РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И.М.ГУБКИНА

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ РАБОТНИКОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УИЦ)

МУНЦ «АНТИКОР»

Итоговая работа

по программе краткосрочного повышения квалификации:

«ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ ГАЗОНЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ ГАЗОВОГО И НЕФТЯНОГО ХОЗЯЙСТВА»

Тема: Системы электрохимической защиты, их эксплуатация

Москва, 2012г.

Введение

электрохимический коррозия защита заземление

Электрохимическая защита подземных сооружений - метод защиты от электрохимической коррозии, сущность которого заключается в замедлении коррозии сооружения под действием катодной поляризации при смещении потенциала в отрицательную область под действием постоянного тока, проходящего через границу раздела «сооружение - окружающая среда». Электрохимическая защита подземных сооружений может осуществляться с помощью установок катодной защиты (далее УКЗ), дренажных установок или протекторных установок.

При защите с помощью УКЗ, металлическое сооружение (газопровод, оболочка кабеля, резервуар, обсадная колонна скважины и т.д.) подключается к отрицательному полюсу источника постоянного тока. При этом к положительному полюсу источника подключают анодное заземление, обеспечивающее ввод тока в грунт.

При протекторной защите защищаемое сооружение электрически соединяется с металлом, находящимся в той же среде, но имеющим более отрицательный потенциал, чем потенциал сооружения.

При дренажной защите защищаемое сооружение, находящееся в зоне действия блуждающих постоянных токов, подключается к источнику блуждающих токов; это предотвращает стекание этих токов с сооружения в грунт. Блуждающими токами называются токи утечки с рельсовых путей электрифицированных на постоянном токе железных дорог, трамвайных путей и других источников.

1. Установки катодной защиты

Для защиты подземных трубопроводов от коррозии сооружаются установки катодной защиты (УКЗ). В состав УКЗ входят источники электроснабжения сети переменного тока 0,4; 6 или 10 кВ, катодные станции (преобразователи), анодное заземление, контрольно-измерительные пункты (КИП), соединительные провода и кабели. При необходимости в состав УКЗ включаются регулирующие резисторы, шунты, поляризованные элементы, контрольно-диагностические пункты (КДП), с датчиками коррозионного мониторинга, блоки дистанционного контроля и регулирования параметров защиты.

Защищаемая конструкция присоединяется к отрицательному полюсу источника тока, к его положительному полюсу подключают второй электрод - анодный заземлитель. Место контакта с конструкцией называется точкой дренажа. Принципиальную схему метода можно представить следующим образом:

1 - источник постоянного тока

Защищаемое сооружение

Точка дренажа

Анодное заземление

2. Воздушные линии установок катодной защиты

Эксплуатация ВЛ заключается в проведении технического и оперативного обслуживания, восстановительного и капитального ремонтов.

Техническое обслуживание ВЛ состоит из комплекса мероприятий, направленных на предохранение элементов BЛ от преждевременного износа.

Капитальный ремонт ВЛ заключается в проведении комплекса мероприятий по поддержанию и восстановлению первоначальных эксплуатационных показателей и параметров ВЛ. При капитальном ремонте дефектные детали и элементы заменяются либо на равноценные, либо на более прочные, улучшающие эксплуатационные характеристики ВЛ.

Осмотры по всей трассе ВЛ производятся в целях визуальной проверки состояния ВЛ. При осмотрах определяют состояние опор, провода, траверс, изоляторов разрядников, разъединителей, приставок, бандажей, хомутов, нумерации, плакатов, состояние трасс.

Внеочередные осмотры связаны, как правило, с нарушением нормального режима работы или автоматического отключения ВЛ от релейной защиты, а после успешного повторного включения проводят при необходимости. Осмотры носят целенаправленный характер, производят его с применением специальных технических средств передвижения и поиска мест повреждения. Также выявляют неисправности угрожающие повреждению ВЛ или безопасности людей.

Комплекс работ по техническому обслуживанию ВЛ 96 В - 10 кВ.

3. Трансформаторные подстанции выше 1 кВ

КТП относится к электроустановкам напряжением выше 1000 В.

Подстанции трансформаторные комплектные используемые в УКЗ мощностью 25-40 кВА предназначены для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц.

Однотрансформаторная КТП состоит из вводного устройства на стороне высокого напряжения (УВН), силового трансформатора, распределительного устройства на стороне низкого напряжения (РУНН).

При эксплуатации КТП должна обеспечиваться надежная работа. Нагрузки, уровень напряжения, температура, характеристики масла трансформатора и параметры изоляции должны находиться в пределах установленных норм; устройства охлаждения, регулирования напряжения, защиты, маслохозяйство и другие элементы должны содержаться в исправном состоянии.

Единоличный осмотр КТП, может выполнять работник, имеющий группу не ниже III, из числа оперативного персонала, обслуживающего данную электроустановку в рабочее время или находящегося на дежурстве, либо работник из числа административно-технического персонала, имеющий группу V и право единоличного осмотра на основании письменного распоряжения руководителя организации.

4. Станции катодной защиты

Станции катодной защиты подразделяются на станции с преобразователями тиристорного и инвенторного типа. К тиристорным станциям относятся станции типа ПАСК, ОПС, УКЗВ-Р. К станциям инвенторного типа относятся станции типа ОПЕ, Парсек, НГК-ИПКЗ Евро.

Станции катодной защиты тиристорного типа.

высокая надежность;

простота конструкции, позволяющая организовать ремонт станции на местах силами специалистов службы ЭХЗ.

К недостаткам тиристорных станций относится:

низкий КПД даже на номинальной мощности,

Выходной ток имеет недопустимо большие пульсации;

Большой вес станций;

Отсутствие корректоров мощности;

большое количество меди в силовом трансформаторе.

