Princip katodne zaštite cevovoda od korozije. Osjetljivost mreže magistralnih cjevovoda na koroziju. Instalacije galvanske zaštite

Bez obzira na to koliko je plastika popularna, većina autoputeva položenih u zemlju (zakopanih) montira se od uzoraka čelika ili lijevanog željeza. Značajan nedostatak takvih cjevovoda, uz sve neosporne prednosti, je podložnost materijala koroziji. Bez obzira na vrstu (elektronski/hemijski, uzrokovan lutajućim strujama ili drugim faktorom), značajno smanjuje radni vijek inženjerske komunikacije ili njegov poseban dio.

U zavisnosti od lokalnih uslova i ekonomske izvodljivosti, u praksi se primenjuje nekoliko metoda zaštite cjevovoda. Svi su podijeljeni u 2 grupe - aktivne i pasivne. Katodna zaštita spada u prve. Ovaj materijal je posvećen svojim karakteristikama, tehnologiji uređenja, principu funkcioniranja.

Šema katodne zaštite cjevovoda

Compound

• Prom/izvor napona.
• Pretvarač struje (AC/DC).
• Anodna uzemljiva elektroda (jednostruka ili kombinovana).
• Spojni elementi lanca (metalni provodnici).

Dodatno

• Voltmetar.
• Kontrolna elektroda (bakar sulfat).

Princip rada

Veza

Ulogu katode u ovoj shemi igra sam cjevovod. Povezuje se na "-" ispravljača. Prema tome, anoda - na svoj "+".

Radni uvjeti

Prisustvo elektrolitičkog okruženja (in ovaj slučaj- tlo) i anoda od provodljivog materijala. Ne mora biti metal.

Kako funkcioniše zaštita

Kada se napon dovede na kolo, električno polje, što stvara katodnu polarizaciju na dijelu cjevovoda. Ne ulazeći u zamršenosti tekućih procesa, dovoljno je reći da se kao rezultat toga ne uništava cjevovod, već anoda, jer se formira upravo u području napona „+“. Nakon određenog vremena, uzemljujuću elektrodu je mnogo lakše i jeftinije zamijeniti nego jednu ili više cijevi na trasi.

Karakteristike shema katodne zaštite

• Kao izvor energije mogu se koristiti i stacionarni vodovi i mobilni generatori.
• Maksimalni potencijal zaštitnog polja za cjevovode koji nemaju poseban premaz nije reguliran. U drugim slučajevima (na primjer, ako elementi trase imaju polimernu izolaciju), izračunava se pojedinačno za svaku shemu.
• U zavisnosti od specifičnosti cevovoda, anodne uzemljene elektrode mogu se razlikovati po načinu na koji su postavljene (raspoređene, koncentrisane) i po svom položaju u odnosu na nivo tla (prošireno, duboko).
• Materijal anode se bira za određeno tlo na osnovu rada bez zamjene najmanje 15 godina. Ovaj period se može umjetno povećati postavljanjem uzemljene elektrode u bilo koje okruženje. Na primjer, u zdrobljenom koksu.

Načini zaštite cjevovoda od vanjska korozija dijelimo na pasivne i aktivne .

Pasivne odbrane osiguravaju izolaciju vanjske površine cijevi od kontakta s podzemnim vodama i lutajućim električnim strujama, što se izvodi pomoću antikorozivnih dielektričnih premaza s vodootpornošću, jakim prianjanjem na metal i mehaničkom čvrstoćom. Za izolaciju cjevovoda koristi se premaz na bazi bitumena, na bazi polimera i lakova.

Bitumenski mastiks za premaze sadrži mineralno punilo ili gumenu mrvicu za povećanje viskoznosti kada je vruće i povećanje mehaničke čvrstoće premaza. Za povećanje čvrstoće i trajnosti bitumenskih premaza koriste se materijali od brizola i stakloplastike.

Premazi na bazi polimera su polietilenske ili PVC trake sa ljepilom. Traka se namotava na očišćeni i prajmerisani cevovod.

Lakovi se koriste za zaštitu površinskih cjevovoda od atmosferske korozije.

Prilikom dugotrajnog rada cjevovoda zaštićenih samo izolacijskim premazom, oštećenja od korozije nastaju već 5-8 godina nakon polaganja cjevovoda u zemlju zbog korozije tla, jer izolacija vremenom gubi svojstva čvrstoće i intenzivnim procesima. vanjske elektrohemijske korozije počinju u njegovim pukotinama. Suština procesa elektrohemijske korozije je sljedeća.

Elektrohemijska korozija (korozivno uništavanje) nastaje pod dejstvom korozivnog okruženja, raznolike je prirode, uzrokuje većinu korozijskih oštećenja na cjevovodima i opremi. Elektrohemijska korozija se odvija uz prisustvo dva procesa - katodnog i anodnog. Procesi elektrohemijske korozije odvijaju se prema zakonima elektrohemijske kinetike, kada se celokupna reakcija interakcije može podeliti na sledeće, uglavnom nezavisne elektrodne procese:

a) anodni proces - prelazak metala u rastvor u obliku jona (u vodenim rastvorima, obično hidratizovanim) ostavljajući ekvivalentan broj elektrona u metalu;

b) katodni proces - asimilacija suvišnih elektrona koji su se pojavili u metalu depolarizatorima.

Shodno tome, za zaštitu od elektrohemijske korozije koriste se aktivne metode elektrohemijske zaštite.

Metode aktivne zaštite cjevovodi od vanjske korozije omogućuju stvaranje takve električne struje u kojoj cijeli metal cjevovoda, unatoč heterogenosti njegovih inkluzija, postaje katoda, a anoda je metal dodatno postavljen u zemlju. Postoje dvije vrste aktivna zaštita cjevovodi od vanjske korozije - žrtveni i katodni .

Kod zaštite gazećeg sloja, uz cevovod se postavlja aktivniji metal (protektor), koji je izolovanim vodičem povezan sa cevovodom. Štitnici se izrađuju od legura cinka, aluminijuma ili magnezijuma.

