаж оборудования и токопроводящих линий, прокладка подземных кабелей, монтаж катодных и контрольных выводов от трубопровода, установка или закладка в фундаменты опорных конструкций, подставок, рам для монтажа оборудования. Второй – установка оборудования, подключение к нему электрических кабелей, перемычек, проводов и индивидуальное их опробование (эти работы выполняются после окончания основных видов строительно-монтажных работ одновременно со специализированными и пусконаладочными работами). В местах технологических разрывов трубопроводов за исключением концевых стыков, предусмотренных проектом производства работ, необходимо обеспечить электрическую замкнутую цепь путем приварки металлической перемычки сечением 25 мм2 из алюминия или 200 мм2 из стали. После устранения технологического разрыва перемычку необходимо удалить. Засыпку подземных элементов установок ЭХЗ следует производить после их освидетельствования и по разрешению представителя заказчика. 37

Защита участков трубопровода в зоне действия блуждающих токов должна быть построена в полном объеме и в соответствии c проектом. Строительство электрозащиты участков, подлежащих приемке рабочей комиссией, следует вести одновременно со строительством трубопровода. Порядок работ такой: – сооружение и монтаж отдельных защитных установок при одновременном строительстве нескольких трубопроводов, защищяемых этими установками; – промежуточная сдача-приемка отдельных установок и ввод их в действие по завершении строительства соответствующих этим установкам участков; – отключение защитных установок на участке, подлежащем приемке рабочей комиссией, и заварка стыков на концах зон защитных установок; – пуск и опробование средств защиты участка трубопровода, подлежащего приемке рабочей комиссией; – сдача ЭХЗ заказчику. При сооружении установки катодной защиты необходимо выполнить следующие работы: – разработку грунта под оборудование, кабельную или воздушную электролинии с последующей их прокладкой; – монтаж преобразователя; – сооружение анодного и защитного заземления, грозозащиты; – установку КИП; – монтаж катодного вывода, электрических цепей катодной установки, ограждения преобразователя катодной установки; – рекультивацию земли. Сооружение воздушных линий электропитания для СКЗ необходимо вести в следующем порядке: разбивка трассы с указанием места установки опор; вырубка просек; вывозка опор; разработка 38

грунта (бурение скважин); установка опор с монтажом арматуры и проводов; выполнение спусков к устройству СКЗ. При сооружении защитного заземления необходимо выполнить следующие работы: разработку траншеи; установку (в грунт) вертикальных или укладку в траншею горизонтальных заземлителей; укладку в траншею магистрального проводника; соединение проводника с электродами-заземлителями и заземляемой конструкцией; изоляцию мест сварных соединений; засыпку траншеи с последующим уплотнением; покраску подземной части заземляющего проводника. При сооружении установок дренажной защиты необходимо выполнить следующие строительно-монтажные работы: разработку грунта под оборудование и кабельную линию; прокладку кабеля или воздушной линии; монтаж дренажного устройства и защитного заземления; установку КИП и кабельной стойки; монтаж катодного вывода, электрических цепей дренажной установки, устройств грозозащиты, ограждения дренажного устройства; рекультивацию земель. При сооружении протекторной защиты необходимы: в случае горизонтальной укладки протекторов – разработка траншеи с последующей укладкой протекторов и кабеля; соединение проводников протектора с магистральным кабелем; изоляция мест соединения; установка КИП с подсоединением кабеля; заливка кабелей битумной мастикой; заливка протекторов жидким грунтовым раствором; засыпка траншеи с послойным уплотнением; в случае вертикальной установки протекторов – разработка траншеи под укладку кабеля; бурение скважин под установку протекторов; установка протекторов с центровкой и фиксацией; укладка кабеля; подсоединение проводников от протекторов к магистральному кабелю с изоляцией мест соединения; установка 39

КИП и подсоединение к нему кабеля; заливка кабеля битумной мастикой; заливка скважины с протекторами жидким грунтовым раствором; засыпка скважины и траншеи с послойным уплотнением. При строительстве и монтаже КИП необходимо: отрыть котлован; протянуть кабели или провода в полость стойки пункта; установить стойку в котлован и засыпать его с послойным уплотнением; подсоединить кабели или провода к клеммам панели; выполнить маркировку кабелей (проводов) и клемм, соответствующую схеме соединения; масляной краской нанести порядковый номер пункта; закрепить грунт вокруг пунктов в радиусе 1 м.

КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРИ МОНТАЖЕ ВОЗДУШНЫХ ТОКОПРОВОДОВ Соединение проводов овальными соединителями Соединение проводов овальными соединителями (табл. 8), как правило, проводят методом скрутки с помощью приспособлений МИ-189А и МИ-230А. Подготовка к монтажу проводов в овальном соединении методом скрутки должна происходить в такой последовательности: – очистка от грязи или защитной смазки овального соединения и соединяемых участков проводов и промывка их бензином; – нанесение на поверхность соединяемых участков проводов нейтрального вазелина; – удаление под слоем вазелина оксидной пленки металлической щеткой.

