Распределение защитного тока и потенциала на защищаемых коммуникациях. Понятие о защитной зоне

Защита трубопровода от коррозии с помощью катодной поляризации заключается в предотвращении окисления атомов металла на его поверхности. Этого удается добиться, если сместить потенциал металла относительно грунта на достаточную величину в катодную область. Насколько надо сдвинуть потенциал в отрицательную область, чтобы подавить реакцию окисления металла, зависит от условий, в которых протекает коррозия. Потенциал металл – грунт относится к классу электродных потенциалов, которые устанавливаются самопроизвольно на любой границе металла со средой. Абсолютное значение этого потенциала определить нельзя. Его измеряют по отношению к некоторому принятому электроду сравнения, потенциал которого достаточно стабилен.

При смещении потенциала в отрицательную область, т.е. в катодную сторону, подавляются реакции окисления, и существенно замедляется скорость коррозии.

В зависимости от состава среды и других условий для достижения одного и того же эффекта подавления коррозии требуется различная величина смещения потенциала. Поэтому в практике защиты трубопроводов существует понятие минимальное значение защитного потенциала. Это значение выбирают исходя из условий эксплуатации трубопровода по справочным данным. На всем протяжении трубопровода потенциал должен быть отрицательнее принятого минимального значения.

Для обеспечения заданного защитного потенциала потребуется определенная сила тока, которую также можно рассчитать.

Для обеспечения эффективной защиты необходимо, чтобы на всем протяжении защищаемого участка трубопровода сохранялся достаточный для подавления коррозионных процессов катодный потенциал. Добиться этого можно двумя способами. Первый способ предполагает равномерную поляризацию всего участка.

Для этого необходимо расположить вдоль всей трассы аноды и подвести к ним электропитание с помощью проводников с малым электрическим сопротивлением или рассредоточить вдоль трассы большое количество маломощных источников тока. Такой подход чаще всего оказывается экономически невыгодным. Рациональней установить в определенном месте достаточно мощную станцию, поместив около неё группу анодов. В этом случае защитный ток течет по грунту от анодов, попадает на трубопровод и собирается к токоотводу в месте подключения (точке дренажа). При этом по мере удаления от точки токоотвода катодный потенциал уменьшается.

Зоной защитного действия будет являться область по обе стороны от токоотвода, в которой потенциал трубы по отношению к грунту будет отрицательнее принятого значения защитного потенциала. Самый высокий катодный потенциал, т.е. самое отрицательное его значение, будет на участке трубы, находящемся против анода, т.е. в точке дренажа. Очевидно, что наименьшее значение потенциала будет наблюдаться на максимальном удалении от точки подключения. При этом, максимальный потенциал в точке дренажа и минимальный – в конце зоны действия СКЗ, должны находиться в требуемых пределах.

Понятно, что при прочих равных условиях, чем отрицательнее будет потенциал трубы в точке дренажа, тем более протяженной будет зона защиты.

Рисунок 68 – Схема распределения потенциала и тока при катодной защите трубопровода

Т – трубопровод, СКЗ – станция катодной защиты, ГА – группа анодов, Д – точка дренажа, L/2 – половина длины зоны защиты, I – ток в теле трубы,

Iобщ – максимальное значение тока в трубе, Еэ – электродный потенциал трубы, Еэmax –

значение потенциала в точке дренажа, Еst – стационарный потенциал стального трубопровода в грунте, который устанавливается в точке В, Еэmin– принятое значение защитного потенциала, которое достигается в точке А.

Стрелками показано направление тока в трубе (сплошные стрелки) и в грунте (пунктирные).

Как видно из рисунка, зона защиты в данном случае, находится между точками А и Д по обе стороны от точки дренажа СКЗ.

В случае применения в качестве АЗ протяженных анодов картина распределения потенциала выглядит следующим образом.

Рисунок 69 – Распределение защитного потенциала для системы с протяженным АЗ (α=const)

Рисунок 70 – Распределение защитного потенциала для системы с протяженным АЗ (с дифференциальным α)

Таким образом, можно сказать, что распределение потенциала вдоль трубопровода предпочтительнее при использовании протяженных АЗ, так как изменяется незначительно.