Kod katodne zaštite pomoću izvora jednosmerne struje (katodna stanica) (sl. 13.24) stvara se razlika potencijala između cjevovoda i komada metala koji se nalaze u blizini cjevovoda (obično rezovi starih cijevi, otpadni metal) tako da se stvara negativni naboj. naneseni na cjevovod, a komadi metala - pozitivni. Dakle, metal dodatno položen u tlo, kako u gazećoj tako i u katodnoj zaštiti, je anoda i podložan je uništavanju, a vanjske korozije cjevovoda ne dolazi.

Princip rada zaštita gazećeg sloja slično radu galvanske ćelije (slika 13.25).

Dvije elektrode (cjevovod i štitnik od metala koji je više elektronegativni od čelika) spuštene su u elektrolit tla i povezane provodnikom. Pošto je materijal protektora elektronegativniji, pod uticajem razlike potencijala dolazi do usmerenog kretanja elektrona od protektora do cevovoda duž provodnika. Istovremeno, ion-atomi zaštitnog materijala prelaze u rastvor, što dovodi do njegovog uništenja. Jačina struje se kontroliše pomoću kontrolne kolone.

Dakle, i dalje dolazi do uništavanja metala, ali ne cjevovoda, već zaštitnika.

Metoda zaštite cjevovoda od uništavanja lutajućim strujama, koja predviđa njihovo uklanjanje (odvodnjavanje) sa štićene konstrukcije na konstrukciju - izvor lutajućih struja - ili posebno uzemljenje, naziva se zaštita električne drenaže .

Primijeniti direktnu, polariziranu i pojačanu drenažu (sl. 13.26.).

Direktan električni odvod - Ovo drenažni uređaj bilateralno provođenje. Direktno električno odvodno kolo uključuje: reostat (R), prekidač (K), osigurač (Pr) i alarmni relej (Cp). Jačina struje u krugu cevovod-šinska regulacija se reguliše pomoću reostata. Ako struja premašuje dozvoljenu vrijednost, tada će osigurač izgorjeti, struja će teći kroz namotaj releja, koji, kada je uključen, pokreće zvučni ili svjetlosni signal.

Direktna električna drenaža se koristi u slučajevima kada je potencijal cjevovoda konstantno veći od potencijala željezničke mreže, gdje se lutajuće struje preusmjeravaju. U suprotnom će se drenaža pretvoriti u kanal za curenje lutajućih struja u cjevovod.

Polarizirana električna drenaža je drenažni uređaj jednosmjerne vodljivosti. Polarizovana drenaža se razlikuje od direktne po prisutnosti jednosmjernog provodnog elementa (ventilskog elementa) VE. Kod polarizirane drenaže struja teče samo od cjevovoda do šine, čime se eliminira curenje lutajućih struja u cjevovod kroz drenažnu žicu.

pojačana drenaža Koristi se u slučajevima kada je potrebno ne samo ukloniti zalutale struje iz cjevovoda, već i osigurati potreban zaštitni potencijal na njemu. Ojačana drenaža je konvencionalna katodna stanica, spojena negativnim polom na zaštićenu konstrukciju, a pozitivnim - ne na anodno uzemljenje, već na šine elektrificiranog transporta.

Treba napomenuti da kola zaštitnog uzemljenja procesne opreme koja se nalaze na CS, GDS, PS i drugim sličnim lokacijama ne bi trebalo da imaju zaštitno dejstvo na sistem elektrohemijske zaštite podzemnih objekata.

Konstrukciju uređaja za elektrohemijsku zaštitu odlikuje širok opseg radova, protegnut na više kilometara magistralnog cjevovoda, prisustvo područja otežanih za vozila na kotačima, kao i mnoštvo građevinskih i instalacijskih operacija.

Efikasno djelovanje elektrohemijske zaštite moguće je samo kada visoka kvaliteta instalacija svih strukturni elementi. Za to je potrebna naučno utemeljena organizacija rada, maksimalna mehanizacija i visoka kvalifikacija građevinskih i instalaterskih radnika. Budući da se za zaštitu cjevovoda koristi ograničen broj tipova instalacija, a elementi elektrohemijske zaštite su uglavnom tipični, potrebno je glavne montažne jedinice i blokove unaprijed proizvesti u tvornici.

Za izgradnju elektrohemijske zaštite magistralnih cjevovoda od korozije koriste se sredstva i instalacije katodne, elektrodrenaže, gazeće zaštite, električnih premosnika, kontrolnih i mjernih mjesta i konstruktivnih jedinica tipskih projekata.

Radovi na izgradnji elektrohemijske zaštite moraju se izvoditi u dvije faze. Prvi korak je da uradite sledeće:

Obilježavanje trasa radilišta, dalekovoda i kablova, priprema gradilišta;

Odabir i uređenje prostora za skladištenje opreme, montažnih jedinica, dijelova, hardvera, alata i materijala;

Isporuka opreme, strojeva i mehanizama;

Priprema terena za izvođenje radova;

Isporuka instalacione opreme katodna zaštita, montažne jedinice, dijelovi, hardver, alati, pribor i materijali;

Razvoj tla u rovovima i jamama. Zatrpavanje sa nabijanjem nakon ugradnje opreme i kablova do nivoa navedenog u radnoj dokumentaciji;

Izrada anodnog i zaštitnog uzemljenja, ugradnja i polaganje zaštitnika;

Postavljanje podzemnih komunikacija;

Montaža katodnih i kontrolnih električnih utičnica iz cjevovoda, kao i kontaktnih priključaka anode, zaštitnog uzemljenja i odvoda;

Ugradnja i polaganje u temelje u izgradnji nosećih konstrukcija za ugradnju opreme.

Radove prve faze treba izvoditi istovremeno sa glavnim građevinskim radovima na tehnološkom dijelu cjevovoda.

U drugoj fazi potrebno je izvršiti radove na montaži opreme, priključenju električnih kablova i žica na nju i pojedinačno ispitivanje električnih komunikacija i instalirane opreme.

Rad druge faze trebao bi biti završen, po pravilu, nakon završetka glavnih tipova građevinski radovi i istovremeno sa radom specijalizovanih organizacija koje vrše puštanje u rad, ispitivanje i podešavanje sredstava i instalacija elektrohemijske zaštite prema kombinovanom rasporedu.