40

Таблица 8 Овальные соединители и приспособления Марка провода

Марка соединителя

Тип приспособления

Ас-10

СОАС-10-2А

МИ-189А

АС-16

СОАС-16-2А

-«-

А-16

«

«

АС-25

«

«

А-25

СОАС-25-2А

«

АС-35

СОАС-35-2А

«

АС-50

«

«

А-50

СОАС-50-2А

«

АС-70

«

«

А-70

СОАС-70-2А

МИ-230А

АС-95

«

«

А-95

СОАС-95-2А

«

Подготовленные провода следует ввести в овальный соединитель (МИ-189А или МИ-230А) внахлест с двух сторон так, чтобы концы их выступали на 20–40 мм. Соединение алюминиевых и сталеалюминиевых проводов термитно-муфельной сваркой Алюминиевые и сталеалюминиевые провода воздушных токопроводов, ка правило, следует соединять методом термитномуфельной сварки со сдавливанием жил (с осадкой) термитными патронами марки АС с применением сварочных клещей АТСП 50-185. Сварные контактные соединения при монтаже воздушных токопроводов выполняют в такой последовательности: провода выправляют, отторцовывают и зачищают стальной щеткой из кардоленты; подготовленные к сварке провода вставляют в кокиль 41

термитного патрона и устанавливают в зажим сварочных клещей (патрон подбирают в зависимости от сечения свариваемых проводов). Сечение свариваемых жил, мм2 ………….. Марка патрона…………………………… Сечение свариваемых жил, мм2 ………… Марка патрона……………………………

35 АС-35 70 АС-70

50 АС-50 95 АС-95

Муфель термитного патрона зажигают термитной спичкой и одновременно закрывают защитный кожух на сварочных клеммах; через 1–2 мин после зажигания термитного патрона клещи сжимают; когда муфель термитного патрона потемнеет, удаляют со сварного соединения клещи, муфель термитного патрона и кокиль. При сварке токопроводов протекторных установок, в зависимости от сечения свариваемых жил, используют различные марки термитных патронов (табл. 9). Таблица 9 Марка термитного патрона при сварке токопроводов протекторных установок Сечение свариваемых жил, мм2

Марка патрона

1×25

АС-35

1×50 или 2×25

АС-70

1×70 или 3×25

АС-95

1×95

АС-120

1×120

АС-150

1×150

АС-185

1×185

АС-240

Контактные соединения алюминиевых кабелей с трубопроводом выполняют термитной сваркой. Катодные и дренажные выводы от труб приваривают электродами фтористо-кальциевого 42

типа марок УОНИ диаметром 3 мм при силе тока не более 120 А. Между собой кабели соединяют методом опрессовки. Так опрессовку применяют при соединении алюминиевых кабелей сечением 16 – 240 мм. КОМПЛЕКТ МАШИН И СОСТАВ БРИГАД ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ЭХЗ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Строительство всех запроектированных установок ЭХЗ ведет специализированная бригада, выполняющая все виды работ – земляные, сварочные, монтажные и наладочные. Комплект машин и механизмов для сооружения средств ЭХЗ включает экскаватор цепной ЭТЦ-161, бурильно-крановую машину БКГМ-161, электростанцию ПЭС-15М, сварочный агрегат ПСО-300А, одноосный прицеп ГАЗ-704, автокран ПК-2, автомашину легковую специальную УАЗ-4521, автомашину бортовую ГАЗ-66, комплект приспособлений для термитной сварки, набор инструментов для пайки проводов, битумоплавильный котел ИСТ-3Б, вагон-домик, трактор-тягач К-700. Таблица 10 Состав специализированной бригады по монтажу устройств ЭХЗ Профессия Бригадир Машинист экскаватора Машинист бурильной установки Электросварщик Электролинейщик Изолировщик Машинист автокрана Тракторист Шофер

Разряд, класс VI V V V ΙΙΙ V V V ΙΙ 43

Число рабочих 1 1 1 1 2 1 1 1 2

При использовании машины МЗК-2 (кабелеукладчика) из комплекта машин исключается: цепной экскаватор, электростанция и сварочный агрегат. Состав специализированной бригады по сооружению ЭХЗ приведен в табл. 10. СДАЧА ЗАКАЗЧИКУ СИСТЕМЫ ЭХЗ Сдача системы ЭХЗ заказчику допускается только после окончания опробования всех средств ЭХЗ. К работам по сдаче системы ЭХЗ 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 ч председатель приемочной комиссии обязан оформить акт сдачи-приемки объекта заказчику. Система ЭХЗ данного участка может быть принята заказчиком при соблюдении следующих условий: А) минимальная разность потенциалов трубопровод – земля на протяжении всего участка должна быть не ниже проектной; Б) запас мощности СКЗ и дренажных установок должен составлять не менее 35 %; В) исключено вредное влияние на другие сооружения. Сдачу системы ЭХЗ оформляют актом о приемке системы ЭХЗ участка трубопровода. К акту обязательно должны быть приложены следующие документы: Потенциальная диаграмма участка (в виде графика), на которой должно быть отражено распределение естественной и наложенной разности потенциалов труба – земля; – пусковые характеристики средств ЭХЗ. 44

