Pasyvią požeminių dujotiekių apsaugą izoliacinėmis dangomis papildo elektros apsauga. Elektros apsaugos užduotys yra tokios.
- Klaidžiojančių elektros srovių pašalinimas iš saugomo dujotiekio ir organizuotas jų grąžinimas į elektros įrenginius ir nuolatinės srovės tinklus, kurie yra šių srovių šaltinis.
- Srovių, tekančių dujotiekiu jų išėjimo į žemę taškuose (anodinėse zonose), slopinimas srovėmis iš išorinio šaltinio, taip pat srovėmis, atsirandančiomis dėl grunto elektrocheminės korozijos, sukuriant galvaninę grandinę ir apsauginį elektros potencialą. dujotiekio vamzdžiai.
- Užkirsti kelią elektros srovių plitimui dujotiekiais, juos atskiriant izoliaciniais flanšais.
Klaidžiojančių srovių nukreipimo problemą galima išspręsti sukuriant:
- papildomas įžeminimas srovėms nuleisti į žemę. Trūkumas - galimybė srovių, tekančių iš saugomo dujotiekio, žalingo poveikio kaimyniniams vamzdynams;
- paprasta arba tiesioginė drenažo apsauga, t.y. saugomo dujotiekio elektrinis sujungimas su tramvajaus ar elektrinio geležinkelio bėgiais, siekiant sugrąžinti jais sroves į jų šaltinį. Paprastas drenažas turi dvipusį laidumą, t.y. gali perduoti srovę pirmyn ir atgal, todėl yra naudojamas stabiliose anodo zonose. Šios apsaugos trūkumas yra būtinybė išjungti drenažą, jei pasikeitė srovės poliškumas arba jei dujotiekio potencialas tapo mažesnis nei ant bėgių;
- poliarizuota drenažo apsauga, t.y. drenažas su vienpusiu laidumu, kuris pašalina atvirkštinį srovės srautą iš bėgių į apsaugotą dujotiekį;
- sustiprinta drenažo apsauga, t.y. tokia apsauga, kurios grandinėje efektyvumui didinti įtraukiamas išorinis srovės šaltinis. Taigi, sustiprintas drenažas yra poliarizuoto drenažo ir katodinės apsaugos derinys.
Apsaugotu dujotiekiu tekančių srovių slopinimo užduotį galima išspręsti naudojant:
- Katodinė apsauga išorine srove (elektrinė apsauga), t.y. prijungiant apsaugotą dujotiekį prie išorinio srovės šaltinio – prie jo neigiamo poliaus kaip katodo. Teigiamas srovės šaltinio polius yra prijungtas prie žemės - anodo. Sukuriama uždara grandinė, kurioje srovė teka iš anodo per žemę į apsaugotą dujotiekį ir toliau į išorinio srovės šaltinio neigiamą polių. Tokiu atveju anodo įžeminimas palaipsniui sunaikinamas, tačiau dujotiekio apsauga užtikrinama dėl jo katodinės poliarizacijos ir srovės tekėjimo iš vamzdžių į žemę prevencijos. Kaip išorinis šaltinis gali būti naudojamos katodinės apsaugos stotys (CPS);
- Apsauginė apsauga, t.y. apsauga naudojant elektros grandinėje apsaugas, pagamintas iš metalų, kurie korozinėje aplinkoje turi didesnį neigiamą potencialą nei dujotiekio metalas. Protektoriaus apsaugos sistemoje, taip pat galvaniniame elemente atsiranda elektros srovė, o dirvožemis, kuriame yra drėgmės, tarnauja kaip elektrolitas, o dujotiekis ir protektoriaus metalas yra elektrodai. Susidariusi apsauginė srovė slopina elektrochemines korozijos sroves ir užtikrina apsauginio elektros potencialo susidarymą dujotiekyje.
Požeminio dujotiekio katodinės apsaugos schema
1 - anodo įžeminimas; 2.4 - drenažo kabeliai; 3 - išorinis elektros srovės šaltinis; 5 - drenažo kabelio tvirtinimo taškas; 6 - apsaugotas dujotiekis
Požeminio dujotiekio protektoriaus apsaugos schema
1 - apsaugotas dujotiekis; 2 - izoliuoti kabeliai; 3 - valdymo išėjimas; 4 - apsauga; 5 - protektoriaus užpildas
Vamzdynų elektrinio atskyrimo problema sprendžiama įrengiant izoliacinius flanšus su paronito arba tekstolito tarpikliais, tekstolitines įvores ir poveržles. Izoliacinių flanšų konstrukcijos pavyzdys parodytas paveikslėlyje žemiau.
Izoliacinių flanšų montavimas
1 - izoliacinė tekstilitinė arba paronitinė įvorė; 2 - izoliacinė poveržlė iš tekstolito, gumos arba vinilo chlorido; 3 - plieninė poveržlė; 4 - švino poveržlės; 5 - tekstolito žiedas-tarpiklis
Pagrindiniai veiksniai, apibūdinantys korozijos poveikio požeminiams plieniniams dujotiekiams laipsnį, yra šie:
- klaidžiojančių srovių dirvožemyje dydis ir kryptis;
- dujotiekio potencialo dydis ir poliškumas kitų metalinių požeminių tinklų ir elektrifikuoto transporto bėgių atžvilgiu;
- dujotiekiu tekančių srovių kryptis ir stiprumas;
- dujotiekių antikorozinės apsaugos būklė;
- svaro elektrinės varžos vertė.
Visi šie veiksniai yra periodiškai stebimi.
