Методи захисту газопроводів і споруд на них від корозії
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Розрізняють "пасивний" і "активний" захист. Пасивний захист підземних газопроводів від корозії відбувається за рахунок нанесення на їх зовнішню поверхню шару різноманітних бітумо-гумових мастик, плівкових матеріалів. Газопроводи при надземному чи наземному прокладанні попередньо ґрунтують (2 шари), а потім покривають 2 шарами фарби, лаку або емалі, що призначені для зовнішніх робіт при розрахунковій температурі зовнішнього повітря в районі будівництва відповідно до вимог ГОСТу 9.402-80*. Зазвичай антикорозійні покриття повинні бути діелектричними, водонепроникними, хімічно інертними до матеріалу стінки труби і ґрунту, міцними і еластичними, монолітними і однорідними. У будь-якому випадку ізоляція газопроводів, інших споруд газопостачання повинна відповідати вимогам ГОСТу 9.602-89* і ДБН В.2.5-20-2001.

Активний захист від корозії полягає у створенні навколо підземного газопроводу захисного електричного поля. Розрізняють протекторний і катодний захисти, електричний дренаж.

Активний захист або ще - електрохімічний захист газопроводів виконується шляхом катодної поляризації металу від зовнішнього джерела струму (установки катодного захисту) або з'єднанням з металом, який має більший негативний потенціал порівняно з електродним потенціалом металу, що захищається (установки протекторного захисту). В зонах так званих "блукаючих струмів" для електрохімзахисту використовується відведення блукаючих струмів до їх джерела (установки дренажного захисту або установки посиленого дренажного захисту).

Протекторний захист

Протекторний захист газопроводів заснований на принципі гальванічних пар. Як гальванічний анод (протектор) використовують метали з більшим від'ємним порівняно, з металом трубопроводу або іншого об'єкта, що захищається, стаціонарним потенціалом (рис. 3). При підключенні протектора, який знаходиться в корозійно небезпечному середовищі, з об'єктом, що захищається, утворюється гальванічний елемент (його анодом є ч протектор, а катодом - об'єкт, що захищається) і виникає електрорушійна сила (е.р.с). В такому гальванічному елементі відбувається рух електричного струму: в навколишньому середовищі (ґрунті) - від протектора до об'єкта (газопроводу), а по з'єднувальному провіднику - від об'єкта до протектора. В результаті поляризації електричні потенціали протектора і об'єкта, що захищається, наближуються один до одного. Потенціал об'єкта стає більш негативним, а потенціал протектора - більш позитивним. Під впливом сили струму об'єкт катодно поляризується і його метал захищається від корозії, а протектор, відповідно, поступово руйнується (рис. 4).

Як метал для газопроводів застосовують вуглецемісткі та низьколеговані сталі. Для їх захисту від корозії в якості протектора використовують такі метали, як магній, алюміній, цинк, а також спеціальні сплави. Порівняно з матеріалом трубопроводів вони мають більший від'ємний потенціал.

Підвищити ефективність роботи протекторного захисту можна за рахунок використання спеціальних засипок-активаторів (як правило, сумішей сірчистих солей магнію, натрію або кальцію з глиною тощо) навколо протектора.

До переваг протекторного захисту слід віднести автономність (відсутня необхідність підключення до джерела електроенергії), простоту конструкції (спрощує виготовлення і монтаж), зручність експлуатації та контролю, тривалий період експлуатації. Суттєвим недоліком способу є невисоке значення е.р.с, що дозволяє застосовувати протектори тільки в середовищах з низьким електричним опором (до 60 Ом·м).

Ефективність протекторів залежить від фізико-хімічних властивостей гальванічних анодів, а також зовнішніх факторів. Середній період їх служби становить 6-10 років при масі до 10 кг. Зона захисту газопроводу одним протектором становить в залежності від категорії ґрунту від 20 до 70 м.

Катодний захист.

Катодна поляризація металевих споруд і газопроводів за допомогою зовнішніх джерел постійного струму отримала назву катодного захисту. Установка катодного захисту (УКЗ) складається з джерела постійного струму, анодного заземлювача, контактного пристрою на об'єкті, що захищається, електрода порівняння тривалої дії з датчиком електрохімічного потенціалу, з'єднувальних ліній постійного струму, захисного заземлення (рис. 5). Від'ємний полюс джерела постійного струму УКЗ підключається до газопроводу, який захищається, а позитивний - до анодного заземлення. До катодної станції можуть бути приєднані декілька об'єктів або газопроводів сумарною довжиною до 5 км; за необхідності вона може мати декілька анодних заземлювачів.