Акт сдачи приемки и все приложения к нему составляют в 4-х экземплярах, из которых: – первый представляют на рассмотрение и утверждение в организацию, назначившую комиссию; – второй оставляют у организации-заказчика (владельца объекта); – третий передают строительно-монтажной организации; – четвертый получает энергоснабжающая организация. Акты сдачи-приемки рассматривает и утверждает организация, назначившая рабочую комиссию, не позднее чем в двухнедельный срок со дня представления на утверждение. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИ СООРУЖЕНИИ ЭХЗ Контролируемые параметры ЭХЗ трубопроводов Значения контролируемых параметров ЭХЗ (табл. 11) 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. При сооружении устройств катодной защиты подземных магистральных трубопроводов должно быть выдержано среднее значение защитного потенциала не менее – 9,85 В. На действующих стальных трубопроводах, не оборудованных КИП, для измерения поляризационных потенциалов допускается осуществлять катодную поляризацию так, чтобы среднее значение потенциалов трубы по отношению к медносульфатному электроду сравнения (включающие поляризацию и омическую составляющую) находилось в пределах от –1 до –3,5 В. 45

Таблица 11 Контролируемые параметры ЭХЗ трубопроводов Пределы измерения

Контролируемые параметры

минимальный

максимальный

0,5·10-3

20

Разность потенциалов труба – земля, В

0,5

10

Удельное электросопротивление грунта, Ом·м

0,1

100·103

Сила тока в цепи труба – земля для изолированного трубопровода, А

В зависимости от грунтовых условий и состояния изоляционного покрытия трубопровода, требуемая плотность катодного тока изменяется в широких пределах и является функцией суммарной площади оголения поверхности трубопровода.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОСНАЩЕННОСТЬ КОНТРОЛЯ ЗАЩИТЫ В настоящее время имеется достаточная номенклатура технических средств измерений и контроля параметров и защиты трубопроводов от коррозии. Рассмотрим кратко технические характеристики основных средств измерений, 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. Компактность прибора, небольшая масса, универсальность питания позволяют использовать его в полевых условиях. Все операции – определение времени пропускания поляризующего тока через образец, извещение оператора звуковой и свето46

вой сигнализацией о насыщении грунта током, фиксация результатов разности потенциалов в момент разрыва поляризующей цепи «электродной памятью» – осуществляются автоматически. Техническая характеристика КАГ-2 Класс точности…………………………………. 1,5 Пределы измерения: по напряжению, мВ……. 0–800 по току, мА…… I диапазон 0– 0,2 II диапазон 0–0,8 III диапазон 0–4 IV диапазон 0–8 Входное сопротивление, Ом………………….. >10 Температурный режим, 0С …………………… от –5 до +50 Напряжение питания прибора, В:.от сети – 220; от аккумулятора – 12 Потребляемая мощность, Вт-2. Масса прибора, кг ….. 4

Комплекс Луч-1 предназначен для бесконтактного измерения и регистрации относительных изменений удельного сопротивления грунтов. Луч-1 применяют при комплексном обследовании подземных магистральных трубопроводов для обнаружения участков грунтов с резким изменением удельного сопротивления, что весьма важно при оценке вероятности возникновения коррозионных макропар на подземных участках трубопровода. Он также может быть использован при проектировании трасс магистральных трубопроводов. Техническая характеристика комплекса Луч-1 Рабочая скорость движения машины, км/ч…………………. 10 Диапазон измеряемых значений, Ом·м……………………… 1–1000 Диапазон рабочих температур окружающего воздуха, 0С.. 5–45 Относительная влажность (при температуре =300С), %…… 80 Габаритные размеры, мм: генератора……………….…………………………………… 150×110×100 приемника………………….………………………………… 150×140×110 Масса, кг: генератора…………………………………………………. 2 приемника………………………………………………….. 5 Антенны (вместе с узлом крепления к машине) – 10 47

Метки о пройденном расстоянии наносятся на ленту параллельно с рабочим сигналом через каждые 12 м. Запись сигналов ведется на ленте самописца Н39. Прибор ИПВК-1 – высокоомный измеритель защитных потенциалов – предназначен для измерения разности потенциалов труба-земля на подземных магистральных трубопроводах. Прибор позволяет производить и другие электрометрические работы на магистральных трубопроводах, расположенных в различных природно-климатических и почвенных условиях, включая грунты с высоким электросопротивлением (зоны сухих барханных песков, вечной мерзлоты и т.д.). Прибор рассчитан на работу в лабораторных и полевых условиях. Прибор снабжен магнитоэлектрической измерительной головкой с симметричной двухсторонней шкалой. В нем предусмотрен выход для подключения внешнего самопишущего устройства. Техническая характеристика ИПВК-1 Пределы измерения по напряжению, В: 1–0–1; 2,5–0–2,5; 5–0–5; 10–0–10; 25–0–25; 50–0–50; 100–0 –100 Выходное сопротивление, МОм……………………….... 20 Основная погрешность измерения, % ………………….. ± 1,5 Температура окружающей среды, 0С, ………………….. (–30) – (+50) Относительная влажность при 25 0С, %………………… 95 Максимальное напряжение прибора, мВ……………….. 150 Минимальное сопротивление нагрузки на выходе, кОм 10 Потребляемый ток, мА…………………………………… 3 Габаритные размеры, мм…………………………………. 185×180×120 Масса, кг………………………………………………….... 10