Elektrinių matavimų dažnis yra toks:
- dujotiekių ir kitų saugomų statinių elektros apsaugos įrenginių zonose, taip pat prie traukos pastočių ir elektros transporto depų, prie miesto bėgių ir elektrifikuotų geležinkelių bei dujotiekių susikirtimo su jais vietose - ne rečiau kaip kartą per 3 mėnesius , taip pat keičiant įrengimo režimus – elektros apsaugos naujovės, saugomos konstrukcijos ar klaidžiojančių srovių šaltiniai;
- elektros apsaugos požiūriu nepavojingose zonose – bent kartą per metus vasarą, taip pat pasikeitus sąlygoms, galinčioms sukelti elektros koroziją.
Protektoriaus apsaugai naudojamos spalvotųjų metalų apsaugos – dažniausiai magnis, cinkas, aliuminis ir jų lydiniai.
Elektros apsauginių įrenginių veikimo kontrolė ir potencialų prie kontaktų matavimai atliekami (ne mažiau kaip): drenažo įrenginiuose - 4 kartus per mėnesį; ant katodinių įrenginių - 2 kartus per mėnesį; ant protektoriaus įrengimų - 1 kartą per mėnesį.
METALO KONSTRUKCIJOS »
Teorinis pagrindas
Požeminių metalinių konstrukcijų katodinė apsauga
Katodinės apsaugos veikimo principas
Metalui kontaktuojant su gruntais, susijusiais su elektrolitine terpe, vyksta korozijos procesas, lydimas elektros srovės susidarymo, susidaro tam tikras elektrodo potencialas. Dujotiekio elektrodo potencialo dydį galima nustatyti pagal potencialų skirtumą tarp dviejų elektrodų: dujotiekio ir nepoliarizuojamo vario sulfato elemento. Taigi dujotiekio potencialo vertė yra skirtumas tarp jo elektrodo potencialo ir etaloninio elektrodo potencialo žemės atžvilgiu. Vamzdyno paviršiuje vyksta tam tikros krypties elektrodiniai procesai, kurių prigimtis kinta laikui bėgant.
Stacionarus potencialas paprastai vadinamas natūraliu potencialu, o tai reiškia, kad dujotiekyje nėra klaidžiojančių ir kitų indukuotų srovių.
Koroduojančio metalo sąveika su elektrolitu skirstoma į du procesus: anodinį ir katodinį, kurie vienu metu vyksta skirtingose metalo ir elektrolito sąsajos dalyse.
Apsaugai nuo korozijos naudojamas teritorinis anodo ir katodo procesų atskyrimas. Prie dujotiekio prijungiamas srovės šaltinis su papildomu įžeminimo elektrodu, kurio pagalba į vamzdyną tiekiama išorinė nuolatinė srovė. Šiuo atveju anodo procesas vyksta ant papildomo įžeminimo elektrodo.
Požeminių vamzdynų katodinė poliarizacija atliekama taikant elektrinį lauką iš išorinio nuolatinės srovės šaltinio. Neigiamas nuolatinės srovės šaltinio polius yra prijungtas prie saugomos konstrukcijos, o vamzdynas yra katodas žemės atžvilgiu, dirbtinai sukurtas įžeminimo anodas prijungtas prie teigiamo poliaus.
Katodinės apsaugos schema parodyta fig. 14.1. Naudojant katodinę apsaugą, neigiamas srovės šaltinio 2 polius yra prijungtas prie vamzdyno 1, o teigiamas - prie dirbtinai sukurto anodinio įžeminimo elektrodo 3. Įjungus srovės šaltinį, ji teka iš jo poliaus per anodo įžeminimas į žemę ir per pažeistas izoliacijos dalis 6 iki vamzdžio. Be to, per drenažo tašką 4 išilgai jungiamojo laido 5 srovė vėl grįžta į maitinimo šaltinio minusą. Šiuo atveju katodinės poliarizacijos procesas prasideda plikose dujotiekio atkarpose.
Ryžiai. 14.1. Dujotiekio katodinės apsaugos schema:
1 - vamzdynas; 2 - išorinis nuolatinės srovės šaltinis; 3 - anodo įžeminimas;
4 - drenažo taškas; 5 - drenažo kabelis; 6 - katodo gnybto kontaktas;
7 - katodo išėjimas; 8 - vamzdyno izoliacijos pažeidimas
Kadangi išorinės srovės įtampa tarp įžeminimo elektrodo ir dujotiekio gerokai viršija potencialų skirtumą tarp dujotiekio korozijos makroporų elektrodų, anodo įžeminimo stacionarus potencialas neturi lemiamos reikšmės.
Įtraukus elektrocheminę apsaugą ( j 0a.pridėti) sutrinka korozijos makroporų srovių pasiskirstymas, katodo sekcijų potencialų skirtumo "vamzdis - žemė" reikšmės artėja viena prie kitos ( j 0k) su anodo sekcijų potencialų skirtumu ( j 0а), pateikiamos poliarizacijos sąlygos.
Katodinė apsauga reguliuojama išlaikant reikiamą apsauginį potencialą. Jei, naudojant išorinę srovę, dujotiekis poliarizuojamas iki pusiausvyros potencialo ( j 0к = j 0а) metalo tirpimas (14.2 pav. a), tada sustoja anodo srovė ir sustoja korozija. Tolesnis apsauginės srovės didinimas yra nepraktiškas. Esant daugiau teigiamų potencialo verčių, atsiranda nepilnos apsaugos reiškinys (14.2 pav. b). Jis gali atsirasti atliekant katodinę dujotiekio, esančio stiprios paklydusių srovių įtakos zonoje, apsaugą arba naudojant apsaugas, kurios neturi pakankamai neigiamo elektrodo potencialo (cinko apsaugos).
Metalo apsaugos nuo korozijos kriterijai yra apsauginis srovės tankis ir apsauginis potencialas.