Puštanje u rad, ispitivanje i podešavanje sredstava i instalacija elektrohemijske zaštite vrši se u cilju provere ispravnosti kako pojedinačnih sredstava i instalacija elektrohemijske zaštite, tako i sistema elektrohemijske zaštite, puštanja u rad i uspostavljanja režima predviđenog čl. projekat obezbjeđenja elektrohemijske zaštite dionice podzemnog cjevovoda od vanjske korozije u skladu sa važećom regulatornom i tehničkom dokumentacijom.

Elektrohemijska zaštita od korozije sastoji se od katodne i drenažne zaštite. Katodna zaštita cjevovoda se izvodi pomoću dvije glavne metode: upotrebom metalnih anodnih zaštitnika (metoda galvanskog protektora) i upotrebom vanjskih izvora jednosmerna struja, čiji je minus spojen na cijev, a plus - na anodno uzemljenje (električna metoda).

Rice. 1. Princip rada katodne zaštite

Galvanska žrtvovana zaštita od korozije

Najočigledniji način implementacije elektrohemijske zaštite metalne konstrukcije u direktnom kontaktu sa elektrolitičkim okruženjem je metoda galvanske zaštite koja se zasniva na činjenici da razni metali u elektrolitu imaju različite elektrodne potencijale. Dakle, ako formirate galvanski par od dva metala i stavite ih u elektrolit, onda metal sa više negativan potencijalće postati zaštitna anoda i bit će uništena, štiteći metal s manje negativnog potencijala. Zaštitnici u suštini služe kao prenosivi izvori električne energije.

Magnezijum, aluminijum i cink se koriste kao glavni materijali za izradu zaštitnika. Iz poređenja svojstava magnezijuma, aluminijuma i cinka, vidi se da od razmatranih elemenata magnezij ima najveću elektromotornu silu. Istovremeno, jedna od najvažnijih praktičnih karakteristika zaštitnika je koeficijent korisna akcija, koji pokazuje udio mase gazećeg sloja koji se koristi za postizanje korisnog električna energija u lancu. K.P.D. protektori izrađeni od magnezijuma i legura magnezijuma retko prelaze 50% c, za razliku od protektora na bazi Zn i Al sa efikasnošću. 90% ili više.

Rice. 2. Primjeri zaštitnika magnezijuma

Uobičajeno, zaštitne instalacije se koriste za katodnu zaštitu cjevovoda koji nemaju električni kontakti sa susjednim proširenim komunikacijama, pojedinačnim dijelovima cjevovoda, kao i spremnicima, čeličnim zaštitni poklopci(patrone), podzemni rezervoari i rezervoari, čelični nosači i šipovi i drugi koncentrirani objekti.

Istovremeno, jedinice gazećeg sloja su vrlo osjetljive na greške u njihovom postavljanju i konfiguraciji. Pogrešan izbor ili postavljanje instalacija gazećeg sloja dovodi do naglog smanjenja njihove efikasnosti.

Katodna zaštita od korozije

Najčešći način elektrohemijske zaštite od korozije podzemlja metalne konstrukcije- ovo je katodna zaštita, izvedena katodnom polarizacijom zaštićene metalne površine. U praksi se to ostvaruje spajanjem zaštićenog cjevovoda na negativni pol vanjskog izvora istosmjerne struje, koji se naziva stanica katodne zaštite. Pozitivni pol izvora je spojen kablom na vanjsku dodatnu elektrodu od metala, grafita ili provodljive gume. Ova eksterna elektroda se nalazi u istom korozivnom okruženju kao i zaštićeni objekat, u slučaju podzemnih poljskih cjevovoda, u tlu. Tako se formira zatvoreni električni krug: dodatna vanjska elektroda - elektrolit tla - cjevovod - katodni kabel - izvor istosmjerne struje - anodni kabel. Kao dio ovoga električno kolo cjevovod je katoda, a dodatna vanjska elektroda spojena na pozitivni pol istosmjernog izvora postaje anoda. Ova elektroda se naziva anodno uzemljenje. Negativno nabijeni pol izvora struje spojenog na cjevovod, u prisustvu vanjskog anodnog uzemljenja, katodno polarizuje cjevovod, dok je potencijal anodnog i katodnog dijela praktično izjednačen.

Dakle, sistem katodne zaštite sastoji se od zaštićene konstrukcije, izvora jednosmerne struje (stanica katodne zaštite), anodnog uzemljenja, spojnih anodnih i katodnih vodova, elektroprovodnog medija (tla) koji ih okružuje, kao i elemenata sistema nadzora - upravljanja i merne tačke.

Zaštita drenaže od korozije

Zaštita odvodnjavanja cjevovoda od korozije lutajućim strujama vrši se usmjerenim odvođenjem ovih struja prema izvoru ili zemlji. Ugradnja drenažne zaštite može biti nekoliko vrsta: zemljana, ravna, polarizirana i ojačana drenaža.

Rice. 3. Stanica za zaštitu drenaže

Odvodnja zemlje se izvodi uzemljenjem cjevovoda dodatnim elektrodama na mjestima njihovih anodnih zona, direktna drenaža - stvaranjem električnog kratkospojnika između cjevovoda i negativnog pola izvora lutajuće struje, na primjer, elektrificirane željezničke mreže željeznica. Polarizirana drenaža, za razliku od direktne, ima samo jednostranu provodljivost, stoga, kada se na šinama pojavi pozitivan potencijal, drenaža se automatski isključuje. U pojačanoj drenaži, strujni pretvarač je dodatno uključen u krug, što omogućava povećanje struje odvodnje.

Jedna od najčešće korišćenih metoda elektrohemijske zaštite razni dizajni metala od rđe je katodna zaštita. U većini slučajeva koristi se u kombinaciji s nanošenjem posebnih premaza na metalne površine.