Электронный вольтметр ЭВВ-1 предназначен для измерения разности потенциалов труба-земля на подземных трубопроводах для проверки защищенности от почвенной коррозии катодной поляризацией. Прибор рассчитан на работу в лабораторных и полевых условиях. 48

Высокое входное сопротивление прибора (20 МОм) позволяет измерять в грунтах с высоким электросопротивлением (сухие пески, бетонные площадки на территории компрессорных станций, в зоне вечной мерзлоты). Все элементы размещены в корпусе прибора М231. В качестве измерительного устройства используется головка прибора М231 без дополнительной переделки. Прибор ЭВВ-1 подключают к объекту с помощью входных контактов. Техническая характеристика электронного вольтметра ЭВВ-1 Пределы измерения по напряжению, В: 0,5–0–0,5; 1,0–0–1,0; 2,5–0–2,5; 5,0–0–5,0 Входное сопротивление, МОм…………………….. 20 Основная погрешность, % ………………………… ± 1,5 Температура окружающей среды, 0С ……………. (–30) – (+65) Относительная влажность при 250С ……………… 95 Напряжение источника питания, мА …………….. 0,3 Источник питания………………………………….. Батарея «Крона ВЦ» Продолжительность работы от источника питания, ч ……………………………………………….. 3000 Габаритные размеры, мм…………………………. 181×180×95 Масса, кг …………………………………………... 1,4

Интегратор блуждающих токов ИТБ-1 разработан на основе последних достижений молекулярной электроники и 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 интегратора 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. 49

Техническая характеристика ИТБ-1 Диапазон интегрирования входного сигнала, В…………. ±0,3 − ±3 Приведенная погрешность интегрирования, %………….. ±15 Входное сопротивление кОм ……………………………… 100 Максимальный ток, мкА …………………………………… 22,5±1,5 Масса, г ……………………………………………………… 150

В процессе эксплуатации интегратор не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, не нуждается в энергопитании и может эксплуатироваться в любых климатических зонах. Интегратор блуждающих токов отличается от приборов электромеханического типа малыми габаритами и массой, долговременной памятью, надежностью, простотой конструкции и малой стоимостью. Передвижная электроисследовательская лаборатория электрохимической защиты (ПЭЛ.ЭХЗ.М) предназначена для контроля состояния изоляции, определения параметров электрозащиты подземных трубопроводов от почвенной коррозии, вызываемой блуждающими токами, а также для наладки работы защитных установок. Лаборатория ПЭЛ.ЭХЗ.М состоит из двух частей – генераторной группы на шасси автомобиля ЗИЛ-131 в кузове СГК-7М и электроисследовательской лаборатории на автомобиле УАЗ – 37741 – 01. Техническая характеристика ПЭЛ.ЭХЗ.М Максимальная мощность генератора, кВт ……………… 20 Источник постоянного тока ……………………………… П–72 Максимальная сила тока, А ……………………………… 91 Максимальное напряжение, В …………………………… 230 Габаритные размеры, мм: генераторной группы ………………………………….... 7150×2400×3000 электроисследовательской лаборатории……………… 4400×1925×2050 Масса, кг: генераторной группы…………………………………. 8000 электроисследовательской лаборатории……………. 2000 50

Задача № 1 Расчет основных параметров катодной защиты Защита магистральных трубопроводов от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией поверхности трубы установками катодной защиты. Для расчета установок катодной защиты необходимо иметь: электрометрические данные об удельном электрическом сопротивлении грунта в поле токов катодной защиты в месте установки анодного заземления, а также о сведения характеристике трубопровода, виду изоляционного покрытия и наличию источников электроснабжения. Основными параметрами установки катодной защиты являются сила тока и длина защитной зоны, в зависимости от которых принимаются мощность установки, тип и число анодных заземлителей, длина дренажных линий (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Принципиальная схема катодной защиты: 1 – трубопровод; 2 – катодная станция; 3 – анодное заземление; 4 – соединительные провода 51

Расчет основных параметров катодной защиты можно представить следующим образом. 1. Определяется среднее значение удельного сопротивления грунтов: n

 li   , L  общ 

ρср.гр. = ∑ ρi  i =1

(1.1)

где ρi – соответствующие им удельные сопротивления грунтов; n

li – протяженность отдельных характерных участков; Lобщ = ∑ li – i =1

общая протяженность проектируемого трубопровода. 2. Переходное сопротивление «трубопровод-грунт» к концу нормативного срока эксплуатации установок катодной защиты:

= Rn (tн.с ) Rn.н exp(−β ⋅ tн.с ) ,

(1.2)

Rn.н – начальное переходное сопротивление «трубопровод-грунт», принимается равным 10 000 Ом∙м2; β – показатель скорости старения покрытия, принимается 0,116-0,133 1/год; для ориентировочных расчетов β следует принимать равным 0,125 1/год; tн.с – нормативный срок эксплуатации устройств катодной защиты:

tн.с =

100 σ1

,

(1.3)

где σ1 – норма амортизационных отчислений, идущая на полное восстановление основных фондов, принимается равной 10,5– 12,0 %/год. 3. Среднее значение переходного сопротивления «трубопровод-грунт»:

= Rn.ср.