Neizoliuotos metalinės konstrukcijos katodinei poliarizacijai iki apsauginio potencialo reikia didelių srovių. Labiausiai tikėtinos srovės tankių vertės, reikalingos plieno poliarizacijai įvairiose aplinkose iki minimalaus apsauginio potencialo (-0,85 V) vario sulfato etaloninio elektrodo atžvilgiu, pateiktos lentelėje. 14.1
Ryžiai. 14.2. Korozijos diagrama pilnos poliarizacijos atveju (a) ir
nepilna poliarizacija (b)
Paprastai katodinė apsauga naudojama kartu su izoliacinėmis dangomis, kurios dedamos ant dujotiekio išorinio paviršiaus. Paviršiaus danga sumažina reikiamą srovę keliais dydžiais. Taigi, norint apsaugoti plieno katodinę apsaugą su gera danga dirvoje, reikia tik 0,01 ... 0,2 mA / m 2.
14.1 lentelė
Srovės tankis, reikalingas katodinei apsaugai
plikas plieninis paviršius įvairiose aplinkose
Izoliuotų magistralinių vamzdynų apsauginis srovės tankis negali tapti patikimu apsaugos kriterijumi dėl nežinomo pažeistos vamzdyno izoliacijos pasiskirstymo, kuris lemia tikrąjį metalo ir žemės sąlyčio plotą. Net ir neizoliuotam vamzdžiui (kasetė požeminėje perėjoje per geležinkelius ir greitkelius) apsauginės srovės tankis nustatomas pagal geometrinius konstrukcijos matmenis ir yra fiktyvus, nes kasetės paviršiaus dalis lieka nežinoma, padengta nuolat esančiais pasyvūs apsauginiai sluoksniai (mastelis ir kt.) ir nedalyvauja depoliarizacijos procese. Todėl kai kuriuose laboratoriniuose tyrimuose, atliekamuose su metalo mėginiais, kaip apsaugos kriterijus naudojamas apsauginis srovės tankis.
Požeminių vamzdynų korozija ir apsauga nuo jos
Požeminių vamzdynų korozija yra viena iš pagrindinių jų slėgio mažinimo priežasčių, atsirandančių dėl ertmių, įtrūkimų ir plyšimų. Metalų korozija, t.y. jų oksidacija – tai metalo atomų perėjimas iš laisvos būsenos į chemiškai surištą, joninę būseną. Tokiu atveju metalo atomai praranda savo elektronus, o oksidatoriai juos priima. Požeminiame dujotiekyje dėl vamzdžio metalo nevienalytiškumo ir dėl dirvožemio nevienalytiškumo (tiek fizinių savybių, tiek cheminės sudėties atžvilgiu) atsiranda skirtingų elektrodų potencialo atkarpos, dėl kurių susidaro galvaninė korozija. Svarbiausi korozijos tipai yra: paviršinis (ištisinis per visą paviršių), vietinis apvalkalų pavidalo, duobinis, plyšinis ir nuovargis korozijos įtrūkimai. Paskutiniai du korozijos tipai yra pavojingiausi požeminiams vamzdynams. Paviršiaus korozija daro žalą retai, o daugiausia žalos padaro įdubimas. Korozijos situacija, kai metalinis vamzdynas yra žemėje, priklauso nuo daugelio veiksnių, susijusių su dirvožemio ir klimato sąlygomis, trasos ypatybėmis ir eksploatavimo sąlygomis. Šie veiksniai apima:
- dirvožemio drėgmė,
- dirvožemio chemija,
- dirvožemio elektrolitų rūgštingumas,
- žemės konstrukcija,
- transportuojamų dujų temperatūra
Stipriausias neigiamas klaidžiojančių srovių žemėje pasireiškimas, kurį sukelia elektrifikuotas nuolatinės srovės geležinkelis, yra vamzdynų elektrokorozinis sunaikinimas. Klaidžiojančių srovių intensyvumas ir jų poveikis požeminiams vamzdynams priklauso nuo tokių veiksnių kaip:
- kontaktinio pasipriešinimo bėgis-žemė;
- išilginis bėgių pasipriešinimas;
- atstumas tarp traukos pastočių;
- elektros traukinių srovės suvartojimas;
- siurbimo linijų skaičius ir sekcija;
- dirvožemio savitoji elektrinė varža;
- dujotiekio atstumas ir vieta kelio atžvilgiu;
- dujotiekio pereinamoji ir išilginė varža.
Atkreiptinas dėmesys į tai, kad katodinėse zonose sklindančios srovės turi apsauginį poveikį konstrukcijai, todėl tokiose vietose vamzdyno katodinė apsauga gali būti atlikta be didelių kapitalo sąnaudų.
Požeminių metalinių vamzdynų apsaugos nuo korozijos metodai skirstomi į pasyviuosius ir aktyviuosius.
Pasyvus apsaugos nuo korozijos metodas apima nepraeinamos kliūties tarp dujotiekio metalo ir aplinkinio grunto sukūrimą. Tai pasiekiama naudojant specialias apsaugines vamzdžio dangas (bitumą, akmens anglių deguto pikį, polimerines juostas, epoksidines dervas ir kt.).
Praktiškai neįmanoma pasiekti visiško izoliacinės dangos tęstinumo. Skirtingų tipų dangos turi skirtingą difuzijos pralaidumą, todėl užtikrina skirtingą vamzdžio izoliaciją nuo aplinkos. Statybos ir eksploatacijos metu izoliacinėje dangoje atsiranda įtrūkimų, įbrėžimų, įlenkimų ir kitų defektų. Pavojingiausi yra dėl apsauginės dangos pažeidimo, kai praktiškai atsiranda grunto korozija.
Kadangi pasyvus metodas neužtikrina visiškos dujotiekio apsaugos nuo korozijos, tuo pačiu metu taikoma aktyvioji apsauga, susijusi su elektrocheminių procesų, vykstančių vamzdžio metalo ir žemės elektrolito sąsajoje, valdymu. Ši apsauga vadinama visapusiška apsauga.
