Электрохимическая защита трубопроводов тепловых сетей

Защита металла от коррозии, осуществляемая поляризацией от внешнего источника постоянного тока или соединением с металлом (протектором), имеющим более отрицательный или более положительный потенциал, чем у защищаемого металла, называется электрохимической защитой. На подземных металлических сооружениях наиболее широкое распространение получила электрохимическая защита методом катодной поляризации, основанным на закономерном снижении скорости растворения металлов по мере смещения их потенциалов в сторону отрицательных значений относительно стационарного потенциала.

Смещение потенциала осуществляется до значений, соответствующих защитным потенциалам, при которых скорость растворения не превышает некоторой заданной величины. Нормативно-технической документацией [5] для трубопроводов тепловых сетей рекомендованы минимально и максимально допустимые (по абсолютной величине) значения защитного (поляризационного) потенциала, которые соответственно равны —0,85 В и —1,1 В относительно медносульфатного электрода сравнения. При контроле эффективности защиты по разности потенциалов между трубой и медносульфатным электродом сравнения минимально допустимые значения потенциалов для канальных и бесканальных трубопроводов равны — 0,9 В и —1,05 В, а макисмально допустимое значение 2,5 В.

Электрохимическая защита подземных трубопроводов может осуществляться с помощью установок электродренажной и катодной защиты и протекторов. Установки электродренажной защиты применяются для защиты подземных сооружений от блуждающих токов. При защите с помощью электродренажа блуждающих токов происходит изменение токораспределения в системе «рельсы — земля — подземное сооружение», за счет чего осуществляется катодная поляризация сооружений блуждающими токами. При защите подземных сооружений от блуждающих токов применяются поляризованные и усиленные электродренажи. Поляризованный электродренаж представляет собой схему односторонней проводимости за счет включения в цепь дренажа вентильных элементов, необходимых для предотвращения перетекания тока из рельсов в сооружение в те моменты, когда потенциал рельсов становится более положительным, чем потенциал сооружения.

Большое распространение получили усиленные электродренажи, в которых сочетается поляризованный дренаж с последовательно включенным источником постоянного тока, что позволяет в широких пределах регулировать потенциалы на защищаемых сооружениях.

Усиленный дренаж применяется в следующих случаях: когда разность потенциалов между сооружением и рельсами недостаточна для работы поляризованного дренажа; когда действуют несколько источников блуждающих токов и дренирование на рельсовую цепь одного из них не является достаточно эффективной мерой; когда применение поляризованного дренажа менее экономично из-за необходимости использования кабеля большего сечения. Применение электродренажей имеет определенные ограничения, особенно в случаях дренирования блуждающих токов железных дорог. Ограничения введены в целях предотвращения нарушения нормальной работы устройств сигнализации и блокировки. Условия присоединения электродренажей приведены в ГОСТ 9.015-74*.

Основные характеристики электродренажных установок приведены в табл. 5.40.

Таблица 5.40. Установки для электродренажной защиты. Поляризованные электродренажные установки. Усиленные электродренажи с автоматическим регулированием потенциалов

Установки катодной защиты применяются для защиты подземных металлических сооружений от почвенной коррозии, а также от блуждающих токов, когда применение электродренажей технико-экономически является нецелесообразным (например, при расстояниях между трубопроводами и рельсами, превышающими 250 — 300 м). Установка катодной защиты состоит из катодной станции или преобразователя (выпрямителя переменного тока) с устройствами для регулировки тока защиты, анодного заземления для распределения тока защиты в земле и дренажных кабелей для присоединения положительного и отрицательного полюсов соответственно к анодному заземлению и подземному сооружению.

Катодные станции (преобразователи) выпускаются с неавтоматическим и автоматическим регулированием тока защиты (табл. 5.41). Последние применяются преимущественно для защиты сооружений, проложенных в поле блуждающих токов.

Таблица 5.41. Преобразователи для катодной защиты

Для устройства анодных заземлений применяются аноды из стали, графита и железокремниевых сплавов. Долговечность заземлений зависит от плотности стекающего с них тока и материала, из которого они изготовлены. Для продления срока службы заземлений аноды помещают в специальные активаторы, обладающие электронной проводимостью (обычно спрессованная коксовая мелочь с ингибитором). В табл. 5.42 приведены габаритные размеры анодов, выпускаемых промышленностью.