При вмиканні джерела струм "тече" з анодного заземлювача, поширюється в навколишньому середовищі, знаходить об'єкт, який захищається, і поляризує його метал. Захисний струм повинен мати таку величину, щоб від'ємний потенціал, який утворюється, знаходився у межах встановлених мінімальних і максимальних величин. В якості джерел постійного струму серійно випускаються вітчизняною промисловістю автоматичні перетворювачі - випрямлячі катодного захисту. В умовах населених пунктів, які мають надійне електропостачання, використовують виключно випрямлячі змінного струму. За відсутності джерел електроенергії (наприклад, при прокладанні міжселищних чи магістральних газопроводів) для катодного захисту застосовують термоелектронагрівачі, генератори з двигунами внутрішнього спалювання, а в районах зі сприятливими вітрами - вітроелектрогенератори тощо.

В умовах, коли параметри корозійноактивного середовища і потенціал об'єкта, що захищається, часто змінюються, захист відбувається за рахунок використання установок автоматичного катодного захисту типу ПАСК-М.

Анодне заземлення є одним з основних елементів катодної установки, від його параметрів залежить ефективність і надійність захисту від корозії. Електроди для анодних заземлювачів виготовляють зі сталі, чавуну, залізокремніємістких сплавів або графіту.

Електричний дренаж.

Захист металевих споруд від корозії блукаючими струмами виконують електричними дренажами, установками катодного захисту, протекторами і струмовідводами. Електричний дренаж - це організоване відведення блукаючих струмів від газопроводу, що захищається, до їх (струмів) джерела. Розрізняють три види електричного дренажу: прямий, поляризований і посилений. Кожний з них виконується шляхом підключення газопроводу через дренажний пристрій до від'ємної шини тяглової підстанції або рейки електрифікованого транспорту.

Прямий (простий) еклектродренаж має двосторонню провідність і тому застосовується лише на ділянках зі стійким анодним потенціалом (як правило, поблизу тяглових підстанцій). Поляризований і посилений дренаж мають односторонню провідність від газопроводу до джерела струму, і тому вони можуть підключатися до рейок електрифікованого транспорту (рис. 6). Одна дренажна установка здатна захистити до 5-6 км газопроводу.

Додатково до пристроїв електричного захисту застосовують електричне секціювання: газопровід поділяють на окремі секції за допомогою ізолюючих фланців. У найпростішому вигляді ізолюючий фланець - це двофланцеве з'єднання, в якому між фланцями вставляється ізолююча прокладка. При цьому під головками і гайками кожного з болтів розміщуються ізолюючі шайби, а самі болти "одягаються" в ізолюючі втулки. Ізолюючі фланці слід розміщувати за ходом газу на надземних газопроводах або в колодязях (при підземному прокладанні) після запірної арматури. Встановлювати ІФЗ на підземних газопроводах безпосередньо в грунті категорично заборонено. Місця обов'язкового розміщення ІФЗ регламентуються вимогами нормативних документів.

Для підземних газопроводів найбільш ефективний комплексний захист від корозії - це поєднання пасивного і активного методів захисту.

3. Проектування електрохімічного захисту підземних газопроводів і споруд на них від корозії

Основою для проектування електрохімзахисту (ЕХЗ) газопроводів від корозії є дані про корозійну активність ґрунту і наявність блукаючих струмів, а також характеристика прокладених чи проектованих трубопроводів і споруд на них.

Корозійну активність ґрунту визначають в результаті пошукових робіт шляхом виміру питомого електричного опору ґрунту. При проектуванні нових газопроводів опір вимірюють по трасі газопроводу з кроком 100-500 м. Якщо газотранспортна мережа діюча, то з кроком 100-200 м на відстані 2-4 м від осі трубопроводу.

 

Рис. 3. Електричні потенціали

Рис. 4. Принципова схема протекторного захисту 1 - газопровід; 2 - контрольно-вимірювальний пункт; 3 - кабель; 4 - шурф; 5 - сталевий сердечник; 6 - активатор

 

Рис. 5. Принципова схема катодного захисту 1 - газопровід; 2 - електрод порівняння тривалої дії з датчиком електрохімічного потенціалу; 3 - контактний пристрій; 4 - кабель дренажний; 5 - перетворювач катодного захисту (джерело постійного струму); 6 - кабель з'єднувальний; 7 - анодний заземлювач

Рис. 6. Принципова схема поляризованого електродренажу 1 - газопровід; 2 - кабель; 3 - реостат; 4 - діод; 5 - запобіжник; 6 - трамвайна колія

 

Наявність блукаючих струмів у землі по трасі газопроводу, що проектується, визначають за результатами вимірювання різниці потенціалів між прокладеними в даному районі підземними металевими спорудами і землею. В разі відсутності таких споруд наявність блукаючих струмів знаходять шляхом вимірювання різниці потенціалів між двома точками землі через кожні 1000 м по двох взаємно перпендикулярних напрямках при рознесенні вимірювальних електродів на 100м один від одного.