Aktyvus apsaugos nuo korozijos metodas atliekamas katodine poliarizacija ir pagrįstas metalo tirpimo greičio sumažėjimu, nes jo korozijos potencialas pasislenka į neigiamas vertes nei natūralus potencialas. Eksperimentiškai nustatyta, kad plieno katodinės apsaugos potencialo vertė yra minus 0,85 volto vario sulfato etaloninio elektrodo atžvilgiu. Kadangi natūralus plieno potencialas dirvožemyje yra apytiksliai lygus -0,55 ... -0,6 volto, tai katodinei apsaugai įgyvendinti būtina korozijos potencialą 0,25 ... 0,30 V neigiama kryptimi.
Taikant elektros srovę tarp metalinio vamzdžio paviršiaus ir žemės, būtina pasiekti potencialo sumažėjimą vamzdžio izoliacijos defektų vietose iki vertės, mažesnės už apsauginio potencialo kriterijų, lygią - 0,9 V. Dėl to , korozijos greitis žymiai sumažėja.
2. Katodinės apsaugos įrenginiai
Vamzdynų katodinė apsauga gali būti atliekama dviem būdais:
- magnio apsauginių anodo apsaugų naudojimas (galvaninis metodas);
- išorinių nuolatinės srovės šaltinių naudojimas, kurių minusas yra prijungtas prie vamzdžio, o pliusas - prie anodo įžeminimo (elektrinis metodas).
Galvaninis metodas pagrįstas tuo, kad skirtingi metalai elektrolite turi skirtingą elektrodų potencialą. Jei sudarysite galvaninę dviejų metalų porą ir įdėsite juos į elektrolitą, tada neigiamą potencialą turintis metalas taps anodu ir bus sunaikintas, taip apsaugodamas metalą su mažesniu neigiamu potencialu. Praktikoje magnio, aliuminio ir cinko lydinių apsauginiai elementai naudojami kaip aukojami galvaniniai anodai.
Katodinės apsaugos naudojimas naudojant protektorius yra veiksmingas tik žemo atsparumo dirvožemiuose (iki 50 omų). Didelės varžos dirvožemiuose šis metodas neužtikrina reikiamos apsaugos. Katodinė apsauga išoriniais srovės šaltiniais yra sudėtingesnė ir daug laiko reikalaujanti, tačiau ji mažai priklauso nuo dirvožemio varžos ir turi neribotą energijos šaltinį.
Kaip nuolatinės srovės šaltinis, paprastai naudojami įvairių konstrukcijų keitikliai, maitinami kintamos srovės tinklu. Keitikliai leidžia reguliuoti apsauginę srovę plačiame diapazone, užtikrinant dujotiekio apsaugą bet kokiomis sąlygomis.
Oro linijos 0,4 naudojamos kaip katodinės apsaugos įrenginių maitinimo šaltiniai; 6; 10 kV. Apsauginė srovė, kurią dujotiekis nukreipia iš keitiklio ir sukuria potencialų skirtumą „vamzdis-žemė“, pasiskirsto netolygiai per dujotiekio ilgį. Todėl didžiausia absoliuti šio skirtumo vertė yra srovės šaltinio prijungimo vietoje (drenažo taške). Tolstant nuo šio taško potencialų skirtumas „vamzdis-žemė“ mažėja. Per didelis potencialų skirtumo pervertinimas neigiamai veikia dangos sukibimą ir gali sukelti vamzdžio metalo prisotinimą vandeniliu, dėl kurio gali atsirasti vandenilio įtrūkimų. Katodinė apsauga yra vienas iš būdų kovoti su metalo korozija agresyvioje cheminėje aplinkoje. Jis pagrįstas metalo perkėlimu iš aktyvios būsenos į pasyviąją ir šios būsenos palaikymu išorinės katodo srovės pagalba. Siekiant apsaugoti požeminius vamzdynus nuo korozijos jų atsiradimo trasoje, statomos katodinės apsaugos stotys (CPS). SKZ konstrukcija apima nuolatinės srovės šaltinį (apsauginį instaliaciją), anodo įžeminimą, valdymo ir matavimo tašką, jungiamuosius laidus ir kabelius. Priklausomai nuo sąlygų, apsauginiai įrenginiai gali būti maitinami kintamosios srovės 0,4; 6 arba 10 kV arba iš nepriklausomų šaltinių. Apsaugant viename koridoriuje nutiestus kelių linijų vamzdynus, galima įrengti kelis įrenginius ir pastatyti kelis anodinius įžeminimus. Tačiau, atsižvelgiant į tai, kad apsaugos sistemos veikimo metu dėl vamzdžių, sujungtų aklu trumpikliu, gamtinių potencialų skirtumo, susidaro galingos galvaninės poros, sukeliančios intensyvią koroziją, vamzdžiai turi būti prijungti prie montavimas per specialius sąnarių apsaugos blokus. Šie blokeliai ne tik atskiria vamzdžius vienas nuo kito, bet ir leidžia nustatyti optimalų kiekvieno vamzdžio potencialą. Kaip nuolatinės srovės šaltiniai katodinei apsaugai esant RMS daugiausia naudojami keitikliai, kurie maitinami 220 V maitinimo dažnio tinklu. Keitiklio išėjimo įtampa reguliuojama rankiniu būdu, perjungiant transformatoriaus apvijų čiaupus arba automatiškai, naudojant valdomus vožtuvus (tiristorius). Jei katodinės apsaugos įrenginiai veikia laikui bėgant kintančiomis sąlygomis, kurios gali atsirasti dėl klaidžiojančių srovių įtakos, grunto savitumo pokyčių ar kitų veiksnių, tuomet patartina keitiklius aprūpinti automatiniu išėjimo įtampos reguliavimu. Automatinis reguliavimas gali būti atliekamas pagal saugomos konstrukcijos potencialą (potenciostatiniai keitikliai) arba pagal apsauginę srovę (galvanostatiniai keitikliai).