5. Станции катодной защиты инверторного типа

К достоинствам данного типа станций можно отнести:

высокий КПД;

низкий уровень пульсаций выходного тока;

малый вес (типичный вес станции с мощностью в 1 квт ~ 8…12 кг);

компактность;

малое количество меди в станции;

высокий коэффициент мощности (при наличии корректора, что является обязательным требованием ГОСТа);

легкость оперативной замены станции (преобразователя мощности) даже одним человеком, особенно при модульном исполнении станции.

К недостаткам относится:

отсутствие возможности ремонта в мастерских служб ЭХЗ;

более низкая, по сравнению с тиристорными, надежность станции, определяемая существенно большей сложностью, большим количеством компонентов и чувствительностью ряда из них к скачкам напряжения во время грозы и при автономной системе электроснабжения. В последнее время ряд производителей поставляют СКЗ с установленными блоками грозозащиты и стабилизаторами напряжения, что существенно увеличивает их надёжность.

Техническое обслуживание преобразователя производиться с учетом требований технического описания и согласно графика ППР.

Регламентные работы представляют собой систему планово-предупредительных ремонтов, осмотров и проверок правильности эксплуатации средств ЭХЗ. Эти работы включают в себя выявления и устранение неисправностей и дефектов, проверку контрольно -измерительных приборов, накопление и анализ полученных материалов, характеризующих износ, а также выполнение периодических ремонтов. Сущность системы планово-предупредительных ремонтов заключается в том, что после отработки средствами ЭХЗ заданного количества часов проводится определенный вид планового ремонта: текущий, или капитальный.

6. Текущий осмотр (ТО)

Комплекс работ по уходу и контролю технического состояния всех доступных для внешнего наблюдения конструктивных элементов средств ЭХЗ, осуществляемый в профилактических целях.

При текущем осмотре СКЗ выполняются следующие работы:

проверка показаний встроенных электроизмерительных приборов контрольными приборами;

установка стрелок приборов на нуль шкалы;

снятие показаний вольтметров, амперметров, счетчика расхода электроэнергии и времени наработки преобразователей;

измерение и, при необходимости, регулировка потенциала сооружения в точке дренажа СКЗ;

Запись о проведенных работах в полевом журнале установки.

Текущий осмотр выполняется объездным методом на протяжении всего периода работы сооружений ЭХЗ между плановыми ремонтами.

7. Текущий ремонт (ТР)

Текущий ремонт - осуществляется с минимальными по объему ремонтными работами. Цель текущего ремонта - обеспечить нормальную эксплуатацию объектов ЭХЗ до очередного планового ремонта путем устранения дефектов и посредством регулирования.

Во время текущего ремонта УКЗ производятся все работы, предусмотренные техническим:

Чистка разъемных контактов и монтаж соединений;

удаление пыли, песка, грязи и влаги с элементов конструкции монтажных плат, охладителей силовых диодов, тиристоров, транзисторов;

перетяжка винтовых контактных соединений;

измерение или расчет сопротивления цепи постоянного тока УКЗ;

запись о проведенных работах в полевом журнале установки.

8. Капитальный ремонт (КР)

Наибольший по объему работ вид планово-предупредительного ремонта, при котором производится замена или восстановление отдельных узлов и деталей, разборка и сборка, регулировка, испытание и наладка оборудования системы ЭХЗ. Испытания должны показать, что технические параметры оборудования соответствуют требованиям, предусмотренным нормативно-технической документацией (НТД).

В объем КР станции катодной защиты входят:

все работы среднего ремонта;

замена вышедших из строя опор, подкосов, приставок;

перетяжка, а при необходимости замена проводов, изоляторов, траверс, крючьев;

замена дефектных блоков, коммутационной аппаратуры;

частичная или полная замена (при необходимости) анодного и защитного заземления;

осмотр контакта катодного кабеля с защищаемым сооружением.

9. Внеплановый ремонт

Внеплановый ремонт - это ремонт, не предусмотренный системой ППР, вызванный внезапным отказом, связанным с нарушением правил технической эксплуатации. Четкая организация службы ЭХЗ должна обеспечить проведение таких ремонтов в кратчайший срок. В процессе эксплуатации УКЗ должны приниматься меры, сводящие к минимуму возможность возникновения потребности во внеплановых ремонтах.

Работы, выполненные в ходе всех планово-предупредительных и внеплановых ремонтов, заносятся в соответствующие паспорта и журналы эксплуатации и ремонта средств электрохимзащиты.

10. Контрольно-измерительные пункты

Для контроля состояния комплексной защиты на подземных сооружениях должны быть оборудованы контрольно-измерительные пункты (КИП), на которых указывается привязка точки присоединения контрольного провода к сооружению.

Эксплуатация контрольно-измерительных пунктов (КИП) предусматривает проведение технического обслуживания и ремонтов (текущих и капитальных), направленных на обеспечение их надежной работы. При техническом обслуживании должны проводиться периодические осмотры КИП, профилактические проверки и измерения, устраняться мелкие повреждения, неисправности и т.д.

Контрольно-измерительные пункты (КИП) устанавливают на подземном сооружении после укладки его в траншею до засыпки землей. Установку контрольно-измерительных пунктов на действующих сооружениях выполняют в специальных шурфах.

Контрольно-измерительные пункты устанавливают над сооружением не далее 3 м от точки подключения к сооружению контрольного провода.

В случае расположения сооружения на участке, где эксплуатация контрольно-измерительных пунктов затруднена, последние могут быть установлены в ближайших удобных для эксплуатации местах, но не далее 50 м от точки подключения контрольного провода к сооружению.

Контрольно-измерительные пункты на подземных металлических сооружениях должны обеспечивать надежный электрический контакт проводника с защищаемым сооружением; надежную изоляцию проводника от грунта; механическую прочность при внешних воздействиях; отсутствие электрического контакта между электродом сравнения и сооружением или контрольным проводником; доступность для обслуживающего персонала и возможность проведения измерения потенциалов не зависимо от сезонных условий.