Rп.н β ⋅ tн.с

[1 − exp(−β ⋅ tн.с )] .

52

(1.4)

4. Сопротивление изоляции трубопровода на единицу длины к концу нормативного срока эксплуатации и ее среднее значение:

Rиз (tн.с ) = Rиз.ср =

Rn (tн.с ) π ⋅ Dн

Rn.ср π ⋅ Dн

;

(1.5)

,

(1.6)

где Dн – наружный диаметр трубопровода. 5. Продольное сопротивление единицы длины трубопровода: ρt ⋅ 10

RТ =

−6

π( Dн − δ)δ

,

(1.7)

здесь ρt – удельное электрическое сопротивление трубной стали (табл. 1.1); если марка стали неизвестна, то принимают ρt =0, 245

Ом ⋅ мм 2 / м ; δ – толщина стенки трубопровода.

Таблица 1.1 Удельное сопротивление трубных сталей Марка трубной стали

ρt (Ом ⋅ мм / м)

Марка трубной стали

ρt (Ом ⋅ мм / м)

17ГС

0,247

18Г2САФ

0,266

17Г2СФ

0,245

18ХГ2САФ

0,260

0,8Г2СФ

0,243

15ГСТЮ

0,281

18Г2

0,218

СГ3

0,218

2

2

6. Входное сопротивление трубопровода (среднее за нормативный срок эксплуатации катодной станции):

Z cр =

RT ⋅ Rиз.ср 2

,

(1.8)

к концу нормативного срока эксплуатации:

Zk =

RT ⋅ Rиз (tн.с ) 2

53

.

(1.9)

7. Постоянная распределения потенциалов и токов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок:

α=

RT Rиз (tн.с )

,

(1.10)

8. Задавшись удалением анодного заземления у от магистрального трубопровода, определяем: а) коэффициент, учитывающий влияние смежных СКЗ:

Кв =

1 2

V  2π ⋅ Z k ⋅ у + ρср.гр. 1 + 1 −  min  ⋅ 2π ⋅ Z k ⋅ у  Vmax 

,

(1.11)

здесь Vmax , Vmin – соответственно максимальный и минимальный установившийся потенциал, измеренный по отношению к медносульфатному электроду сравнения, который находится как разность максимального и минимального наложенного потенциалов и естественного потенциала трубопровода. Расчетные значения потенциалов для изолированных стальных трубопроводов принимаются:

Vmax

= Vз.max

− Ve

=1,10 − 0,55 =0,55 В;

Vmin

= Vз.min

− Ve

= 0,85 − 0,55 = 0,30 B;

б) протяженность зоны защиты трубопровода одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок:     2 2π ⋅ Z k ⋅ у L = ln  ; a  К Vmin (2π ⋅ Z ⋅ у + ρ  k ср.гр. )  в Vmax 

в) среднее значение силы тока нагрузки в цепи СКЗ: 54

(1.12)

I др.ср =

Vmax ; ρгр.ср. Zк + 2⋅π⋅ y

(1.13)

г) сопротивление растеканию тока с одиночного электрода:

R1=

ρср.г  2lа 1 4h + lа ρ d  + ln + а ln а  , ln 2π ⋅ lа  d а 2 4h − lа ρср.гр. d 

(1.14)

где d , d а , lа – соответственно диаметр электрода, диаметр и длина засыпки (табл. 24.2); h – расстояние от поверхности земли до середины электрода; ρа – удельное сопротивление засыпки; д) оптимальное число электродов анодного заземления:

n = I др.ср

R1 ⋅ Cэ ⋅ ηи ⋅ τ , 1000(ε + σ)Са ⋅ η ⋅ ηэ

(1.15)

где Сэ – стоимость электроэнергии; ηи – коэффициент использования электродов (0.75−0.95); τ– время работы СКЗ в году; ε + σ – норма амортизационных отчислений; Са – стоимость установки одного электрода; ηэ – коэффициент экранирования электродов при выбранном расстоянии между ними (табл. 24.3); η – КПД катодной установки (0.57–0.63). е) сопротивление растеканию тока с анодного заземления:

Rа =

R1 , n ⋅ ηэ

(1.16)

ж) оптимальная плотность тока в дренажной линии:

J опт = 31,6

(ε + σ)С1 ⋅ η , Сэ ⋅ ρпр ⋅ τ

(1.17)

где ρпр – удельное сопротивление материала провода, принимаемое 0,029 Ом∙мм2/м; С1 – стоимость прокладки дренажной линии (С1 = 0,1 руб/м∙мм2 ); 55

АК-1

Диаметр Длина Элек- Обd da l la трод щая Сталь 550 1400 1420 660 185 21

АК-3 Железо- 440 185 1400 1420 кремниевый

АК-1Г

-«-

668 225 1400 1700

АК-2Г

-«-

440 150 1400 1700

ЗЖК12-КА ЗЖК41г-КА

-«-

330 185 1400 1425

-«-

668 240 1400 1700

АКЦ

Сталь 550 150 1400 1700

12

53

q 1

0,12

41

90

0,12

12

60

0,12

8

40 1100

0,12

80

1

41 26

Условия применения

Электрохимический эквивалент кг/А·год*,

Масса, кг

Размеры, мм (общие)

Материал электрода

Тип

Таблица 1.2 Техническая характеристика комплексных анодных заземлителей

0,12

Для болотистых и обводненных грунтов ( ρг = 20 Ом ⋅ м ) Для болотистых и обводненных грунтов ( ρг = 20 Ом ⋅ м ) Для глубинных заземлителей Для глубинных заземлителей Для маловлажных грунтов Для глубинных заземлителей Для грунтов повышенной влажности

*Примечание. Средняя скорость растворения при анодной плотности тока 8 А/м2.