3. Drenažo apsaugos įrenginiai
Elektrinis drenažas yra paprasčiausias aktyvios apsaugos tipas, kuriam nereikia maitinimo šaltinio, nes dujotiekis yra elektra prijungtas prie klaidžiojančios srovės šaltinio traukos bėgių. Apsauginės srovės šaltinis yra potencialų skirtumas tarp dujotiekio ir bėgio, atsirandantis dėl elektrifikuoto geležinkelių transporto eksploatavimo ir klaidžiojančios srovės lauko. Drenažo srovės srautas sukuria reikiamą potencialo poslinkį požeminiame vamzdyne. Paprastai saugikliai naudojami kaip apsauginis įtaisas, tačiau taip pat naudojami automatiniai maksimalios apkrovos jungikliai su grįžtamuoju srautu, tai yra, atkuriant drenažo grandinę, nukritus instaliacijos elementams pavojingai srovei. Kaip poliarizuotas elementas, naudojami vožtuvų blokai, surinkti iš kelių lygiagrečiai sujungtų lavininių silicio diodų. Drenažo grandinės srovės reguliavimas atliekamas keičiant varžą šioje grandinėje perjungiant aktyvius rezistorius. Jei poliarizuotų elektros drenų naudojimas yra neefektyvus, tada naudojami sustiprinti (priverstiniai) elektros drenai, kurie yra katodinės apsaugos instaliacija, kurios anodo įžeminimo elektrodas yra elektrifikuoto geležinkelio bėgiai. Priverstinė drenažo srovė, veikianti katodinės apsaugos režimu, neturėtų viršyti 100 A, o ją naudojant neturėtų atsirasti teigiamų bėgių potencialų žemės atžvilgiu, kad būtų išvengta bėgių ir bėgių tvirtinimo detalių korozijos, taip pat prie jų pritvirtintos konstrukcijos.
Elektros drenažo apsaugą prie bėgių tinklo leidžiama jungti tiesiai tik į bėgių droselinių transformatorių vidurinius taškus per du – trečią droselio tašką. Leidžiamas dažnesnis prijungimas, jei išleidimo grandinėje yra specialus apsauginis įtaisas. Kaip toks įrenginys gali būti naudojamas droselis, kurio bendra įėjimo varža pagrindinių geležinkelių signalizacijos sistemos signalinei srovei 50 Hz dažniu yra ne mažesnė kaip 5 omai.
4. Galvaninės apsaugos įrengimas
Galvaninės apsaugos įrenginiai (apsaugos įrenginiai) naudojami požeminių metalinių konstrukcijų katodinei apsaugai tais atvejais, kai išorinių srovės šaltinių maitinamų įrenginių naudojimas ekonomiškai netikslingas: trūksta elektros linijų, mažas objekto ilgis ir kt.
Paprastai katodiniai įrenginiai naudojami katodinei šių požeminių konstrukcijų apsaugai:
- cisternos ir vamzdynai, neturintys elektros kontaktų su gretimomis išplėstinėmis komunikacijomis;
- atskiros dujotiekio atkarpos, kurios nėra pakankamai apsaugotos nuo keitiklių;
- vamzdynų atkarpos, elektra atjungtos nuo magistralinio izoliacinėmis jungtimis;
- plieniniai apsauginiai apvalkalai (kasetės), požeminiai rezervuarai ir rezervuarai, plieninės atramos ir poliai bei kiti koncentruoti objektai;
- tiesiamoji magistralinių vamzdynų dalis iki nuolatinės katodinės apsaugos įrenginių paleidimo.
Pakankamai efektyvi apsauga protektoriaus instaliacijomis gali būti atliekama dirvose, kurių savitoji elektrinė varža ne didesnė kaip 50 omų.
5. Įrenginiai su išplėstais arba paskirstytais anodais.
Kaip jau minėta, naudojant tradicinę katodinės apsaugos schemą, apsauginio potencialo pasiskirstymas išilgai dujotiekio yra netolygus. Netolygus apsauginio potencialo pasiskirstymas lemia tiek perteklinę apsaugą šalia drenažo taško, t.y. į neproduktyvų elektros energijos suvartojimą ir įrenginio apsauginės zonos sumažėjimą. Šio trūkumo galima išvengti naudojant schemą su išplėstais arba paskirstytais anodais. ECP su paskirstytais anodais technologinė schema leidžia padidinti apsauginės zonos ilgį, lyginant su katodinės apsaugos schema su vienkartiniais anodais, taip pat užtikrina tolygesnį apsauginio potencialo pasiskirstymą. Taikant ZKhZ technologinę schemą su paskirstytais anodais, galima naudoti įvairius anodo įžeminimo išdėstymus. Paprasčiausia yra schema su anodo įžeminimais, tolygiai sumontuotais palei dujotiekį. Apsauginis potencialas reguliuojamas keičiant anodo įžeminimo srovę, naudojant reguliavimo varžą ar bet kokį kitą įrenginį, užtikrinantį srovės pokyčius reikiamose ribose. Įžeminant iš kelių įžeminimo jungiklių, apsauginę srovę galima reguliuoti keičiant prijungtų įžeminimo jungiklių skaičių. Paprastai arčiausiai keitiklio esantys įžeminimo elektrodai turėtų turėti didesnę kontaktinę varžą. Apsauginė apsauga Elektrocheminė apsauga naudojant apsaugas grindžiama tuo, kad dėl potencialų skirtumo tarp apsauginio ir apsaugoto metalo elektrolito terpėje metalas sumažėja, o apsaugos korpusas ištirpsta. Kadangi didžioji dalis metalinių konstrukcijų pasaulyje yra pagamintos iš geležies, metalai, kurių elektrodo potencialas yra neigiamas nei geležis, gali būti naudojami kaip apsauga. Jų yra trys – cinko, aliuminio ir magnio. Pagrindinis magnio apsauginių medžiagų skirtumas yra didžiausias potencialų skirtumas tarp magnio ir plieno, kuris teigiamai veikia apsauginio poveikio spindulį, kuris svyruoja nuo 10 iki 200 m, o tai leidžia naudoti mažiau magnio apsaugos nei cinko ir aliuminio. Be to, magnis ir magnio lydiniai, skirtingai nei cinkas ir aliuminis, neturi poliarizacijos, kurią lydi srovės išeiga. Ši savybė lemia pagrindinį magnio apsaugos priemonių taikymą požeminių vamzdynų apsaugai didelės varžos dirvožemiuose.