1 Opće informacije o katodnoj zaštiti

Po prvi put takvu zaštitu metala opisao je 1820-ih od strane Humphrey Davyja. Na osnovu njegovih izvještaja, 1824. godine, ponuđena teorija je testirana na brodu HMS Samarang. Gvozdeni anodni štitnici ugrađeni su na brodsku bakrenu oplatu, što je značajno smanjilo stopu rđe bakra. Tehnika se počela razvijati, a danas je katoda svih vrsta metalnih konstrukcija (cijevovodi, automobilski elementi itd.) prepoznata kao najefikasnija i široko korištena.

U proizvodnim uvjetima, takva zaštita metala (često se naziva katodna polarizacija) provodi se prema dvije glavne metode.

1. Konstrukcija zaštićena od uništenja spojena je na vanjski izvor struje. U ovom slučaju, metalni proizvod djeluje kao katoda. A anode su inertne dodatne elektrode. Ova tehnika se obično koristi za zaštitu cjevovoda, metalnih zavarenih postolja, platformi za bušenje.
2. Katodna polarizacija galvanskog tipa. Kod ove šeme metalna struktura je u kontaktu sa metalom koji ima veći elektronegativni potencijal (aluminijum, magnezijum, legure aluminijuma, cink). U ovom slučaju, oba metala (osnovni i zaštitni) se shvataju kao anoda. Otapanje (što znači čisto elektrohemijski proces) elektronegativnog materijala dovodi do protoka potrebne katodne struje kroz zaštićeni proizvod. Vremenom dolazi do potpunog uništenja metala-"branitelja". Galvanska polarizacija je efikasna za strukture sa izolacionim slojem, kao i za relativno male metalne proizvode.

Prva tehnika našla je široku primjenu širom svijeta. Prilično je jednostavan i ekonomski izvodljiv, omogućava zaštitu metala od opće korozije i od mnogih njegovih varijanti - intergranularne korozije "nerđajućeg čelika", pitinga, pucanja mesinganih proizvoda zbog napona na kojima rade.

Galvanski sklop je pronašao veću upotrebu u Sjedinjenim Državama. Kod nas se rjeđe koristi, iako je njegova efikasnost visoka. Ograničena upotreba metalne zaštite u Rusiji je zbog činjenice da na mnoge cjevovode ne nanosimo posebne premaze, a to je preduvjet za primjenu antikorozivnih galvanskih metoda.

2 Kako funkcionira standardna katodna polarizacija metala?

Katodna zaštita od korozije se proizvodi korištenjem superponirane struje. U strukturu ulazi iz ispravljača ili drugog izvora (vanjske) struje, gdje je industrijska frekvencija naizmjenična struja modificira se na traženu konstantu. Objekt koji se štiti je priključen na ispravljenu struju (na "negativni" pol). Struktura je stoga katoda. Anodno uzemljenje (druga elektroda) je spojeno na "plus".

Važno je da postoji dobar elektrolitički i elektronski kontakt između sekundarne elektrode i strukture. Prvu obezbjeđuje tlo, gdje su anoda i predmet zaštite uronjeni. Tlo u ovom slučaju igra ulogu elektrolitičkog medija. A elektronski kontakt se postiže provodnicima od metalnih materijala.

Regulacija katodne antikorozivne zaštite vrši se održavanjem zaštitnog potencijala između elektrolitičkog medija i indikatora polarizacionog potencijala (ili direktno strukturom) na strogo definiranoj vrijednosti. Izmjerite indikator voltmetrom sa skalom visokog otpora.

Ovdje je potrebno shvatiti da potencijal ima ne samo polarizacijsku komponentu, već i još jednu komponentu - (omski) pad napona. Ovaj pad nastaje zbog katodne struje koja teče kroz efektivni otpor. Štoviše, kvaliteta katodne zaštite ovisi isključivo o polarizaciji na površini proizvoda koja je zaštićena od hrđe. Iz tog razloga razlikuju se dvije karakteristike sigurnosti metalne konstrukcije - najveći i najmanji polarizacijski potencijali.

Efikasna regulacija polarizacije metala, uzimajući u obzir sve navedeno, postaje moguća kada se indeks omske komponente isključi iz vrijednosti dobivene potencijalne razlike. To se može postići upotrebom posebne sheme za mjerenje potencijala polarizacije. Nećemo ga opisivati ​​u okviru ovog članka, jer je prepun mnogih specijalizovanih termina i koncepata.

U pravilu se katodna tehnologija koristi zajedno sa taloženjem na vanjska površina proizvodi zaštićeni od korozije posebnim zaštitnim materijalima.

Za zaštitu neizoliranih cjevovoda i drugih konstrukcija potrebno je koristiti značajne struje, što je ekonomski neisplativo i tehnički teško.

3 Katodna zaštita komponenti vozila

Korozija je aktivan i vrlo agresivan proces. Visokokvalitetna zaštita dijelova automobila od hrđe uzrokuje mnoge probleme vozačima. Sva vozila bez izuzetka su podvrgnuta korozivnom uništavanju, jer rđanje počinje i kada farbanje na mašini se pojavljuje mala ogrebotina.

Katodna tehnologija za zaštitu automobila od korozije danas je prilično uobičajena. Koristi se uz upotrebu raznih mastika. Ova tehnika se podrazumijeva kao dovod električnog potencijala na površinu jednog ili drugog dijela automobila, što dovodi do efikasnog i dugotrajnog usporavanja rđe.

Uz opisanu zaštitu vozila, katoda su posebne ploče koje se nanose na njegova najranjivija čvorišta. A tijelo automobila igra ulogu anode. Takva raspodjela potencijala osigurava integritet tijela mašine, jer su samo katodne ploče uništene, a osnovni metal ne korodira.

Pod ranjivosti vozila, koje se može zaštititi katodnom metodom, razumjeti:

• stražnji i prednji dio dna;
• luk stražnjeg kotača;
• područja za direktno pričvršćivanje bočnih i farova;
• spojevi krilo-točak;
• unutrašnje zone vrata i pragova;
• prostor iza štitnika volana (prednji).

Da biste zaštitili automobil, morate kupiti poseban elektronski modul (neki majstori ga izrađuju sami) i zaštitne ploče. Modul je montiran u unutrašnjosti automobila, povezan na on-board mrežu (mora se napajati kada je motor ugašen). Instalacija uređaja traje doslovno 10-15 minuta. Štaviše, troši minimalnu energiju, a garantuje vrlo kvalitetnu zaštitu od korozije.