Текущий осмотр КИПов выполняется объездным методом на протяжении всего периода работы сооружений ЭХЗ между плановыми текущими ремонтами и во время сезонных измерений защитных потенциалов бригадой рабочих в составе не менее двух человек. Перед выполнением работ на контрольно-измерительных пунктах необходимо:

Провести замер загазованности.

Определить рабочую зону и обозначить ее соответствующими знаками безопасности.

При текущем осмотре КИПа выполняются следующие виды работ:

Внешний осмотр КИПа;

Проверка исправности контрольного вывода и выводов от электродов и датчиков, установленных в КИПе;

Выравнивание КИПа перпендикулярно трубопроводу.

Производство измерений

Провести замер загазованности;

произвести внешний осмотр КИПа;

Определить пикет и номер защищаемого сооружения на опознавательной табличке;

Открыть запорное устройство КИПа и снять крышку;

достать прибор для измерения защитного потенциала;

произвести измерения на клемной колодке КИПа;

одеть крышку КИПа и закрыть запорное устройство;

убрать установленные знаки безопасности;

Продолжить движение вдоль защищаемого сооружения к следующему контрольно-измерительному пункту (КИП).

12. Текущий ремонт (ТР)

При ТР контрольно-измерительных пунктов выполняются все подготовительные работы, работы текущего осмотра и следующие виды работ:

Проверка исправности контрольного вывода и выводов от электродов и датчиков, установленных в КИПе;

чистка запорных устройств крышек головок колонок;

смазка трущихся поверхностей смазкой ЦИАТИМ 202.

окраска контрольно-измерительных колонок, стоек столбиков;

одерновка или восстановление щебеночных отмостков;

обновление и (или) восстановление опознавательных табличек;

проверку изоляции контрольных проводов (выборочно);

проверку контактов контрольных выводов с трубой (выборочно).

13. Капитальный ремонт (КР)

При выполнении капитального ремонта КИП производится замена поврежденных колонок, стоек или столбиков, замена контрольного кабеля.

При ремонте контрольно-измерительных пунктов должны быть выполнены работы в приведенной последовательности:

провести замер загазованности;

обозначить рабочую зону соответствующими знаками безопасности;

отрыть котлован для установки пункта;

открыть крышку пункта;

при необходимости произвести приварку контрольных выводов кабеля к трубе;

заизолировать место приварки, восстановить теплоизоляционное покрытие трубопровода;

протянуть кабели или провода в полость стойки пункта, предусмотрев их резерв 0,4 м;

установить стойку в котлован вертикально;

засыпать котлован грунтом с уплотнением последнего;

выполнить подсоединение кабелей или проводов к клеммам клеммной панели;

выполнить маркировку кабелей (проводов) и клемм, соответствующую схеме соединений;

закрыть крышку пункта;

нанести на верхнюю часть стойки масляной краской порядковый номер пункта по трассе трубопровода;

закрепить грунт вокруг пункта в радиусе 1 м смесью песка со щебнем фракцией до 30 мм;

убрать установленные знаки безопасности.

До установки контрольно-измерительного пункта на его подземную часть необходимо нанести антикоррозионный состав, а надземную часть окрасить в соответствии с корпоративными цветами «Газпром».

Анодное заземление

По расположению относительно поверхности грунта заземления бывают двух видов - поверхностные и глубинные.

Как и все технологические установки, глубинные анодные заземления (ГАЗ) требуют правильной технической эксплуатации и своевременного обслуживания.

Осмотр состояния ГАЗ, обслуживание (подтяжка контакта дренажного кабеля и покраска ГАЗ) измерения сопротивления и токов анода с целью определения девиации сопротивления растеканию проводится 1 раз в год после схождения талых вод и просыхания грунта. Результаты записываются в журнал СКЗ и паспорт СКЗ.

В случае увеличения сопротивления ГАЗ (это может быть замечено и по показаниям амперметра СКЗ или снижения потенциала в точке дренажа) снижается зона защиты.

Обслуживание, периодические измерения ГАЗ, регистрация измерений в полевом журнале УКЗ и анализ позволяют обеспечивать надежную зону защиты газопроводов и прогнозировать дальнейшие мероприятия по ремонту и восстановлению ГАЗ.

При эксплуатации системы катодной защиты подземных трубопроводов с глубинными анодными заземлителями (ГАЗ) возникает проблема замены их после окончания срока использования. Этот процесс сложен, а затраты сопоставимы с установкой нового заземлителя. Стремление максимально использовать скважину привело к тому, что для материала заземлителя используются благородные, малорастворимые металлы, в результате чего срок службы их возрастает. Однако стоимость строительства таких ГАЗ значительно выше, чем заземлителей из черных металлов. В последние годы интенсивно ведутся поиски ГАЗ заменяемой конструкции. Таким образом, повышение эффективности катодной защиты любого подземного трубопровода может быть достигнуто использованием изолирующих фланцев или изолирующих вставок. При этом наибольший технико-экономический эффект дает применение изолирующих фланцев.

В настоящее время большой интерес представляю протяжённые гибкие аноды (ПГА) для катодной защиты (КЗ) нефтепромысловых объектов для обеспечения возможности снижения затрат на антикоррозионную защиту трубопроводов и НПО.

Конструктивная особенность анодных узлов, для защиты РВС, не позволяет располагать их горизонтально на днище из-за возможной закупорки донными осадками перфорационных отверстий диэлектрической оболочки. Эксплуатация при вертикальном расположении анодов допускается при уровне водной фазы не ниже 3 м и наличия системы аварийного отключения СКЗ, при меньшем уровне применяется протекторная защита.