Vamzdžių apsauga nuo korozijos atliekama naudojant skirtingas technologijas. Vienas iš efektyviausių metodų yra elektrocheminis apdorojimas, kuris apima katodinę apsaugą. Daugeliu atvejų ši parinktis naudojama kartu su metalinių konstrukcijų apdorojimu izoliaciniais junginiais.
Pagrindiniai katodinės apsaugos tipai
Katodinė vamzdynų apsauga nuo korozijos buvo sukurta XIX a. Ši technologija yra pirmoji buvo naudojami laivų statybos pramonėje ir - plūduriuojančio laivo korpusas buvo aptrauktas anodinėmis apsaugomis, kurios sumažino vario lydinio korozijos procesus. Šiek tiek vėliau ši technologija buvo pradėta aktyviai naudoti kitose srityse. Be to, šiuo metu efektyviausia apsaugos nuo korozijos technologija laikoma katodinė technika.
Yra dviejų tipų katodinė metalų lydinių apsauga:
Pirmasis variantas šiandien laikomas labiausiai paplitęs, nes jis yra greitesnis ir paprastesnis. Naudodami šią technologiją galite susidoroti su įvairių tipų korozija:
- tarpkristalinis;
- traškantis žalvaris dėl per didelio įtempimo;
- korozija, kurią sukelia klaidinančių elektros srovių įtaka;
- duobes ir kt.
Pažymėtina, kad pirmoji technika leidžia apdirbti didelių gabaritų metalines konstrukcijas, o galvaninė cheminė elektros apsauga skirta tik smulkiems gaminiams.
Galvaninė technologija yra labai populiari JAV, tačiau mūsų šalyje ji beveik nenaudojama, nes vamzdynų įrengimo technologija Rusijos Federacijoje nereiškia apdorojimo specialia izoliacija, kuri būtina galvaninei apsaugai.
Be tokios dangos požeminio vandens įtakoje didėja plieno korozija, o tai itin svarbu rudeniui ir pavasariui. Žiemą, po vandens apledėjimo, korozijos procesas gerokai sulėtėja.
Technologijos aprašymas
Katodinė apsauga nuo korozijos sukuriama nuolatine srove, tiekiama ant ruošinio, todėl ruošinio potencialas yra neigiamas. Tam dažnai naudojami lygintuvai.
Objektas, prijungtas prie elektros srovės šaltinio, laikomas "minusu", tai yra katodu, o prijungtas įžeminimas yra anodas, tai yra "pliusas". Pagrindinė sąlyga yra geros elektrai laidžios terpės buvimas. Požeminiams vamzdžiams tai yra dirvožemis.
Diegiant šią technologiją tarp grunto (laidžios terpės) ir apdirbamo objekto, turi būti išlaikytas elektros srovės potencialų skirtumas. Šio indikatoriaus vertę galima nustatyti naudojant didelio pasipriešinimo tipo voltmetrą.
Efektyvaus darbo ypatybės
Korozija dažnai yra vamzdynų slėgio mažinimo kaltininkė. Dėl metalo konstrukcijos pažeidimo ant konstrukcijos susidaro įtrūkimai, ertmės ir tarpai. Ši problema itin aktuali požeminiams vamzdynams, nes jie nuolat liečiasi su gruntiniu vandeniu.
Katodinė technika šioje situacijoje leidžia sumažinti metalų lydinio tirpimo ir oksidacijos procesą keičiant pradinį korozijos potencialą.
Praktinių bandymų rezultatai rodo, kad metalų lydinių poliarizacijos potencialas naudojant katodinę techniką sulėtina koroziją.
Norint pasiekti veiksmingą apsaugą, būtina sumažinti katodinį potencialą medžiagos, kuri buvo naudojama vamzdynui sukurti naudojant nuolatinę elektros srovę. Esant tokiai situacijai, metalo korozijos greitis neviršys dešimties mikrometrų per metus.
Be to, katodinė apsauga yra geriausias sprendimas apsaugoti požeminius vamzdynus nuo paklydusių elektros srovių įtakos. Klaidžiojančios srovės – tai elektros krūvis, prasiskverbiantis į dirvą veikiant žaibolaidžiui, važiuojant elektriniams traukiniams ir kt.
Apsaugai nuo korozijos gali būti naudojamos elektros linijos arba nešiojamieji dyzelinu ar dujomis varomi generatoriai.
Speciali įranga
Apsaugos tikslais naudojamos specialios stotys. Šią įrangą sudaro keli mazgai:
- elektros srovės šaltinis;
- anodas (įžeminimas);
- matavimo, kontrolės ir valdymo taškas;
- jungiamieji laidai ir laidai.
Anodo apsaugos stotis leidžia vienu metu apsaugoti kelis vamzdynus, kurie yra vienas šalia kito. Tiekiamos elektros srovės reguliavimas gali būti automatinis arba rankinis.
Mūsų šalyje Minerva-3000 instaliacija yra ypač populiari. Šio VCS galios pakanka apsaugoti maždaug 40 kilometrų po žeme esančio dujotiekio nuo korozijos.
Diegimo pranašumai apima:
Nuotolinis įrangos valdymas atliekamas naudojant GPRS modulius, kurie yra įmontuoti į dizainą.