Таблица 5.42. Габаритные размеры и масса анодов типов ЗЖК, АК и АКО

Выбор конструкции анодного заземления производится на основе технико-экономического расчета его показателей с учетом тока в цепи катодной станции, максимально допустимого сопротивления растеканию заземления, заданного срока службы заземления, конструкции и марки анода. Расчет параметров анодных заземлений производится в соответствии с рекомендациями нормативно-технической документации [ 5 ]. При осуществлении совместной электрохимической защиты смежных подземных сооружений от одной установки или защиты нескольких участков трубопроводов от одной установки с применением соответствующего количества анодных заземлений возникает необходимость раздельной регулировки силы тока в отдельных ветвях защиты. Регулирование может осуществляться с помощью стандартного диодно-резисторного блока типа БДР, имеющего характеристику:

Количество независимых каналов .......... 4

Параметры одного независимого канала:

максимальный ток, А…………………………...25

максимальное сопротивление, Ом ……………..0,24количество элементов сопротивления, шт………6

допустимое обратное напряжение, В…………….300

Электрохимическая защита с помощью протекторов осуществляется за счет разности потенциалов между находящимися в одной среде протектором и металлическим сооружением, вследствие чего в цепи образовавшегося гальванического элемента проходит ток. Эффективность протекторной защиты определяется физико-химическими свойствами протекторов и внешними условиями их работы. Электродный потенциал протектора должен быть существенно более отрицательным, чем потенциал защищаемого металла. На тепловых сетях протекторы могут быть эффективно использованы на локальных участках, в частности для защиты труб на участке прокладки их в футлярах. Для этих целей могут быть применены прутковые протекторы из магниевого (по ГОСТ 2856-79) и алюминиевых (по ОСТ 5.3072-75) сплавов (табл. 5.43).

Прутковые протекторы представляют собой биметаллический стержень (пруток) с оболочкой из магниевого или алюминиевого сплава и стальной арматуры диаметром 4-5 мм, проходящей по центру прутка круглой или овальной формы.

Таблица 5.43. Прутковые протекторы из алюминиевых и магниевых сплавов

[править]Станции катодной защиты

Бестрансформаторные станции катодной защиты марки «ЭЛКОН» (рис.5.14), разработанные с учетом новых достижений в области силовой электроники используют современные и высоконадежные электронные компоненты лучших мировых производителей. В основе СКЗ «ЭЛКОН» резонансный, высокочастотный, регулируемый транзисторный преобразователь, обеспечивающий стабильную работу при изменении параметров питающей сети и (или) нагрузки. Технические характеристики СКЗ «ЭЛКОН» приведены в табл. 5.44.

Рис.5.14. Бестрансформаторные станции катодной защиты марки «ЭЛКОН»

Базовая комплектация СКЗ всех модификаций обеспечивает:

§ автоматическое поддержание заданного тока нагрузки при изменении напряжения в питающей сети в диапазоне 170 – 250 В;

§ прерывание тока нагрузки;

§ автоматическое поддержание заданного защитного потенциала на защищаемом объекте;

§ учет времени наличия заданного потенциала на защищаемом объекте;

§ защиту от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки;

§ защиту от перенапряжения во время грозы;

§ отключение станции при падении напряжения ниже 170 В с автоматическим выходом на рабочий режим при его появлении;

§ автоматический выход на рабочий режим после полного исчезновения и последующего появления напряжения в питающей сети.

Области применения:

§ Предприятия коммунального хозяйства, обслуживающие городские коммуникации, трубопроводы тепловых и газовых сетей.

§ Предприятия нефтяного, газового, химического и промышленного комплекса.

§ Сельскохозяйственные и иные организации, имеющие металлические коммуникации в области почв с повышенной активностью.

Таблица 5.44. Технические характеристики СКЗ "ЭЛКОН"

Станции катодной защиты "ЭЛКОН" адаптированы к условиям тепловых сетей. Основные конструктивные преимущества:

§ Высокий КПД до 95%

§ Высокая ремонтопригодность

§ Малый вес (до 40 кг)

§ Низкий уровень пульсации на нагрузке около 1%

§ Экономия электроэнергии на 20-30 процентов