Технологическая эффективность применения ПГА

Для подтверждения заявленных заводом-изготовителем технических характеристик ПГА марки ЭЛЭР-5В при защите от внутренней коррозии (ВК) ёмкостного оборудования специалистами НГДУ «NN» совместно с институтом «ТатНИПИнефть» разработаны и утверждены программы и методики стендовых и промысловых испытаний ПГА. Стендовые испытания образцов электродов ЭЛЭР-5В проведены на базе ЦАКЗО НГДУ «NN». Промысловые испытания проведены также на объектах НГДУ «NN»: на ДНС-2 ЦДНГ-5 (РВС-2000) и на УПВСН ЦКППН (горизонтальный отстойникГО-200).

В ходе стендовых испытаний (рис. 1) определялись скорости анодного растворения электрода ЭЛЭР-5В в сточной воде при значениях максимально допустимой линейной плотности тока ив два раза превышающей её и влияние нефти на технические характеристики электродов. Выявлено, что после блокирования поверхности ПГА нефтепродуктами электроды способны полностью восстанавливать свою работоспособность (самоочищаться) через 6-15 суток. Визуальный осмотр внешней поверхности образцов, участвовавших в исследовании, изменений не выявил.

Стендовые испытания подтвердили заявленные заводом-изготовителем технические характеристики ПГА марки ЭЛЭР-5В.

При подготовке к промысловым испытаниям выполнены расчёты параметров ЭХЗ внутренней поверхности РВС и ГО. С учётом специфики конструкции ПГА разработаны монтажные схемы (рис. 2 и 3) их размещения внутри ёмкостного оборудования.

Расчётная длина электрода для ГО-200 составила 40 м, расстояние между поверхностями «анод-дно» - 0,7 м. Суммарный ток защиты- 6 А, выходное напряжение станции катодной защиты- 6 В, мощность станции катодной защиты- 1,2 кВт.

Расчётная длина электрода для РВС-2000 составила 115 м, расстояние между поверхностями «анод-дно» - 0,25 м, «анод-боковая поверхность» - 0,8 м. Суммарный ток защиты - 20,5 А, выходное напряжение станции катодной защиты - 20 В,мощность станции катодной защиты- 0,6 кВт.

Расчётный срок службы для обоих вариантов - 15 лет.

В процессе испытаний на объектах контролировались параметры на выходе СКЗ и проводилась регулировка силы тока. Смещение потенциала, измеренное по стальному измерительному электроду, находилось в пределах от 0,1 до 0,3 В.

Согласно акту испытаний специалистами института «ТатНИПИнефть» и НГДУ «NN» проведён осмотр ПГА, смонтированного в ГО(200 м 3) на УПВСН (рис. 4). Наработка анода составила 280 сут. Результаты осмотра ПГА показали его удовлетворительное состояние.

16. Экономическая эффективность применения ПГА

Конструктивные особенности и характеристики гибких анодов ЭЛЭР-5В, по данным НГДУ, позволили снизить затраты на обустройство ГО в сравнении с протекторной защитой на 41 %. Кроме этого, с внедрением анодов ЭЛЭР-5В отмечено снижение энергопотребления на защиту РВС до 16 раз. Потребляемая мощность на защиту РВС НГДУ «NN» составила 0,03 кВт (по ОАО «Татнефть» от 0,06 до 0,5 кВт). Согласно методике расчёта экономического эффекта, представленной НГДУ «NN», при внедрении данного типа анодов в сравнении с протекторной защитой экономический эффект составит 2,5млн руб. (на среднегодовой объём вывода ГО в ремонт и очистку по ОАО «Татнефть»).Ожидаемый экономический эффект от внедрения ПГА в РВС, ежегодно выводимых в ремонт по ОАО «Татнефть», составляет 3,7 млн. руб. Суммарный годовой эффект составит не менее 6 млн. руб.

Основные выводы:

Проведённые стендовые и промысловые испытания ПГА на объектах НГДУ «NN» показали их высокую эффективность при защите ёмкостного оборудования от внутренней коррозии (ВК).

Применение ПГА в ОАО «Татнефть» для защиты ёмкостного оборудования от ВК за счёт снижения затрат при обустройстве и эксплуатации позволит получить экономический эффект не менее 6 млн руб.

17. Протекторная защита

Защита подземных сооружений от почвенной коррозии при помощи протекторов при определенных условиях эффективна и проста в эксплуатации.

Одна из положительных особенностей протекторной защиты - ее автономность.

Она может быть осуществлена в районах, где отсутствуют источники электроэнергии.

Системы протекторной защиты возможно использовать в качестве основной ЭХЗ:

При осуществлении временной защиты;

В качестве резервной защиты;

для выравнивания потенциала вдоль трубопровода;

для защиты переходов;

На трубопроводах небольшой протяженности.

Протекторы могут иметь различную форму и размеры и изготавливаться в виде отдельных отливок или пресс-форм, стержней, браслетного типа (полуколец), протяженных прутков, проволок и лент.

Эффективность протекторной защиты зависит от:

Физико-химических свойств протектора;

внешних факторов, обуславливающих режим его использования.

Основными характеристиками протекторов являются:

электродный потенциал;

токоотдача;

коэффициент полезного действия протекторного сплава, от которых зависят срок службы и оптимальные условия их применения.

Конструкция протекторов должна обеспечивать надежный электрический контакт протекторов с сооружением, который не должен нарушаться в процессе их монтажа и эксплуатации.

Для осуществления электрического контакта между защищаемым сооружением и протектором последний должен иметь арматуру в виде полосы или стержня. Арматура вставляется в протекторный материал во время изготовления протектора.

В России при защите подземных металлических сооружений от коррозии наибольшее применение нашли протекторы типа ПМУ, представляющие собой магниевые аноды типа ПМ, упакованные в бумажные мешки вместе с активатором.

