Катодний захист газопроводів

 

При катодному захисті до газопроводу приєднується від'ємний полюс джерела постійного струму. Додатний по­люс джерела струму приєднують до анодного заземлення.

При вмиканні джерела струму утворюється електричне коло: плюсова клема джерела струму - анодне заземлення - ґрун­товий електроліт - газопровід - мінусова клема джерела.

1-трубопровід; 2,4-дренажні кабелі; 3-зовнішнє джерело струму; 5-анодне заземлення

 

Рисунок 6.1 ― Схема катодного захисту трубопроводу

Катодна установка - це споруда, що застосовується для катодної поляризації газопроводу зовнішнім струмом і яка складається із випростувача, анодного заземлення, з'єдну­вальних електроліній та захисного заземлення. До складу ус­тановки може входити електрод порівняння тривалої дії з датчиком поляризації, а також пункт вимірювання.

Як джерело електроживлення випростувача використову­ють лінії електропередачі (ЛЕП) напругою 220 В, 6 або 10 кВ. Приживленні від ЛЕП 6 (10) кВ випростувач підключають до лінії живлення через трансформатор. Для захисту від ко­роткого замикання й перевантажень установлюють за­побіжники.

Режим роботи катодної установки контролюється за допо­могою вмонтованих у випростувач амперметра й вольтметра.

Напруга може регулюватися плавно чи ступінчато. Пере­творювачі можуть бути автоматичними й давати можливість слідкувати за змінами потенціалу на підземній споруді, постійно підтримувати встановлене значення потенціалу або струму.

Важливим елементом катодної установки є анодне зазем­лення, призначене для електричного контакту позитивної клеми перетворювача з ґрунтом при накладанні на газопровід зовнішнього струму.

За глибиною встановлення розрізняють такі анодні зазем­лення: глибинні та підповерхневі.

Спорудження анодного заземлення пов'язане зі значними витратами, тому при виборі типу анодного заземлення треба врахувати техніко-економічні показники, беручи до уваги пи­томий електроопір ґрунту, глибину промерзання, розташу­вання суміжних підземних металевих споруд, місцеві умови.

Для ефективної роботи катодної установки місце для анодного заземлення вибирають із найменшим електроопо­ром ґрунтів і розташовують електроди анодного заземлення нижче глибини промерзання ґрунтів, з'єднуючи їх між собою паралельно і встановлюючи горизонтально, вертикально чи змішано.

У місцях, де на поверхні ґрунти мають великий питомий електроопір, або є складності з місцем розташування анодів у зв'язку з великою насиченістю комунікацій, які треба захи­щати, застосовують глибинні анодні заземлення.

Глибинні анодні заземлення забезпечують найраціональніше викорис­тання потужності катодних установок, зменшують, або й повністю виключають шкідливий вплив катодних установок на суміжні комунікації, знижують екрануючий ефект споруд.

 

 

1 - електрод; 2 - коксова засипка; 3 - кабель від анодного заземлення; 4 - природний ґрунт; 5 - пункт приєднання анодного заземлення до з'єднувальної лінії; 6 - місце з'єднання кабеля

 

Рисунок 6.2 ― Підповерхневе анодне заземлення з горизонтальним розташуванням електродів

 

Вибір типу й конструкції анодного заземлення, визначен­ня кількості електродів, глибини їх розташування виконують при проектуванні чи реконструкції катодного захисту залеж­но від геоелектричного розрізу (потужність пластів, їх пито­мий електроопір), параметрів газопроводу, місцевих умов, терміну експлуатації і техніко-економічних показників.

Опір розтіканню анодного заземлення залежить насампе­ред від опору оточуючого анод середовища, від розмірів і форми анода. Для зменшення опору розтікання анодні елект­роди засипають струмопровідними матеріалами (для цього найчастіше застосовують гранульований кокс, вугілля, графіт або їх суміші). Така засипка зменшує витрати матеріалу електродів і полегшує виділення утворюваних на анодах газів.

 

 

1 - електрод; 2 - коксова засипка; 3 - трубка ПВХ газовідводу; 4 - обсадна труба; 5 - кабель від анодного заземлення; 6 - місце з'єднання кабеля від анодного заземлення до з'єднувальної лінії; 7 - пристрій для кріплення кабеля від анодних електродів; 8 - прикриття забою свердловини; 9 - огорожа

 

 

Рисунок 6.3 ― Глибинне анодне заземлення

 

Анодні заземлення розрізняють за матеріалом робочих електродів: металеві (титано-марганцеві, залізокремнієві, ча­вунні, сталеві) і неметалеві (електро-провідна гума, графітовані, графітопластові).

Брухт застосовують для анодів обмежено, бо розчинення заліза дуже велике, і для тривалої роботи катодної установки потрібна значна кількість брухту. Для цього використовують старі сталеві труби, балки, рейки, які зварюють між собою. Застосування брухту може призвести до значних експлуа­таційних витрат у зв'язку з нерівномірністю розчинення і, як результат, обривом електричного кола та збільшенням опору розтікання.

Електроди з графіту відрізняються високою стійкістю до розчинення, яка в 10 - 15 разів вища, ніж у залізних. Однак вадою графітових електродів є мала механічна міцність, а та­кож можливість витримувати струм лише невеликої густини.

Вуглеграфітові електроди складаються з вуглеграфітової труби, з'єднувача-струмовводу, призначеного для з'єднання труб між собою і підводу до них струму, та кільця, яке надівається на з'єднувач і міцно приєднує кабель до струмовводу. Місце приєднання заповнюють антикорозійною сумішшю.