56

Таблица 1.3 Коэффициент экранирования вертикальных трубчатых заземлителей, размещенных в ряд, где а – расстояние между анодными заземлениями Число заземлений

Отношение расстояния между анодными заземлениями к их длине а /l =1

a /l = 2

a /l = 3

2

0,84–0,87

0,9–0,92

0,93–0,95

3

0,76–0,80

0,85–0,88

0,90–0,92

5

0,67–0,72

0,79–0,83

0,85–0,88

10

0,56–0,62

0,72–0,77

0,79–0,83

15

0,51–0,56

0,66–0,73

0,76–0,80

20

0,47–0,50

0,65–0,70

0,74–0,79

50

0,38

0,56–0,63

0,68–0,74

з) оптимальное сечение дренажного провода:

Sпр =

lдр J опт

,

(1.18)

и) сопротивление дренажной линии (при lпр = y):

Rпр = ρпр

lпр Sпр

,

(1.19)

к) среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ:

∆Е = I др.ср ⋅ Rк.з = ∆Еа + ∆Епр + ∆Ек ,

(1.20)

где

∆Еа= I др.ср ⋅ Rа ; ∆Епр = I др.ср ⋅ Rпр ; ∆Ек= I др.ср ⋅ Rк= Vmax − Vmin ; л) среднее значение потребляемой мощности СКЗ:

= P I др.ср ⋅ ∆Е ,

(1.21)

в зависимости от величины ∆Е и Р подбирается соответствующая марка СКЗ; м) экономические показатели катодной защиты: 57

− стоимость анодного заземления:

К= Са ⋅ n , а

(1.22)

− стоимость опор воздушной линии:

К оп = 2Ск.о + где

Ск.о

–

(

)

у − 1 Сп.о. , 50

(1.23)

стоимость установки одной концевой опоры

( Ск.о = 85 руб ), Сп.о – то же, промежуточной опоры ( Сп.о = 25 руб ), у/50 – показатель, округленный до ближайшего целого числа; – стоимость провода воздушной линии:

К= Спр ⋅ lпр ; пр

(1.24)

– капитальные затраты на одну СКЗ:

К з =К а + К о.п + К пр + К о ,

(1.25)

здесь К о – стоимость оборудования катодных станций, включая стоимость строительно-монтажных работ, принимается для КСС∙150–300 руб, КСС∙300 – 320 руб, КСС∙600 – 380 руб, КСС∙1200 – 530 руб; – стоимость электроэнергии при работе одной СКЗ: (1.26) К Э= Сэ ⋅ Р ⋅ τ /1000 ; – удельные расходы: П К э + (ε + σ) К з . = L L

(1.27)

По результатам расчета удельных расходов строим график их зависимости от (у)-удаления анодного заземления и определяем его оптимальное расстояние, соответствующее минимальным расходам.

58

Варианты задачи по расчёту катодной защиты

Таблица 1.4

Удельное Но- Наружный Толщина сопротивление ПротяженТип диаметр мер грунта, стенки трубоность анодного ва- трубопроокружающего трубопрово- заземлепровода вода рианпротектор да Lобщ (км) ния δ (мм) Dн (мм) та ρг (Ом·м) 1 720 6 20 100 АК-1 2 820 8 30 200 АК-3 3 920 10 40 300 АК-1г 4 1020 12 50 400 АК-2г 5 1220 14 60 500 АКЦ 6 1420 16 70 600 АК-1 7 720 6 80 700 АК-3 8 820 8 90 800 АК-1г 9 920 10 100 900 АК-2г 10 1020 12 110 1000 АКЦ 11 1220 14 120 1100 АК-1 12 1420 16 130 1200 АК-3 13 720 6 140 1300 АК-1г 14 820 8 150 1400 АК-2г 15 920 10 160 1500 АКЦ 16 1020 12 170 100 АК-1 17 1220 14 180 200 АК-3 18 1420 16 190 300 АК-1г 19 720 6 200 400 АК-2г 20 820 8 210 500 АКЦ 21 920 10 220 600 АК-1 22 1020 12 230 700 АК-3 23 1220 14 240 800 АК-1г 24 1420 16 250 900 АК-2г 25 720 6 260 1000 АКЦ 26 820 8 270 1100 АК-1 27 920 10 280 1200 АК-3 28 1020 12 290 1300 АК-1г 29 1220 14 300 1400 АК-2г 30 1420 16 310 1500 АКЦ 59

9. Срок службы анодного заземления:

Т=

G ⋅ ηн q ⋅ I др.ср

(1.28)

,

где G – общий вес рабочих электродов заземлений; ηн – коэффициент использования электродов ( ηн =0,95 ) ; q – электрохимический эквивалент материала электрода. 10. Общее число СКЗ:

N=

Lобщ L

.