Elektrocheminė apsauga- efektyvus būdas apsaugoti gatavus gaminius nuo elektrocheminės korozijos. Kai kuriais atvejais dažų dangos ar apsauginės vyniojimo medžiagos atnaujinti neįmanoma, tuomet patartina naudoti elektrocheminę apsaugą. Požeminio vamzdyno ar jūrų laivo dugno dangą atnaujinti yra labai sunku ir brangu, kartais tai tiesiog neįmanoma. Elektrocheminė apsauga patikimai apsaugo gaminį nuo požeminių vamzdynų, laivų dugno, įvairių rezervuarų ir kt.
Elektrocheminė apsauga naudojama tais atvejais, kai laisvos korozijos tikimybė yra intensyvaus netauriųjų metalų tirpimo arba perpasyvavimo srityje. Tie. kai vyksta intensyvus metalinės konstrukcijos ardymas.
Elektrocheminės apsaugos esmė
Prie gatavo metalo gaminio iš išorės prijungiama nuolatinė srovė (nuolatinės srovės šaltinis arba apsauga). Elektros srovė ant apsaugoto gaminio paviršiaus sukuria katodinę mikrogalvaninių porų elektrodų poliarizaciją. Dėl to anodinės sritys ant metalinio paviršiaus tampa katodinėmis. O dėl korozinės aplinkos poveikio sunaikinamas ne konstrukcijos metalas, o anodas.
Priklausomai nuo to, kuria kryptimi (teigiama ar neigiama) perkeliamas metalo potencialas, elektrocheminė apsauga skirstoma į anodinę ir katodinę.
Katodinė apsauga nuo korozijos
Katodinė elektrocheminė apsauga nuo korozijos naudojama tada, kai apsaugotas metalas nėra linkęs pasyvuoti. Tai viena iš pagrindinių metalų apsaugos nuo korozijos rūšių. Katodinės apsaugos esmė – iš neigiamo poliaus į gaminį nukreipiama išorinė srovė, kuri poliarizuoja korozijos elementų katodines dalis, priartindama potencialo vertę prie anodinių. Teigiamas srovės šaltinio polius yra prijungtas prie anodo. Šiuo atveju apsaugotos konstrukcijos korozija beveik sumažėja iki nulio. Anodas palaipsniui sunaikinamas ir turi būti periodiškai keičiamas.
Yra keletas katodinės apsaugos variantų: poliarizacija iš išorinio elektros srovės šaltinio; katodo proceso greičio sumažėjimas (pavyzdžiui, elektrolito deaeracija); kontaktas su metalu, kuris tam tikroje aplinkoje turi didesnį elektronneigiamą laisvos korozijos potencialą (vadinamoji aukos apsauga).
Poliarizacija iš išorinio elektros srovės šaltinio labai dažnai naudojama konstrukcijoms, esančioms dirvožemyje, vandenyje (laivų dugne ir kt.), apsaugoti. Be to, tokio tipo apsauga nuo korozijos naudojama cinko, alavo, aliuminio ir jo lydinių, titano, vario ir jo lydinių, švino, taip pat daug chromo, anglies, legiruotų (tiek mažai, tiek labai legiruotų) plienų.
Išorinis srovės šaltinis yra katodinės apsaugos stotys, susidedančios iš lygintuvo (keitiklio), srovės tiekimo į apsaugotą konstrukciją, anodo įžeminimo elektrodų, etaloninio elektrodo ir anodo kabelio.
Katodinė apsauga naudojama kaip nepriklausoma ir papildoma apsauga nuo korozijos.
Pagrindinis kriterijus, pagal kurį galima spręsti apie katodinės apsaugos efektyvumą, yra apsauginį potencialą. Apsauginis potencialas yra tas, kai metalo korozijos greitis tam tikromis aplinkos sąlygomis įgyja mažiausią (kiek įmanoma) vertę.
Katodinės apsaugos naudojimas turi trūkumų. Vienas iš jų – pavojus perteklinė apsauga. Perteklinė apsauga pastebima labai pasislinkus saugomo objekto potencialui neigiama kryptimi. Tuo pačiu jis išsiskiria. Dėl to sunaikinamos apsauginės dangos, metalo trapumas vandeniliu, atsiranda korozijos įtrūkimai.
Protektoriaus apsauga (protektoriaus pritaikymas)
Katodinė apsauga yra katodinė apsauga. Naudojant aukų apsaugą, prie saugomo objekto prijungiamas metalas, turintis didesnį elektroneigiamą potencialą. Tokiu atveju sunaikinama ne konstrukcija, o protektorius. Laikui bėgant, apsauga surūdija ir turi būti pakeista nauju.
Protektoriaus apsauga yra veiksminga tais atvejais, kai yra mažas trumpalaikis pasipriešinimas tarp apsaugos ir aplinkos.
Kiekviena apsauga turi savo apsauginio veikimo spindulį, kuris nustatomas pagal maksimalų įmanomą atstumą, kuriuo apsauga gali būti nuimama neprarandant apsauginio poveikio. Apsauginė apsauga dažniausiai naudojama tada, kai neįmanoma arba sunku ir brangu atvesti srovę į konstrukciją.
Apsaugos priemonės naudojamos konstrukcijoms apsaugoti neutralioje aplinkoje (jūros ar upės vanduo, oras, dirvožemis ir kt.).
Apsaugoms gaminti naudojami šie metalai: magnis, cinkas, geležis, aliuminis. Grynieji metalai nevisiškai atlieka savo apsaugines funkcijas, todėl gaminant apsaugas jie papildomai legiruojami.
Geležinės apsaugos yra pagamintos iš anglinio plieno arba grynos geležies.
