Монтаж установок катодной защиты трубопроводов

Станции катодной защиты (СКЗ) предназначены для электрохимической защиты трубопроводов от почвенной коррозии. Принцип их действия заключается в том, что на трубу искусственно подается отрицательный (катодный) потенциал, чтобы анодный процесс (процесс разрушения металла) происходил на дополнительном искусственном электроде-заземлителе. В зависимости от электрохимической активности грунтов СКЗ устанавливают на расстоянии 7-10 км друг от друга. В состав СКЗ входят трансформаторный пункт, сетевая катодная станция и анодное заземление.

В настоящее время заводами Минэлектротехпрома и Миннефтегазстроя выпускаются установки катодной защиты полной заводской готовности, позволяющей свести работы по ее монтажу и установке заводского блока СКЗ на фундамент и ее подключению к питающей линии и к линии анодного заземления.

Блочные установки катодной защиты (УКЗ) выпускаются с воздушным и кабельным вводом на стороне ВН, а также с воздушным или кабельным выходом на линию анодного заземления.

Блочная УКЗ состоит из высоковольтного ввода с разрядниками и предохранителями, понижающего трансформатора и сетевой катодной станции. Назначение и устройство трансформаторного пункта рассматривалось в предыдущем параграфе.

Для преобразования переменного однофазного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В в постоянный с параметрами, необходимыми для цепей катодной защиты, служат катодные сетевые станции (КСС), которые выпускаются с выходным напряжением 24 или 48 В мощностью 300, 600 и 1200 Вт, первичное напряжение переменного тока станций — 220 В.

Все элементы станции, за исключением счетчика, смонтированы на специальной панели, которая в собранном виде образует самостоятельный блок, вставляемый в металлический шкаф, служащий для защиты оборудования станции от атмосферных осадков и механических повреждений. В днище шкафа имеются щелевые отверстия для вентиляции и патрубки для ввода проводов питания электроэнергией и катодной защиты.

Счетчик для учета электроэнергии, потребляемой станцией из внешней сети, смонтирован на задней стенке шкафа.

Линия анодного заземления, подсоединяемая к вводу КСС со знаком плюс, может быть выполнена кабелем или голым алюминиевым проводом сечением 70 или 95 мм. Длина линии анодного заземления определяется удаленностью очага заземления, которая в различных грунтах составляет 500-600 м. Напряжение линии анодного заземления 24 или 48 В.

Воздушная линия электропередачи выполняется на опорах связи типа ОС-2,75 длиной 7,5 м. Крепление проводов осуществляется вязкой на штыревых низковольтных изоляторах типа ТФ. Изоляторы закрепляют на крюках траверс, которые изготовляют из полосовой стали в виде полухомутов, закрепляемых на болтах.

Анодное заземление представляет собой очаг из анодных заземлителей заводского изготовления. В настоящее время применяют заземлители типов АК-1 и АК-3.

Заземлитель АК-1 состоит из стального электрода диаметром 50 мм и коксового наполнителя с ингибитором, упакованными в стальной кожух. К стальному электроду подключен изолированный проводник, через который осуществляется его подключение к другим заземлителям и линии анодного заземления.

В заземлителях АК-3 вместо стального используется железокремниевый электрод диаметром 40 мм. Применение такого электрода позволило значительно увеличить срок службы анодного заземлителя по сравнению с заземлителями АК-1.

В одном очаге анодного заземления укладывают 40-50 анодных заземлителей на глубине 1,5-2 м, соединенных между собой последовательно — параллельными группами с общим выводом на линию анодного заземления.

В грунтах с высоким удельным сопротивлением используют глубинные анодные заземления с глубинными заземлителями АК-2г. Глубина анодных заземлений может достигать 120-150 м. Для заземлений требуются большие трудовые затраты. Хотя они и являются дорогими, но для устройства заземлений требуются гораздо меньшие площади.

К выводу КСС со знаком минус подсоединяется катодный вывод, который прикрепляют к трубопроводу. Катодный вывод выполняется кабелем сечением 70 или 95 мм.

При выполнении цепей катодной защиты особое внимание необходимо уделять качественному выполнению контактных соединений.

Для присоединения катодного вывода к трубопроводу, выполняемого кабелем АВРГ и АВВГ, кабель предварительно оконцовывают Г-образным стальным стержнем, облуженным на участке 50 мм припоем ПОС-40. Оконцевание осуществляется методом термитно-муфельной сварки при помощи термитных патронов марки АС.

Алюминиевый кабель, оконцованный Г-образным стальным стержнем, присоединяют к трубопроводу методом термитно-тигельной сварки с помощью тигель-формы ТФГ, заполняемой термитной смесью. После сварки место соединения тщательно изолируют хлорвиниловой лентой с последующей заливкой битумно-резиновой мастикой.

Выводы от каждого анодного заземлителя, выполняемые кабелем ВРГ или ПСРП сечением 1 мм, присоединяют к магистральному кабелю марки АВРГ или АВВГ сечением 1х25 мм методом термитно-муфельной сварки с введением присадки в кокиль термитного патрона марки АС.

Магистральный кабель разрезают в месте присоединения вывода анодного заземлителя, концы кабеля и вывода освобождают от изоляции на расстоянии 50 мм. Оголенные участки магистрального кабеля складывают вместе и скручивают плоскогубцами, после чего вставляют в кокиль термитного патрона. После сгорания термитного патрона жилу вывода анодного заземления вставляют в кокиль с расплавленным алюминием. Место соединения тщательно изолируют с помощью хлорвиниловой трубки, лака ПХВ и ленты ПХВ.

Источник

Устройство электрохимзащиты для газопровода

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.

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:

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

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 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

Источник