В центре (по продольной оси) протектора ПМ имеется контактный стержень из стального оцинкованного прутка. К контактному сердечнику приварен провод длиной 3 м. Место соединения проводника со стержнем тщательно изолировано. Стационарный потенциал магниевых протекторов типа ПМУ равен -1,6 В относительно м.с.э. Теоретическая токоотдача равна 2200 А*ч/кг.

С целью уменьшения сопротивления растеканию и обеспечения устойчивой работы протектор помещается в порошкообразный активатор, представляющий собой обычно смесь бентонита (50%), гипса (25%) и сернокислого натрия (25%). Удельное электросопротивление активатора должно быть не более 1 Ом*м.

Гипс препятствует образованию на поверхности протектора слоев с плохой проводимостью, что способствует равномерному износу протектора.

Бентонит (глина) вводят для поддержания в активаторе влаги, кроме того, глина замедляет растворение солей грунтовыми водами, тем самым сохраняя постоянной проводимость, и увеличивает срок службы активатора.

Сернокислый натрий дает легкорастворимые соединения с продуктами коррозии протектора, чем обеспечивает постоянство его потенциала и резкое уменьшение удельное сопротивление активатора.

В качестве активатора для протекторов ни в коем случае нельзя использовать коксовую мелочь.

После установки протектора в грунт его токоотдача устанавливается в течение нескольких суток.

Токоотдача протекторов существенно зависит от удельного сопротивления грунта. Чем ниже удельное электрическое сопротивление, тем выше токоотдача протекторов.

Поэтому протекторы следует размещать в местах с минимальным удельным сопротивлением и ниже уровня промерзания грунта.

18. Дренажная защита

Значительную опасность для магистральных трубопроводов представляют блуждающие токи электрифицированных железных дорог, которые в случае отсутствия защиты трубопровода вызывают интенсивное коррозионное разрушение в анодных зонах.

Дренажная защита - отвод (дренирование) блуждающих токов от трубопровода с целью снижения скорости его электрохимической коррозии; обеспечивает поддержание на трубопроводе стабильного защитного потенциала (создание устойчивой катодной <#"700621.files/image019.gif">

Принципиальная схема дренажной защиты:

Тяговая рельсовая сеть;

Электродренажное устройство;

Элемент защиты от перегрузок;

Элемент регулирования тока электродренажа;

Поляризованный элемент - вентильные блоки, собранные из нескольких,

соединенных параллельно лавинных кремниевых диодов;

Защищаемое подземное сооружение.

Дренажная защита на наших предприятиях не применяется в связи с отсутствием блуждающих токов и электрофицированных железных дорог.

Список литературы

1. Бэкман В, Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справочник. М.: Металлургия, 1984. - 495 с.

Волков Б.Л., Тесов Н.И., Шуванов В.В. Справочник по защите подземных металлических сооружений от коррозии. Л.: Недра, 1975. - 75с.

3. Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф. и др. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. М.: Недра, 1978. - 199 с.

Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. ГОСТ 9.602-89. М.: Издательство стандартов. 1991.

Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.-472 С.

Красноярский В.В. Электрохимический метод защиты металлов от коррозии. М.: Машгиз, 1961.

Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений. М.: Высшая школа,1968. - 296 с.

Ткаченко В.Н. Электрохимическая защита трубопроводных сетей. Волгоград: ВолгГАСА, 1997. - 312 с.

Коррозия оказывает пагубное влияние на техническое состояние подземных трубопроводов, под ее воздействием нарушается целостность газопровода, появляются трещины. Для защиты от такого процесса применяют электрохимзащиту газопровода.

Коррозия подземных трубопроводов и средства защиты от нее

На состояние стальных трубопроводов оказывает влияние влажность почвы, ее структура и химический состав. Температура сообщаемого по трубам газа, блуждающие в земле токи, вызванные электрифицированным транспортом и климатические условия в целом.

Виды коррозии:

• Поверхностная. Распространяется сплошным слоем по поверхности изделия. Представляет наименьшую опасность для газопровода.
• Местная. Проявляется в виде язв, щелей, пятен. Наиболее опасный вид коррозии.
• Усталостное коррозионное разрушение. Процесс постепенного накопления повреждений.

Методы электрохимзащиты от коррозии:

• пассивный метод;
• активный метод.

Суть пассивного метода электрохимзащиты заключается в нанесении на поверхность газопровода специального защитного слоя, препятствующего вредному воздействию окружающей среды. Таким покрытием может быть:

• битум;
• полимерная лента;
• каменноугольный пек;
• эпоксидные смолы.

На практике редко получается нанести электрохимическое покрытие равномерно на газопровод. В местах зазоров с течением времени металл все же повреждается.

Активный метод электрохимзащиты или метод катодной поляризации заключается в создании на поверхности трубопровода отрицательного потенциала, предотвращающего утечку электричества, тем самым предупреждая появление коррозии.

Принцип действия электрохимзащиты

Чтобы защитить газопровод от коррозии, нужно создать катодную реакцию и исключить анодную. Для этого на защищаемом трубопроводе принудительно создается отрицательный потенциал.

В грунте размещают анодные электроды, подключают отрицательный полюс внешнего источника тока непосредственно к катоду – защищаемому объекту. Для замыкания электрической цепи, положительный полюс источника тока соединяется с анодом – дополнительным электродом, установленным в общей среде с защищаемым трубопроводом.

Анод в данной электрической цепи выполняет функцию заземления. За счет того, что анод имеет более положительный потенциал, чем металлический объект, происходит его анодное растворение.

Процесс коррозии подавляется под воздействием отрицательно заряженного поля защищаемого объекта. При катодной защите от коррозии, процессу порчи будет подвергается непосредственно анодный электрод.