(1.29)

Общие числовые значения для всех вариантов Показатель старения покрытия – β, (1/год) = 0,125. Начальное переходное сопротивление трубопровод-грунт – Rn.н,(Ом∙м2) = 10 000. Норма амортизационных отчислений σ1 , (%) = 12,0. Удельное электрическое сопротивление трубной стали – ρt , (Ом∙м2/м) =0,245 Максимальный расчетный потенциал Vmax, (В) = 0,55. Минимальный расчетный потенциал Vmin, (В )= 0,30. Удельное сопротивление засыпки ρа , (Ом∙м) = 0,20. Стоимость электроэнергии Cэ, (руб) = 0,40. КПД катодной установки η = 0,60. Коэффициент использования электродов ηи = 0,95. Время работы СКЗ в году τ, (ч) = 8760. Норма амортизационных отчислений (ε + σ) , (1/год)= 0,265. Стоимость установки одного электрода Са (руб) = 25,0. Удельное сопротивление материала проводов – ρпр , (Ом∙мм2/м) = 0,029. Стоимость прокладки дренажной линии С1 (руб/м∙мм2) = 0,1. Стоимость установки одной концевой опоры Ск.о (руб) = 85. Стоимость установки промежуточной опоры Сп.о (руб) = 25. Стоимость провода воздушной линии Спр (руб) =1,3. 60

Задача № 2 Расчет основных параметров протекторной защиты Протекторная защита относится к электрохимическому виду защиты трубопровода от коррозии и основана на принципе работы гальванического элемента (рис. 2.1). Она автономна, благодаря чему может использоваться в районах, где отсутствуют источники электроэнергии. Основные преимущества протекторной защиты: автономность, низкие эксплуатационные расходы и простота подключения. Недостаток – использование дефицитных металлов. При расчете протекторной установки определяются следующие параметры: сопротивление растеканию тока и сила тока протекторной установки, протяженность защитной зоны, срок службы протекторов.

Рис. 2.1. Принципиальная схема протекторной защиты: 1 – трубопровод; 2 – контрольно-измерительная колонка; 3 – соединительные провода; 4 – протектор, 5 – активатор

Порядок расчета основных параметров протекторной защиты 1. Сопротивление растеканию тока с протекторной установки: , 61

(2.1)

где

– удельное сопротивление грунта, окружающего протек-

тор;

– удельное сопротивление активатора;

- соответствен-

но диаметр и высота столба активатора, окружающего протектор; – диаметр протектора; h – глубина установки протектора (от поверхности земли до середины протектора), (рис. 2.2); N – число протекторов в группе; – коэффициент, учитывающий взаимное экранирование вертикальных протекторов в группе.

Рис. 2.2. Схема подключения протектора к трубопроводу: 1 – трубопровод; 2 – дренажный кабель; 3 – контрольно-измерительная колонка; 4 – протектор (Мg, Zn, Al); 5 – активатор

2. Задаемся потенциалами: – потенциал протектора до подключения его к трубопроводу; – минимальный защитный потенциал;

= – 0,55 В – естественный потенциал трубопровода до включения защиты; 3. Протяженность защитной зоны протекторной установки: (2.2) 4. Сила тока протекторной установки: , 62

(2.3)

5. Анодная плотность тока:

Jа =

1000 I п

N ⋅ (π ⋅ dп ⋅ lп + 2 ⋅ 0,785dп2 )

,

(2.4)

здесь размеры протектора dп и lп подставляются в дециметрах. 6. Срок службы протекторной установки:

Т=

G ⋅ ηи ⋅ ηп , q ⋅ Iп

(2.5)

где G – вес протекторной установки; q – теоретический электрохимический эквивалент материала протектора (для магниевых протекторов = q 3,95 кг / A ⋅ год ); ηи – коэффициент использования протектора, ( ηи =0,95 ); ηп – КПД протектора, зависящий от анодной плотности тока (табл. 2.1, 2.2). Таблица 2.1 jа ,мА / дм 2

6

12

18

24

30

36

42

48

ηп

0,51

0,54

0,55

0,56

0,575

0,585

0,592

0,600

Таблица 2.2 Техническая характеристика комплектных протекторов ПМ-У Размеры, мм Тип протектора