Zaštitne ploče mogu imati različite veličine. Njihov broj se takođe razlikuje u zavisnosti od toga gde su u automobilu postavljene, kao i od toga koje geometrijske parametre elektroda ima. U praksi, što je potrebno manje ploča, to je veća elektroda.

Zaštita automobila od korozije katodnom metodom vrši se i drugim relativno jednostavne načine. Najosnovnije je spojiti plus žicu akumulatora automobila na konvencionalnu metalna garaža. Imajte na umu da je za povezivanje potrebno koristiti otpornik.

4 Zaštita cjevovoda katodnom polarizacijom

Do spuštanja tlaka u cjevovode različite namjene dolazi u velikom broju slučajeva zbog oštećenja od korozije uzrokovanih pojavom praznina, pukotina i šupljina. Podzemne komunikacije su posebno podložne rđenju. Na njima se formiraju zone sa različitim potencijalima (elektrode), što je uzrokovano heterogenošću tla i heterogenim sastavom metala od kojih su cijevi napravljene. Zbog pojave ovih zona počinje proces aktivnog stvaranja korozivnih galvanskih komponenti.

Katodna polarizacija cjevovoda, izvedena prema shemama opisanim na početku članka (galvanizacija ili vanjski izvor energije), temelji se na smanjenju brzine rastvaranja materijala cijevi tijekom njihovog rada. Slično smanjenje postiže se pomjeranjem potencijala korozije u zonu koja ima više negativnih pokazatelja u odnosu na prirodni potencijal.

Još u prvoj trećini 20. veka određen je potencijal katodne polarizacije metala. Njegov indikator je -0,85 volti. U većini tla, prirodni potencijal metalne konstrukcije je u rasponu od -0,55 do -0,6 volti.

To znači da za efikasnu zaštitu cjevovoda, potrebno je "premjestiti" potencijal korozije na negativnu stranu na 0,25-0,3 volti. S takvom vrijednošću, praktični učinak rđe na stanje komunikacija gotovo je potpuno izravnan (korozija godišnje ima stopu ne veću od 10 mikrometara).

Tehnika koja koristi izvor struje (vanjski) smatra se dugotrajnom i prilično komplikovanom. Ali ona pruža visoki nivo zaštite cjevovoda, njen energetski resurs nije ničim ograničen, dok otpor (specifičnost) tla minimalno utiče na kvalitet zaštitnih mjera.

Izvori napajanja za katodnu polarizaciju su obično nadzemni električni vodovi na 0,4; 6 i 10 kV. U područjima gdje ih nema dozvoljeno je korištenje plinskih, termalnih i dizel generatora kao izvora energije.

Struja "zaštitnika" je neravnomjerno raspoređena duž dužine cjevovoda. Njegova najveća vrijednost je zabilježena na takozvanoj tački odvodnje - na mjestu gdje je izvor priključen. Što je veća udaljenost od ove točke, to su cijevi manje zaštićene. U isto vrijeme, prekomjerna struja direktno u zoni priključka ima Negativan uticaj na cjevovodu - postoji velika vjerovatnoća vodoničnog pucanja metala.

Metoda sa galvanskim anodama pokazuje dobru efikasnost u tlima sa niskim omskim indeksom (do 50 ohm*m). Ne koristi se na tlima grupe visoke otpornosti, jer ne daje posebne rezultate. Ovdje je vrijedno dodati da se anode izrađuju od legura na bazi aluminija, magnezija i cinka.

5 Ukratko o stanicama za katodnu zaštitu (CPS)

Za antikorozivnu zaštitu podzemnih cjevovoda, duž trase njihovog nastanka, postavljaju se SKZ, uključujući:

• anodno uzemljenje;
• strujni izvor;
• kontrolna i mjerna tačka;
• kablovi i žice koje obavljaju funkcije povezivanja.

Stanice su povezane na električne mreže ili na autonomne uređaje. Dozvoljeno je postavljanje više uzemljenja i izvora energije na SKZ kada se u jednom podzemnom koridoru polažu dva ili više cjevovoda. To, međutim, povlači povećanje troškova antikorozivnih mjera.

Ako je samo jedna instalacija montirana na višelinijske komunikacije, njezino povezivanje s cijevima vrši se pomoću posebnih blokova. Ne dopuštaju stvaranje jakih galvanskih parova koji nastaju prilikom ugradnje gluhih skakača na cijevne proizvode. Ovi blokovi izoluju cijevi jedan od drugog, a također omogućavaju odabir potrebnog potencijala na svakom elementu cjevovoda, što jamči maksimalnu zaštitu konstrukcije od hrđe.

Izlazni napon na katodne stanice može se podesiti automatski (u ovom slučaju jedinica je opremljena tiristorima) ili ručno (operator po potrebi mijenja namotaje transformatora). U situacijama kada VCS radi u vremenskim promenljivim uslovima, preporučuje se rad sa stanicama sa automatskom regulacijom napona.

Oni sami prate pokazatelje otpornosti (specifičnog) tla, pojavu zalutalih struja i druge faktore koji imaju negativan uticaj na kvalitet zaštite, te automatski prilagođavaju rad SKZ. Ali u sistemima u kojima zaštitna struja i otpor u njegovom krugu ostaju nepromijenjeni, bolje je koristiti instalacije s ručno podešavanje izlazni napon.

Dodajmo da se regulacija u automatskom načinu rada vrši prema jednom od dva indikatora:

• struja zaštite (galvanostatski pretvarači);
• potencijalom objekta koji se štiti (potenciostatski pretvarači).