Для увеличения срока эксплуатации анодов, их изготавливают из инертных материалов, устойчивых к растворению и другим воздействиям внешних факторов.

Станция электрохимзащиты – это устройство, которое служит источником внешнего тока в системе катодной защиты. Данная установка подключается к сети, 220 Вт и производит электричество с установленными выходными значениями.

Станция устанавливается на земле рядом с газопроводом. Она должна иметь степень защиты IP34 и выше, так как работает на открытом воздухе.

Станции катодной защиты могут иметь различные технические параметры и функциональные особенности.

Типы станций катодной защиты:

• трансформаторные;
• инверторные.

Трансформаторные станции электрохимзащиты постепенно отходят в прошлое. Они представляют собой конструкцию из трансформатора, работающего с частотой 50 Гц и тиристорного выпрямителя. Минусом таких устройств является несинусоидальная форма генерируемой энергии. Вследствие чего, на выходе происходит сильное пульсирование тока и снижается его мощность.

Инверторная станция электрохимзащиты имеет преимущество у трансформаторной. Ее принцип основан на работе высокочастотных импульсных преобразователей. Особенностью инверторных устройств является зависимость размера трансформаторного блока от частоты преобразования тока. При более высокой частоте сигнала требуется меньше кабеля, снижаются тепловые потери. В инверторных станциях, благодаря сглаживающим фильтрам, уровень пульсации производимого тока имеет меньшую амплитуду.

Электрическая цепь, которая приводит в работу станцию катодной защиты, выглядит так: анодное заземление – грунт – изоляция объекта защиты.

При установке станции защиты от коррозии учитываются следующие параметры:

• положение анодного заземления (анод-земля);
• сопротивление грунта;
• электропроводимость изоляции объекта.

Установки дренажной защиты для газопровода

При дренажном способе электрохимзащиты источник тока не требуется, газопровод с помощью блуждающих в земле токов сообщается с тяговыми рельсами железнодорожного транспорта. Осуществляется электрическая взаимосвязь благодаря разности потенциалов железнодорожных рельсов и газопровода.

Посредством дренажного тока создается смещение электрического поля находящегося в земле газопровода. Защитную роль в данной конструкции играют плавкие предохранители, а также автоматические выключатели максимальной нагрузки с возвратом, которые настраивают работу дренажной цепи после спада высокого напряжения.

Система поляризованных электродренажей осуществляется с помощью соединений вентильных блоков. Регулирование напряжения при такой установке осуществляется переключением активных резисторов. Если метод дал сбой, применяют более мощные электродренажи в виде электрохимзащиты, где анодным заземлителем служит железнодорожная рельса.

Установки гальванической электрохимзащиты

Использование протекторных установок гальванической защиты трубопровода оправданно, если вблизи объекта отсутствует источник напряжения – ЛЭП, или участок газопровода недостаточно внушителен по размерам.

Гальваническое оборудование служит для защиты от коррозии:

• подземных металлических сооружений, не подсоединенных электрической цепью к внешним источникам тока;
• отдельных незащищенных частей газопроводов;
• частей газопроводов, которые изолированы от источника тока;
• строящихся трубопроводов, временно не подключенных к станциям защиты от коррозии;
• прочих подземных металлических сооружений (сваи, патроны, резервуары, опоры и др.).

Гальваническая защита сработает наилучшим образом в почвах с удельным электрическим сопротивлением, находящимся в пределах 50 Ом.

Установки с протяженными или распределенными анодами

При использовании трансформаторной станции защиты от коррозии ток распределяется по синусоиде. Это неблагоприятным образом сказывается на защитном электрическом поле. Происходит либо избыточное напряжение в месте защиты, которое влечет за собой высокий расход электроэнергии, либо неконтролируемая утечка тока, что делает электрохимзащиту газопровода неэффективной.

Практика использования протяженных или распределенных анодов помогает обойти проблему неравномерного распределения электричества. Включение распределенных анодов в схему электрохимзащиты газопровода способствует увеличению зоны защиты от коррозии и сглаживанию линии напряжения. Аноды при такой схеме размещаются в земле, на протяжении всего газопровода.

Регулировочное сопротивление или специальное оборудование обеспечивает изменение тока в необходимых пределах, изменяется напряжение анодного заземления, при помощи этого регулируется защитный потенциал объекта.

Если используется сразу несколько заземлителей, напряжение защитного объекта можно изменять, меняя количество активных анодов.

ЭХЗ трубопровода посредством протекторов основана на разности потенциалов протектора и газопровода, находящегося в земле. Почва в данном случае представляет собой электролит; металл восстанавливается, а тело протектора разрушается.

Видео: Защита от блуждающих токов

Порядок приемки и ввода в эксплуатацию устройств электрохимической защиты от коррозии

Установки электрохимической защиты (ЭХЗ) вводят в эксплуатацию после завершения пусконаладочных работ и испытания на стабильность в течение 72 ч.

Электрозащитные установки принимает в эксплуатацию комиссия, в состав которой входят представители следующих организаций: заказчика; проектной (по необходимости); строительной; эксплуатационной, на баланс которой будет передана построенная электрозащитная установка; конторы "Подземметаллзащита" (службы защиты); местных органов Ростехнадзора; городских (сельских) электросетей.

Данные проверки готовности объектов к сдаче заказчик сообщает телефонограммой организациям, входящим в состав приемной комиссии.

Заказчик предъявляет приемной комиссии: проект на устройство электрической защиты; акты на выполнение строительно-монтажных работ; исполнительные чертежи и схемы с нанесением зоны действия защитной установки; справку о результатах наладки защитной установки; справку о влиянии защитной установки на смежные подземные сооружения; паспорта электрозащитных устройств; акты на приемку электрозащитных установок в эксплуатацию; разрешение на подключение мощности к электрической сети; документацию о сопротивлении изоляции кабелей и растеканию защитного заземления.