Электрод

Масса, кг Активатор

Высота Диа- Высота Диаметр Электрода Общая В плане lп метр dп lа dа

ПМ-5У

500

75×100

95

580

165

5

16

ПМ-10У

600 100×100

100

700

200

10

30

ПМ-20У

610 155×175

150

710

270

20

60

63

Таблица 2.3 Варианты задачи по расчёту протекторной защиты Переходное Удельное соНаружный Число сопротивле- противление Глубина Нопротек- Тип диаметр ние изоляци- грунта, окру- установки мер труботоров в протеконного по- жающего про- протектора варипровода группе тора тектор крытия анта h, (м) Dн, (мм) N, (шт.) Rпер.г, (Ом·м2) ρг , (Ом·м) 1 720 900 20 2 2 ПМ-5У 2 820 950 30 2 2 ПМ-10У 3 920 1000 40 2 2 ПМ-20У 4 1020 1050 50 2 2 ПМ-5У 5 1220 1100 60 2 2 ПМ-10У 6 1420 1150 70 2 3 ПМ-20У 7 720 1200 80 2 3 ПМ-5У 8 820 1250 90 2 3 ПМ-10У 9 920 1300 100 2 3 ПМ-20У 10 1020 900 110 2 3 ПМ-5У 11 1220 950 120 2 4 ПМ-10У 12 1420 1000 130 2 4 ПМ-20У 13 720 1050 140 2 4 ПМ-5У 14 820 1200 150 2 4 ПМ-10У 15 920 1250 160 2 4 ПМ-20У 16 1020 1300 170 2 2 ПМ-5У 17 1220 1350 180 2 2 ПМ-10У 18 1420 950 190 2 2 ПМ-20У 19 720 1300 200 2 2 ПМ-5У 20 820 900 210 2 2 ПМ-10У 21 920 950 220 2 3 ПМ-20У 22 1020 1000 230 2 3 ПМ-5У 23 1220 1050 240 2 3 ПМ-10У 24 1420 1200 250 2 3 ПМ-20У 25 720 1250 260 2 3 ПМ-5У 26 820 1300 270 2 4 ПМ-10У 27 920 1350 280 2 4 ПМ-20У 28 1020 950 290 2 4 ПМ-5У 29 1220 1300 300 2 4 ПМ-10У 30 1420 900 310 2 4 ПМ-20У 64

Общие числовые значения для всех вариантов 1. Удельное сопротивление активатора ρа , (Ом·м2)……………. 0,2 2. Коэффициент, учитывающий взаимодействие экранирования Протекторов ηэ ……………………………………………………… 0,525 3. Коэффициент использования протекторов ηи ………………… 0,95 4. Теоретический электрохимический эквивалент материала протектора q, (кг/А·год)………………………………………...………..

65

3,95

Литература 1. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. − М.: Стройиздат, 2000. 2. СНиП Ш-42-80. Магистральные трубопроводы. Правила производства работ. − М.: Стройиздат, 1980. 3. СНиП 3.04.03 – 85. Защита строительных конструкций от коррозии. − М.: Стройиздат, 1985. 4. Чирсков В.Г., Березин В.Л., Телегин Л.Г. и др. Строительство магистральных трубопроводов: Справочник. − М.: Недра, 1991. 5. Притула В.А. Электрическая защита от коррозии подземных металлических сооружений. − М. Госэнергоиздат, 1958. 6. Бабин Л.А., Быков Л.И., Волохов В.Я. Типовые расчеты по сооружению трубопроводов. − М.: Недра, 1979. 7. Васильев Г.Г., Орехов В.В., Ментюков И.В. Противокоррозионная защита трубопроводов. − М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2003. 8. Ментюков И.В. Электрохимическая защита магистраьных трубопровоов. − М.: ГАНГ имени И.М. Губкина, 1996.

66

Содержание Введение ........................................................................................................ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА ..............................................

3 4

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ .......................... РАБОТА КОРРОЗИОННОГО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ...............

5 6

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО ЭЛЕМЕНТА ................

7

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ КОРРОЗИОННОГО ЭЛЕМЕНТА .....................................................................................................

8

АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ КОРРОЗИОННОГО ТОКА .......

10

ПОЧВЕННАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ ........................................................

11

СООРУЖЕНИЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ ......................................................................

12

КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.....................................................

15

МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ............................................

16

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ .........................................................................................................

22

ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ПОЧВЕННОЙ КОРРОЗИИ .............................................................................................................

24

РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОЗАЩИТЫ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ (ЭЛЕКТРОДРЕНАЖНАЯ ЗАЩИТА)...............................................................

27

ВЫБОР СХЕМЫ ЗАЩИТЫ И МЕСТА УСТАНОВКИ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ................................................................................................... КАТОДНАЯ ЗАЩИТА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ .....................

30 32

ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ (ЭХЗ) ................................................................................................................

32

СОСТАВ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ ПРИ СООРУЖЕНИИ УСТАНОВОК ЭХЗ ...........................................................................................

37

КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРИ МОНТАЖЕ ВОЗДУШНЫХ ТОКОПРОВОДОВ .....................................................................................................

40

КОМПЛЕКТ МАШИН И СОСТАВ БРИГАД ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ЭХЗ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ .......................................................

43

СДАЧА ЗАКАЗЧИКУ СИСТЕМЫ ЭХЗ ...........................................................

44

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИ СООРУЖЕНИИ ЭХЗ ................

45

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОСНАЩЕННОСТЬ КОНТРОЛЯ.........................................

46

Задача № 1. Расчет основных параметров катодной защиты ............ Задача № 2. Расчет основных параметров протекторной защиты.... Литература....................................................................................................

51 52 66

67

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

МЕНТЮКОВ Игорь Владимирович

ОСНОВЫ ПРОТИВОКРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Редактор Л. А. Суаридзе Компьютерная верстка: И. В. Севалкина

Подписано в печать 22.09.2015. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 4,25. Тираж 50 экз. Заказ № 345

Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 тел./факс: (499) 507 82 12