6 Informacije o poznatim stanicama katodne zaštite

Među popularnim domaćim VHC-ima može se razlikovati nekoliko instalacija. Stanica je veoma tražena. Minerva-3000 je moćan sistem koji su razvili francuski i ruski inženjeri za postrojenja Gazproma. Jedna Minerva je dovoljna da pouzdano zaštiti do 30 kilometara cjevovoda od hrđe. Stanica ima sledeće glavne karakteristike:

• jedinstvena proizvodnost proizvodnje svih njegovih komponenti;
• povećana snaga SKZ-a (moguće je zaštititi komunikacije vrlo lošim zaštitnim premazom);
• samoizlječenje (nakon hitnih preopterećenja) režima rada stanice u trajanju od 15 sekundi;
• prisustvo visoko precizne digitalne opreme za praćenje režima rada i sistema termičke kontrole;
• Dostupnost zaštitni krugovi protiv prenapona mjernih i ulaznih kola;
• odsustvo pokretnih dijelova i nepropusnost električnog ormara.

Osim toga, do Minerva-3000 moguće je priključiti instalacije za daljinski upravljač nad radom stanice i daljinski upravljač njena oprema.

Sistemi takođe imaju odlične tehničke performanse. ASKG-TM– savremene telemehanizovane adaptivne stanice za zaštitu električnih kablova, gradskih i magistralnih cevovoda, kao i rezervoara u kojima se skladište gas i naftni derivati. Ovi uređaji su dostupni sa različiti indikatori(od 1 do 5 kilovata) izlazne snage. Imaju multifunkcionalni telemetrijski kompleks koji vam omogućava odabir određenog načina rada RMS-a, praćenje i promjenu parametara stanice, kao i obradu dolaznih informacija i njihovo slanje operateru.

Prednosti korišćenja ASKG-TM:

• mogućnost ugrađivanja u SCADA-komplekse zbog podrške OPC tehnologije;
• rezervni i glavni komunikacijski kanal;
• izbor snage (izlaza);
• povećana tolerancija grešaka;
• veliki raspon radnih temperatura;
• jedinstvena tačnost podešavanja izlaznih parametara;
• naponska zaštita izlaznih snaga sistema.

Postoje VHC i drugih vrsta, informacije o kojima je lako pronaći na specijalizovanim stranicama na Internetu.

7 Koji objekti se mogu zaštititi katodnom polarizacijom?

Osim zaštite automobila i cjevovoda, razmatrane tehnike polarizacije aktivno se koriste za zaštitu armature od armiranobetonskih konstrukcija (zgrade, cestovni objekti, temelji i tako dalje) od korozije. Tipično, armature su jedan električni sistem, koji aktivno korodira kada u njega uđu hloridi i voda.

Katodna polarizacija u kombinaciji s operacijom sanacije betona zaustavlja procese korozije. U ovom slučaju moraju se koristiti dvije vrste anoda:

• glavni su izrađeni od titana, grafita ili njihovih kombinacija sa premazom od metalnog oksida, kao i od silikonskog lijevanog željeza;
• razvodne šipke - šipke izrađene od legura titanijuma sa dodatnim slojem metalne zaštite ili sa nemetalnim elektroprovodljivim premazom.

Regulacijom eksterne struje koja se dovodi do armirano-betonske konstrukcije, odaberite potencijal armature.

Polarizacija se smatra nezamjenjivom tehnikom za zaštitu fiksnih konstrukcija smještenih na kontinentalnom pojasu, u plinskim i naftnim poljima. Inicijal zaštitni premazi na takvim objektima je nemoguće obnoviti (zahtevaju demontažu i transport u suhe hangare), što znači da postoji samo jedan izlaz - katodna zaštita metala.

Za zaštitu od morske korozije koristi se galvanska polarizacija civilnih brodova pomoću anoda od legura cinka, magnezija i aluminija. Na obali (prilikom remonta i parkiranja) plovila se spajaju na CPS čije su anode izrađene od platiniziranog titanijuma.

Također, katodna zaštita se koristi za zaštitu od uništenja unutrašnji delovi posude i kontejneri, kao i cijevi koje dolaze u kontakt sa otpadom industrijske vode i drugi agresivni elektroliti. Polarizacija u ovom slučaju povećava vrijeme primjene ovih struktura bez održavanja za 2-3 puta.

ALI. G. Semenov, general direktor, zajedničko ulaganje "Elkon", G. Kišinjev; L. P. Sysa, vodeći inženjer on ECP, NPC "Vektor", G. Moskva

Uvod

Katodne zaštitne stanice (CPS) su neophodan element sistema elektrohemijske (ili katodne) zaštite (ECP). podzemnih cjevovoda od korozije. Prilikom odabira VCS-a najčešće polaze od najniže cijene, jednostavnosti održavanja i kvalifikacija svog servisnog osoblja. Kvalitet kupljene opreme obično je teško procijeniti. Autori predlažu da se uzmu u obzir tehnički parametri CPS-a navedeni u pasošima, koji određuju koliko će se dobro izvršiti glavni zadatak katodne zaštite.

Autori nisu imali namjeru da se striktno izražavaju naučni jezik u definisanju pojmova. U procesu komunikacije sa osobljem ECP službi, shvatili smo da je potrebno pomoći ovim ljudima da sistematiziraju pojmove i, što je još važnije, da im damo predstavu o tome šta se dešava i u elektroenergetskoj mreži i u VCS-u. sama.

ZadatakECP

Katodna zaštita se provodi kada električna struja teče iz RMS-a kroz zatvoreni električni krug formiran od tri serijski spojena otpornika:

· otpor tla između cjevovoda i anode; I otpor širenja anode;

otpor izolacije cjevovoda.

Otpor tla između cijevi i anode može uvelike varirati ovisno o sastavu i vanjskim uvjetima.

Anoda je važan dio ECP sistema, i služi kao potrošni element, čije rastvaranje pruža samu mogućnost implementacije ECP. Njegova otpornost tokom rada stalno raste zbog rastvaranja, smanjenja efektivne površine radne površine i stvaranja oksida.

Uzmite u obzir sam metalni cjevovod, koji je zaštićeni element ECP-a. Metalna cijev je sa vanjske strane prekrivena izolacijom u kojoj se tokom rada stvaraju pukotine zbog mehaničkih vibracija, sezonskih i dnevnih promjena temperature itd. Vlaga prodire kroz pukotine u hidro- i toplotnoj izolaciji cevovoda i metal cevi dolazi u kontakt sa tlom, formirajući tako galvanski par koji doprinosi uklanjanju metala iz cevi. Što više pukotina i njihova veličina, to više metala je izvađen. Tako nastaje galvanska korozija u kojoj teče struja metalnih jona, tj. struja.