После ознакомления с исполнительной документацией приемная комиссия проверяет выполнение запроектированных работ - средств и узлов электрозащиты, в том числе изолирующих фланцевых соединений, контрольно-измерительных пунктов, перемычек и других узлов, а также эффективность действия установок электрохимической защиты. Для этого измеряют электрические параметры установок и потенциалы трубопровода относительно земли на участке, где в соответствии с проектом зафиксирован минимальный и максимальный защитный потенциал.

Электрозащитную установку вводят в эксплуатацию только после подписания комиссией акта о приемке.

Если отступления от проекта или недовыполнение работ влияют на эффективность защиты либо противоречат требованиям эксплуатации, то они должны быть отражены в акте с указанием сроков их устранения и представления к повторной приемке.

Каждой принятой установке присваивают порядковый номер и заводят специальный паспорт электрозащитной установки, в которой заносят все данные приемочных испытаний.

При приемке в эксплуатацию изолирующих фланцев представляют: заключение проектной организации на установку изолирующих фланцев; схему трассы газопровода с точными привязками мест установки изолирующих фланцев (привязки изолирующих фланцев могут быть даны на отдельном эскизе); заводской паспорт изолирующего фланца (если последний получен с завода).

Приемку в эксплуатацию изолирующих фланцев оформляют справкой. Принятые в эксплуатацию изолирующие фланцы регистрируют в специальном журнале.

При приемке в эксплуатацию шунтирующих электроперемычек представляют заключение проектной организации на установку электрической перемычки с обоснованием ее типа; исполнительный чертеж перемычки на подземных сооружениях с привязками мест установки; акт на скрытые работы со ссылкой на соответствие проекту конструктивного исполнения электроперемычки.

При приемке в эксплуатацию контрольных проводников и контрольно-измерительных пунктов представляют исполнительный чертеж с привязками, акт на скрытые работы со ссылкой на соответствие проекту конструктивного исполнения контрольных проводников и контрольно-измерительных пунктов.

Электрические измерения на газопроводе

Электрические коррозионные измерения на подземных стальных трубопроводах выполняют для определения степени опасности электрохимической коррозии подземных трубопроводов и эффективности действия электрохимической защиты.

Коррозионные измерения осуществляются при проектировании, строительстве и эксплуатации противокоррозионной защиты подземных стальных трубопроводов. Показатели коррозионной активности грунта по отношению к стали приведены в табл.1.

Таблица 1

Показатели коррозионной активности грунта по отношению к стали

Критерием опасности коррозии, вызываемой блуждающими токами, является наличие положительной или знакопеременной разности потенциалов между трубопроводом и землей (анодной или знакопеременной зоны). Опасность коррозии подземных трубопроводов блуждающими токами оценивают на основании электрических измерений. Основным показателем, определяющим опасность коррозии стальных подземных трубопроводов под действием переменного тока электрифицированного транспорта, является смещение разности потенциалов между трубопроводом и землей в отрицательную сторону не менее чем на 10 мВ по сравнению со стандартным потенциалом трубопровода.

Защита подземных стальных трубопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, осуществляется путем их изоляции от контакта с окружающим грунтом и ограничения проникновения блуждающих токов из окружающей среды и путем катодной поляризации металла трубопровода.

Для уменьшения влияния коррозии рационально выбирают трассу трубопровода, а также используют различные типы изоляционных покрытий и специальные способы прокладки газопроводов.

Целью коррозионных измерений при проектировании защиты вновь сооружаемых подземных трубопроводов является выявление участков трасс, опасных в отношении подземной коррозии. При этом определяют коррозионную активность грунта и значения блуждающих токов в земле.

При проектировании защиты уложенных в землю трубопроводов проводят коррозионные измерения с целью выявления участков, находящихся в зонах коррозионной опасности, вызванной агрессивностью грунта или влиянием блуждающих токов. Определяют коррозионную активность грунта, измеряя разность потенциалов между трубопроводом и землей, а также определяя значение и направление тока в трубопроводе.

Коррозионные измерения при строительстве подземных трубопроводов делятся на две группы: проводимые при производстве изоляционно-укладочных работ и проводимые при монтажных работах и наладке электрохимической защиты. При монтажных работах и наладке электрохимической защиты измерения проводят для определения параметров установок электрохимической защиты и контроля эффективности их действия.

В сети действующих газопроводов измерение потенциалов проводят в зонах действия средств электрозащиты подземных сооружений и в зонах влияния источников блуждающих токов два раза в год, а также после каждого значительного изменения коррозионных условий (режима работы электрозащитных установок, системы электроснабжения электрифицированного транспорта). Результаты измерения фиксируют в картах-схемах подземных трубопроводов. В остальных случаях измерения производят один раз в год.

Удельное сопротивление грунта определяют с помощью специальных измерительных приборов М-416, Ф-416 и ЭГТ-1М.

Для измерения напряжений и тока при коррозионных измерениях используют показывающие и регистрирующие приборы. Вольтметры применяют с внутренним сопротивлением не менее 20 Ом на 1 В. При проведении коррозионных измерений применяют неполяризующиеся медно-сульфатные электроды.

Медно-сульфатный неполяризующийся электрод ЭН-1 состоит из пористой керамической чашки и пластмассовой крышки, в которую ввинчивается медный стержень. В медном стержне сверху высверлено отверстие для присоединения вилки. Во внутреннюю плоскость электрода заливается насыщенный раствор медного купороса. Сопротивление электрода не более 200 Ом. В футляре обычно размещают два электрода.

Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения НН-СЗ-58 (рис.1) состоит из неметаллического корпуса 3 с деревянной пористой диафрагмой 5 , крепящейся к корпусу с кольцом 4 . В верхней части сосуда через резиновую пробку 1 проходит медный стержень 2 , имеющий на наружном конце зажим (гайку с шайбами) для подключения соединительного провода.