Найширше застосовуються електроди із залізокремнієвих сплавів (феросиліди) з вмістом 14 - 16% Si. Ці сплави харак­теризуються високою твердістю і крихкістю. Тому феросилідові електроди виготовляють методом відливок. Цилін­дричні електроди-відливки потребують обережного транс­портування й монтажу.

Останнім часом почали застосовувати електроди, виготов­лені з легованого титану. Електроди з титану можна зробити будь-якої конфігурації. Аноди з нього можуть працювати при великій густині струму; при цьому розчинення металу дуже незначне.

Для забезпечення надійної роботи анодних заземлень особливу увагу треба приділяти якості контакту електрично­го кабеля з електродом. У місці контакту з електродом кабель особливо руйнується, тому місце контакту повинно бути заізольовано так, щоб до нього не було доступу вологи про­тягом експлуатації обладнання.

Для з'єднання електродів анодного заземлення між собою та з перетво-рювачем застосовують кабелі з подвійною пласт­масовою (полімерною) ізоляцією з мідними, або алюмінієви­ми жилами. Застосування проводів типу АПВ, ПВ заборо­няється.

Пошкодження кабельної оболонки неприпустимо, бо жи­ли кабеля за дуже короткий термін зазнають анодного розчи­нення, внаслідок чого з'єднання з перетворювачем буде по­рушено.

 

Протекторний захист

 

Протекторним (гальванічним) захистом називають елект­рохімічний захист, при якому захисний струм виробляється гальванічним елементом, утвореним

сталевим газопроводом і приєднаним до нього допоміжним електродом зі сплаву, що має від'ємніший власний потенціал.

При протекторному захисті компенсаційні струми утво­рюються за рахунок активнішого електрохімічного розчинен­ня протектора порівняно зі швидкістю розчинення газопро­воду, що захищається.

При приєднанні протектора до сталевого газопроводу ут­ворюється гальванічний елемент "труба - протектор", в яко­му на поверхні газопроводу протікає реакція відновлення, а на протекторі - реакція окислення. В результаті газопровід захищається, а протектор руйнується.

Протекторні установки застосовують для захисту від ґрунтової корозії підземних ємностей, ділянок газопроводу, які віддалені від джерел електроживлення, кожухів на пере­ходах через автодороги та залізниці, невеликих за про­тяжністю відводів, де з еко­номічних міркувань не­доцільно застосовувати ка­тодні установки, тощо.

Для захисту підземних сталевих газопроводів прин­ципово можуть застосовува­тися всі метали, що мають від'ємніший потенціал, ніж сталь. Практично застосову­ють магній, алюміній, цинк та їх сплави.

Згідно вимог до металів і сплавів, що застосовуються для виготовлення протек­ торів, вони повинні мати достатньо високий від'ємний по­тенціал, рівномірне розчинення, відсутність анодної поляри­зації, велику струмовіддачу. Для протекторів важлива вели­чина електрохімічного еквівалента - струму, отриманого при повному розчиненні 1 кг металу за одиницю часу. Для магнію ця величина становить 2204, цинку - 820, алюмінію - 2982 А-рік/кг.

Струмовіддача протектора істотно залежить від питомого електроопору ґрунтів. Тому протекторний захист на газопро­водах застосовують, як правило, в ґрунтах з р_г до 50 Омм. Для цього використовують магнієві протектори типу ПМ. Конструктивно протектори ПМ - відливка магнієвого сплаву, в центрі якого розміщується оцинкований залізний контактний стержень діаметром 4-5 мм. До стержня приєднаний кабель.

Для зменшення електроопору й забезпечення надійного заземлення

магнієвий протектор розміщують у заповнювачі-активаторі, який одночасно сприяє зменшенню анодної поля­ризації та власної корозії протектора. При застосуванні акти­ватора забезпечується стабільний у часі струм у колі протек­тор - газопровід, а також підвищується коефіцієнт корисної дії.

Основними компонентами заповнювачів до магнієвих сплавів є вапняк, глина, сірчанокислий магній та сірчанокис­лий натрій.

На період складського зберігання і транспортування про­тектор запаковують у паперовий мішок.

На практиці захисту підземних газопроводів застосову­ються одиночні й групові протекторні установки. Кількість протекторів у групі, відстань між протекторами і газопрово­дом мають передбачатися проектом електро-хімзахисту. Приєднання протекторів до трубопроводу повинне виконува­тися через пункт вимірювання.

1-трубопровід; 2-контрольно-вимірювальна конка; 3-контрольний вивід; 4-ізольовані провідники; 5-протектор; 6-заповнювач-активатор.

 

Рисунок 6.4 - Схема протекторної установки

У ґрунтах із високим електроопором (до 300 Омм) можуть застосовуватися пруткові протекгори. Ці протектори вклада­ють в одну траншею з трубою, або в окрему траншею на відстані не більше 5 діаметрів труби.

 

 

1 - газопровід; 2 - протектор в упаковці; 3 - кабель протектора; 4 - з'єднувальний кабель протектора; 5 - пункт вимірювання й приєднання до газопроводу; 6 - з'єднувальний кабель до газопроводу; 7 - контакт із газопроводом; 8 - точка злучення протектора зі з'єднувальним кабелем; 9 - засипка природним ґрунтом

 

Рисунок 6.5 - Групова протекторна установка