Pošto struja teče, pojavila se divna ideja da se uzme eksterni izvor struje i uključi da bi zadovoljio upravo tu struju, zbog čega dolazi do uklanjanja metala i korozije. Ali postavlja se pitanje: kolika je veličina struje koju je najviše stvorio čovjek? Čini se da je tako da plus prema minus daje nultu struju uklanjanja metala. I kako izmjeriti tu istu struju? Analiza je pokazala da napetost između metalna cijev i tla, tj. na obje strane izolacije, mora biti između -0,5 i -3,5 V (ovaj napon se naziva zaštitni potencijal).

ZadatakVHC

Zadatak SKZ-a nije samo da obezbijedi struju u ECP kolu, već i da je održava na takav način da zaštitni potencijal ne prelazi prihvaćene granice.

Dakle, ako je izolacija nova i nije imala vremena da se ošteti, onda je njena otpornost električna struja visoke i potrebna im je mala struja za održavanje željenog potencijala. Kako izolacija stari, njen otpor se smanjuje. Posljedično, potrebna kompenzacijska struja iz RMS-a se povećava. Još će se povećati ako se na izolaciji pojave pukotine. Stanica mora biti u stanju izmjeriti zaštitni potencijal i u skladu s tim promijeniti svoju izlaznu struju. I ništa više, sa stanovišta ECP zadatka, nije potrebno.

Načini radaradVHC

Postoje četiri načina rada ECP-a:

bez stabilizacije izlaznih vrijednosti struje ili napona;

I stabiliziram izlazni napon;

stabilizacija izlazne struje;

· I stabilizacija zaštitnog potencijala.

Recimo odmah da je u prihvaćenom rasponu promjena svih utjecajnih faktora ispunjenje ECP zadatka u potpunosti osigurano samo korištenjem četvrtog načina rada. Što je prihvaćeno kao standard za režim rada SKZ-a.

Senzor potencijala daje stanici informaciju o nivou potencijala. Stanica mijenja struju u pravom smjeru. Problemi počinju od trenutka kada je potrebno staviti ovaj vrlo potencijalni senzor. Morate ga postaviti na određeno proračunato mjesto, potrebno je iskopati rov za spojni kabel između stanice i senzora. Svako ko je postavljao bilo kakvu komunikaciju u gradu zna kakva je to gnjavaža. Osim toga, senzor zahtijeva periodično održavanje.

U uslovima kada postoje problemi sa mogućim načinom povratne sprege, postupite na sledeći način. Kada se koristi treći način rada, pretpostavlja se da se stanje izolacije malo mijenja u kratkom roku i da njen otpor ostaje praktički stabilan. Dakle, dovoljno je osigurati protok stabilne struje kroz stabilan izolacijski otpor i dobivamo stabilan zaštitni potencijal. Srednjoročno i dugoročno, potrebna prilagođavanja može izvršiti posebno obučen linijski radnik. Prvi i drugi režim ne nameću visoke zahtjeve za SKZ. Ove stanice su jednostavne u izvedbi i, kao rezultat, jeftine, kako u proizvodnji tako iu radu. Očigledno, ova okolnost određuje upotrebu takvih SC-a u ECP objekata koji se nalaze u uvjetima niske korozivne aktivnosti okoline. Ako se spoljni uslovi (stanje izolacije, temperatura, vlažnost, lutajuće struje) promene do granica kada se na štićenom objektu formira neprihvatljiv režim, ove stanice ne mogu da obavljaju svoj zadatak. Za podešavanje njihovog načina rada potrebno je često prisustvo osoblja za održavanje, inače se ECP zadatak djelomično izvršava.

KarakteristikeVHC

Prije svega, VHC mora biti odabran na osnovu zahtjeva navedenih u normativni dokumenti. I, vjerovatno, najvažnija stvar u ovom slučaju će biti GOST R 51164-98. U Dodatku "I" ovog dokumenta navodi se da efikasnost stanice mora biti najmanje 70%. Nivo industrijske buke koju stvara RMS ne bi trebao prelaziti vrijednosti navedene u GOST 16842, a nivo harmonika na izlazu trebao bi biti u skladu sa GOST 9.602.

U pasošu SKZ obično se navodi: I nazivna izlazna snaga;

Efikasnost pri nazivnoj izlaznoj snazi.

Nazivna izlazna snaga - snaga koju stanica može isporučiti pri nazivnom opterećenju. Obično je ovo opterećenje 1 ohm. Efikasnost se definira kao omjer nazivne izlazne snage i aktivne snage koju stanica troši u nazivnom režimu. I u ovom načinu rada, efikasnost je najveća za bilo koju stanicu. Međutim, većina VCS-ova radi daleko od nominalnog načina rada. Faktor opterećenja snage kreće se od 0,3 do 1,0. U ovom slučaju, stvarna efikasnost većine stanica koje se danas proizvode značajno će pasti sa smanjenjem izlazne snage. To je posebno uočljivo kod transformatora SKZ koji koristi tiristore kao regulacijski element. Za beztransformatorske (visokofrekventne) RMS, pad efikasnosti sa smanjenjem izlazne snage je mnogo manji.

Opšti prikaz promjene efikasnosti za SKZ različitih dizajna može se vidjeti na slici.

Od sl. može se vidjeti da ako koristite stanicu, na primjer, sa nominalnom efikasnošću od 70%, onda budite spremni na činjenicu da ste još 30% električne energije primljene iz mreže potrošili beskorisno. I to je u najboljem slučaju nazivne izlazne snage.

Sa izlaznom snagom od 0,7 od nominalne, već biste trebali biti spremni na činjenicu da će vaši gubici energije biti jednaki utrošenoj korisnoj energiji. Gdje se gubi toliko energije?

omski (toplinski) gubici u namotajima transformatora, prigušnica i aktivnih elemenata kola;

· troškovi energije za rad upravljačkog kruga stanice;

Gubitak energije u obliku radio emisije; gubici energije talasanja izlazne struje stanice na opterećenju.