Рис.1. Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения НН-СЗ-58:

1 - резиновая пробка; 2 - медный стержень; 3 - корпус; 4 - кольцо; 5 - диафрагма

Переносной неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения МЭП-АКХ состоит из пластмассового корпуса с пористым керамическим дном и навинчивающейся крышкой с впрессованным в нее медным электродом. Электрод выпускают с различной формой пористого дна - плоской, конической или полусферической. Материалы, из которых изготовлены электроды МЭП-АКХ, и заливаемый в них электролит позволяют проводить измерения при температуре до -30 °С. Электролит состоит из двух частей этиленгликоля и трех частей дистиллированной воды. В теплое время года в электродах может быть использован электролит из обычного насыщенного раствора сульфата меди.

Стальные электроды представляют собой стержень длиной 30-35 см, диаметром 15-20 мм. Конец электрода, забиваемый в землю, заточен в виде конуса. На расстоянии 5-8 см от верхнего конца электрод просверлен, и в отверстие запрессован болт с гайкой для подключения измерительных приборов.

Неполяризующийся медно-сульфатный электрод длительного действия с датчиком электрохимического потенциала используется в качестве электрода сравнения при измерениях разности потенциалов между трубопроводом и землей, а также поляризованного потенциала стального трубопровода, защищаемого методом катодной поляризации.

размер шрифта

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ- ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ- ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ... Актуально в 2018 году

6.8. Техническое обслуживание и ремонт средств электрохимической защиты подземных стальных газопроводов от коррозии

6.8.1. Техническое обслуживание и ремонт средств электрохимической защиты подземных газопроводов от коррозии, контроль за эффективностью ЭХЗ и разработка мероприятий по предотвращению коррозионных повреждений газопроводов осуществляются персоналом специализированных структурных подразделений эксплуатационных организаций или специализированными организациями.

6.8.2. Периодичность выполнения работ по техническому обслуживанию, ремонту и проверке эффективности ЭХЗ устанавливается ПБ 12-529 . Разрешается совмещать измерения потенциалов при проверке эффективности ЭХЗ с плановыми измерениями электрических потенциалов на газопроводах в зоне действия средств ЭХЗ.

6.8.3. Техническое обслуживание и ремонт изолирующих фланцев и установок ЭХЗ производится по графикам, утверждаемым в установленном порядке техническим руководством организаций - владельцев электрозащитных установок. При эксплуатации средств ЭХЗ ведется учет их отказов в работе и времени простоя.

6.8.4. Техническое обслуживание катодных установок ЭХЗ включает в себя:

Проверку состояния контура защитного заземления (повторного заземления нулевого провода) и питающих линий. Внешним осмотром проверяется надежность видимого контакта проводника заземления с корпусом электрозащитной установки, отсутствие обрыва питающих проводов на опоре воздушной линии и надежность контакта нулевого провода с корпусом электрозащитной установки;

Осмотр состояния всех элементов оборудования катодной защиты с целью установления исправности предохранителей, надежности контактов, отсутствия следов перегревов и подгаров;

Очистку оборудования и контактных устройств от пыли, грязи, снега, проверку наличия и соответствия привязочных знаков, состояния коверов и колодцев контактных устройств;

Измерение напряжения, величины тока на выходе преобразователя, потенциала на защищаемом газопроводе в точке подключения при включенной и отключенной установки электрохимической защиты. В случае несоответствия параметров электрозащитной установки данным пусконаладки следует произвести регулировку ее режима работы;

Внесение соответствующих записей в эксплуатационном журнале.

6.8.5. Техническое обслуживание протекторных установок включает в себя:

Измерение потенциала протектора относительно земли при отключенном протекторе;

Измерение потенциала "газопровод-земля" при включенном и отключенном протекторе;

Величину тока в цепи "протектор - защищаемое сооружение".

6.8.6. Техническое обслуживание изолирующих фланцевых соединений включает в себя работы по очистке фланцев от пыли и грязи, измерении разности потенциалов "газопровод-земля" до и после фланца, падение напряжения на фланце. В зоне влияния блуждающих токов измерение разности потенциалов "газопровод-земля" до и после фланца следует производить синхронно.

6.8.7. Состояние регулируемых и нерегулируемых перемычек проверяют измерением разности потенциалов "сооружение-земля" в местах подключения перемычки (или в ближайших измерительных пунктах на подземных сооружениях), а также измерением величины и направления тока (на регулируемых и разъемных перемычках).

6.8.8. При проверке эффективности работы установок электрохимической защиты, кроме работ, выполняемых при техническом осмотре, производится измерение потенциалов на защищаемом газопроводе в опорных точках (на границах зоны защиты) и в точках, расположенных по трассе газопровода, через каждые 200 м в населенных пунктах и через каждые 500 м на прямолинейных участках межпоселковых газопроводов.

6.8.9. Текущий ремонт ЭХЗ включает в себя:

Все виды работ по техническому осмотру с проверкой эффективности работы;

Измерение сопротивления изоляции токоведущих частей;

Ремонт выпрямителя и других элементов схемы;

Устранение обрывов дренажных линий. При текущем ремонте оборудования ЭХЗ рекомендуется проводить его полную ревизию в условиях мастерских. На время ревизии оборудования ЭХЗ необходимо обеспечить защиту газопровода установкой оборудования из подменного фонда.

6.8.10. Капитальный ремонт установок ЭХЗ включает в себя работы, связанные с заменой анодных заземлителей, дренажных и питающих линий.

После капитального ремонта основное оборудование электрохимической защиты проверяется в работе под нагрузкой в течение времени, указанного заводом-изготовителем, но не менее 24 ч.