Cinko apsaugos
Cinko apsaugos priemonėse yra apie 0,001 – 0,005 % švino, vario ir geležies, 0,1 – 0,5 % aliuminio ir 0,025 – 0,15 % kadmio. Cinko projektoriai naudojami gaminiams apsaugoti nuo jūrinės korozijos (sūriame vandenyje). Jei cinko apsauga naudojama šiek tiek druskingame, gėlame vandenyje ar dirvožemyje, ji greitai pasidengia storu oksidų ir hidroksidų sluoksniu.
Magnio apsauga
Lydiniai, skirti magnio apsaugai gaminti, legiruojami su 2–5 % cinko ir 5–7 % aliuminio. Vario, švino, geležies, silicio, nikelio kiekis lydinyje neturi viršyti dešimtųjų ir šimtųjų procentų.
Apsauginis magnis naudojamas šiek tiek druskinguose, gėluose vandenyse, dirvose. Apsauga naudojama aplinkoje, kurioje cinko ir aliuminio apsaugos yra neveiksmingos. Svarbus aspektas yra tai, kad magnio apsaugos priemonės turi būti naudojamos aplinkoje, kurios pH yra 9,5 - 10,5. Taip yra dėl didelio magnio tirpimo greičio ir mažai tirpių junginių susidarymo jo paviršiuje.
Magnio apsauga yra pavojinga, nes. yra vandenilinio trapumo ir konstrukcijų korozijos įtrūkimų priežastis.
Aliumininės apsaugos
Aliuminio apsauginėse priemonėse yra priedų, kurie neleidžia susidaryti aliuminio oksidams. Į tokias apsaugas įterpiama iki 8 % cinko, iki 5 % magnio ir dešimtųjų iki šimtųjų silicio, kadmio, indio ir talio. Aliumininės apsaugos naudojamos pakrantės šelfe ir tekančiame jūros vandenyje.
Anodo apsauga nuo korozijos
Anodo elektrocheminė apsauga naudojama konstrukcijoms iš titano, mažai legiruoto nerūdijančio plieno, anglinio plieno, labai legiruotų juodųjų metalų lydinių, skirtingų pasyvuotų metalų. Anodo apsauga naudojama labai laidžioje korozinėje aplinkoje.
Naudojant anodinę apsaugą, apsaugoto metalo potencialas perkeliamas į teigiamą pusę, kol pasiekiama pasyvi stabili sistemos būsena. Anodinės elektrocheminės apsaugos privalumai yra ne tik labai reikšmingas korozijos greičio sulėtėjimas, bet ir tai, kad korozijos produktai nepatenka į gaminį ir terpę.
Anodo apsauga gali būti įgyvendinama keliais būdais: perkeliant potencialą į teigiamą pusę, naudojant išorinį elektros srovės šaltinį arba įvedant į korozinę aplinką oksiduojančių medžiagų (arba elementų į lydinį), kurie padidina katodinio proceso efektyvumą. metalinis paviršius.
Anodo apsauga naudojant oksidatorius savo apsauginiu mechanizmu yra panaši į anodinę poliarizaciją.
Jei naudojami pasyvavimo inhibitoriai, turintys oksiduojančių savybių, apsaugotas paviršius pereina į pasyvią būseną, veikiant susidariusiai srovei. Tai dichromatai, nitratai ir kt. Bet jie gana stipriai teršia supančią technologinę aplinką.
Į lydinį įdėjus priedų (daugiausia legiruojant tauriuoju metalu), katode vykstanti depoliarizatorių redukcijos reakcija vyksta esant mažesnei viršįtampai nei ant apsaugoto metalo.
Jei per apsaugotą konstrukciją praleidžiama elektros srovė, potencialas pasislenka teigiama kryptimi.
Anodinės elektrocheminės apsaugos nuo korozijos įrenginį sudaro išorinis srovės šaltinis, atskaitos elektrodas, katodas ir pats apsaugotas objektas.
Siekiant išsiaiškinti, ar galima tam tikram objektui taikyti anodinę elektrocheminę apsaugą, imamos anodinės poliarizacijos kreivės, kurių pagalba galima nustatyti tiriamos konstrukcijos korozijos potencialą tam tikroje korozinėje aplinkoje, stabilaus pasyvumo regionas ir srovės tankis šiame regione.
Katodams gaminti naudojami mažai tirpūs metalai, tokie kaip labai legiruotas nerūdijantis plienas, tantalas, nikelis, švinas ir platina.
Kad anodinė elektrocheminė apsauga būtų veiksminga tam tikroje aplinkoje, būtina naudoti lengvai pasyvuojamus metalus ir lydinius, etaloninis elektrodas ir katodas visada turi būti tirpale, o jungiamieji elementai turi būti kokybiški.
Kiekvienam anodo apsaugos atveju katodų išdėstymas projektuojamas individualiai.
Kad anodo apsauga būtų veiksminga tam tikram objektui, būtina, kad ji atitiktų tam tikrus reikalavimus:
Visos suvirinimo siūlės turi būti aukštos kokybės;
Technologinėje aplinkoje medžiaga, iš kurios pagamintas saugomas objektas, turi pereiti į pasyvią būseną;
Oro kišenių ir plyšių skaičius turėtų būti kuo mažesnis;
Ant konstrukcijos neturi būti kniedytų jungčių;
Apsaugotame įrenginyje etaloninis elektrodas ir katodas visada turi būti tirpale.
Norint įgyvendinti anodo apsaugą chemijos pramonėje, dažnai naudojami šilumokaičiai ir cilindriniai mazgai.
Nerūdijančio plieno elektrocheminė anodinė apsauga taikoma pramoninėms sieros rūgšties saugykloms, tirpalams amoniako pagrindu, mineralinėms trąšoms, taip pat visų rūšių kolektoriams, rezervuarams, matavimo rezervuarams.
Anodo apsauga taip pat gali būti naudojama siekiant išvengti korozijos pažeidimų cheminio nikelio voniose, šilumokaičiuose gaminant dirbtinį pluoštą ir sieros rūgštį.