Ova energija se zrači u zemlju iz anode i ne proizvodi koristan rad. Zbog toga je neophodno koristiti stanice sa niskim koeficijentom talasanja, inače se troši skupa energija. Ne samo to, pri visokim nivoima talasanja i radio-emisije povećava se gubitak električne energije, već pored toga ova beskorisno raspršena energija stvara smetnje za normalan rad velika količina elektronske opreme koja se nalazi u blizini. Pasoš VHC-a takođe ukazuje na neophodnost puna moć, hajde da se pozabavimo ovim parametrom. SKZ uzima energiju iz elektroenergetske mreže i to čini u svakoj jedinici vremena sa takvim intenzitetom kakav smo mu dozvolili pomoću dugmeta za podešavanje na kontrolnoj tabli stanice. Naravno, moguće je uzimati energiju iz mreže sa snagom koja ne prelazi snagu ove mreže. A ako se napon u mreži mijenja sinusno, onda se naša sposobnost preuzimanja energije iz mreže mijenja sinusno 50 puta u sekundi. Na primjer, u trenutku kada mrežni napon prođe kroz nulu, iz njega se ne može uzeti struja. Međutim, kada sinusoida napona dosegne svoj maksimum, tada je u ovom trenutku naša sposobnost preuzimanja energije iz mreže maksimalna. U svakom drugom trenutku ova mogućnost je manja. Dakle, ispada da se u svakom trenutku snaga mreže razlikuje od snage u susjednom vremenu. Ove vrijednosti snage nazivaju se trenutnom snagom ovog trenutka vrijeme i takav koncept je teško operirati. Stoga smo se složili oko koncepta takozvane efektivne snage, koja se određuje iz imaginarnog procesa u kojem se mreža sa sinusoidnom promjenom napona zamjenjuje mrežom sa konstantnim naponom. Kada smo izračunali vrijednost ovog konstantnog napona za naše električne mreže, dobili smo 220 V - to se zvalo efektivni napon. A maksimalna vrijednost sinusoida napona nazvana je amplitudnim naponom i jednaka je 320 V. Po analogiji s naponom, uveden je koncept efektivne vrijednosti struje. Umnožak efektivne vrijednosti napona i efektivne vrijednosti struje naziva se ukupna potrošnja energije, a njena vrijednost je naznačena u RMS pasošu.

A puna snaga u samom SKZ-u nije u potpunosti iskorištena, jer. ima razne reaktivne elemente koji ne troše energiju, već je koriste, takoreći, da stvore uslove da ostatak energije pređe u opterećenje, a zatim tu energiju podešavanja vraćaju nazad u mrežu. Ova vraćena energija se naziva reaktivna energija. Energija koja se prenosi na opterećenje je aktivna energija. Parametar koji pokazuje odnos između aktivne energije koja se mora prenijeti na opterećenje i ukupne energije koja se isporučuje RMS-u naziva se faktor snage i naznačen je u pasošu stanice. A ako svoje mogućnosti uskladimo sa mogućnostima mreže snabdevanja, tj. sinhrono sa sinusoidnom promjenom napona mreže, uzimamo snagu iz nje, tada se takav slučaj naziva idealnim i faktor snage RMS-a koji na ovaj način djeluje s mrežom bit će jednak jedan.

Stanica mora prenositi aktivnu energiju što je moguće efikasnije kako bi stvorila zaštitni potencijal. Efikasnost kojom VHC to radi procenjuje se faktorom efikasnosti. Koliko energije troši ovisi o načinu prijenosa energije i načinu rada. Ne ulazeći u ovo prostrano polje za diskusiju, reći ćemo samo da su transformatorski i transformatorsko-tiristorski SKZ-i dosegli svoju granicu poboljšanja. Oni nemaju resurse da poboljšaju kvalitet svog rada. Budućnost pripada visokofrekventnim VMS-ima, koji svake godine postaju pouzdaniji i lakši za održavanje. Po efikasnosti i kvalitetu svog rada već nadmašuju svoje prethodnike i imaju veliku rezervu za napredak.

Potrošačsvojstva

Potrošačka svojstva takvog uređaja kao što je SKZ uključuju sljedeće:

1. Dimenzije, težina i snagu. Vjerovatno nije potrebno reći da što je stanica manja i lakša, to su niži troškovi njenog transporta i ugradnje, kako tokom montaže tako i popravke.

2. održivost. Mogućnost brze zamjene stanice ili čvora na licu mjesta je vrlo važna. Uz naknadne popravke u laboratoriji, tj. modularni princip konstrukcije SKZ.

3. Pogodnost in usluga. Lakoća održavanja, pored lakoće transporta i popravke, određena je, po našem mišljenju, na sljedeći način:

prisutnost svih potrebnih indikatora i mjernih instrumenata, mogućnost daljinskog upravljanja i nadzora načina rada SKZ-a.

nalazi

Na osnovu navedenog može se izvući nekoliko zaključaka i preporuka:

1. Transformatorske i tiristorsko-transformatorske stanice su beznadežno zastarjele u svakom pogledu i ne ispunjavaju savremene zahtjeve, posebno u oblasti uštede energije.

2. Moderna stanica mora imati:

· visoka efikasnost u svim rasponima opterećenja;

faktor snage (cos I) ne manji od 0,75 u cijelom opsegu opterećenja;

faktor talasanja izlaznog napona ne veći od 2%;

· opseg regulacije struje i napona od 0 do 100%;

lagano, izdržljivo i malo tijelo;

· modularni princip konstrukcije, tj. imaju visoku mogućnost održavanja;

· I energetska efikasnost.

Ostali zahtjevi za stanice katodne zaštite, kao što je zaštita od preopterećenja i kratkih spojeva; automatsko održavanje date struje opterećenja - i drugi zahtjevi su općenito prihvaćeni i obavezni za sve SKZ.

U zaključku, potrošačima nudimo tabelu u kojoj se porede parametri glavnih proizvedenih i trenutno korištenih stanica katodne zaštite. Radi praktičnosti, u tabeli su prikazane stanice iste snage, iako mnogi proizvođači mogu ponuditi čitav niz proizvedenih stanica.