Найбільш характерний і ефективний спосіб активного захисту підземних сталевих трубопроводів і споруд від корозії - це розміщення на території, де прокладено мережі газопостачання, станцій катодного захисту.

Параметри електрохімзахисту підземних газопроводів визначають розрахунковим шляхом. Методика дозволяє встановити параметри катодних станцій, які необхідні для забезпечення захисного потенціалу на всіх підземних спорудах, котрі розміщені в зоні дії установок ЕХЗ і мають з'єднання, що забезпечують електричну провідність по всій довжині мережі газопроводів. За основний розрахунковий параметр приймають середню густину захисного струму /, мА/м2. Вона являє собою відношення сили струму катодної станції і сумарної площі поверхні підземних трубопроводів, у т.ч. і газопроводів та споруд на них, котрі розташовані в зоні дії цієї станції.

Площу поверхні кожного з трубопроводів, що мають між собою технологічні з'єднання, які забезпечують електричну провідність, або спеціальні перемички (це можуть бути електропровід, кабель або відрізки звичайного попередньо ізольованого металопрокату), знаходять за формулою:

м2,

де , - діаметр зовнішній і-ої ділянки підземного трубопроводу, м;

 - довжина і-ої ділянки, м;

п - кількість ділянок підземної мережі трубопроводів, які знаходяться в зоні дії однієї станції, шт.

Таким чином визначають площі поверхонь підземних газопроводів , водопроводів , теплопроводів , котрі прокладені як в каналах, так і безканальним способом. Сумарна площа поверхонь всіх трубопроводів, які електрично зв'язані між собою і являють одну систему, становить:

 , М2.

У цій системі питома вага кожної з підземних мереж становить, %:

1) водопроводи -       ;

2) теплопроводи -    

3) газопроводи -      

Густину поверхні трубопроводів кожної з підземних інженерних мереж, що являє собою відношення площі їх поверхні до площі забудови, обчислюють за такими формулами, м /га:

1) водопроводи -       

2) теплопроводи -      

3) газопроводи -       

Середню густину сили струму, що необхідний для захисту трубопроводів від електрохімічної корозії, можна визначати з такої емпіричної залежності:

, мА/м2,

де ρ - величина корозійної активності ґрунту, Ом м (як правило, на території населених пунктів знаходиться в межах р= 15-50 Ом м).

Якщо значення величини j не перевищує 6 мА/м2, то у подальших розрахунках необхідно приймати, що j = 6 мА/м2 .

Величину сили захисного струму, котрий необхідний для забезпечення катодної поляризації підземних опору і трубопроводів, обчислюють таким чином:

, А.

Кількість станцій катодного захисту знаходять за умови оптимального розміщення анодних заземлювачів (в першу чергу - цікавить наявність майданчиків, зручних для встановлення анодів), присутності джерел електроживлення тощо, а також з урахуванням того, що величина сили струму однієї станції не повинна перевищувати  25 А. Таким чином, кількість станцій катодного захисту підземних споруд і трубопроводів від електрохімічної корозії можна визначати з достатньою точністю з наступним округленням до цілого числа так:

, шт

де І- сила струму, значення якої визначено згідно з формулою, А.

Для того, щоб зручно розмістити катодні станції на плані місцевості чи забудови, визначають радіус їх дії:

, м,

де ІК.С. - сила струму катодної станції, А (найбільш характерні значення становлять 10, 15, 20, 25 і 30 А);

К - коефіцієнт, який характеризує густину підземних споруд на території, що захищається, га:

, м2/га.

Якщо кола, радіуси яких відповідають радіусам дії катодних станції, а центри знаходяться в зонах розміщення анодних заземлювачів, не покривають повністю всю територію, для якої проектується ЕХЗ, то слід змінити або місця розміщення катодних установок, або значення сили струму ІК.С.  і повторити розрахунок.

Тип перетворювачів для катодних установок слід вибирати згідно з даними, які наведено у додатку 1. Найбільш економічний варіант анодного заземлення приймають в залежності від величини сили струму в ланцюзі катодного захисту, максимально-допустимого опору, періоду роботоздатності, матеріалу, кількості та геометричних розмірів (довжини і діаметра) електродів. У табл.2 додатка 1 цю частину виділено сірим кольором.

Приклад розрахунку.

Необхідно виконати розрахунок катодного захисту мережі підземних газопроводів низького тиску, яка розташована на території житлового району площею забудови 16,18 га. Діаметри ділянок мережі встановлено в результаті гідравлічного розрахунку. Умовно прийнято, що інші підземні інженерні мережі (водопровід, теплопроводи тощо) та споруди на території забудови відсутні. Корозійна активність ґрунту дорівнює ρ=36 Ом·м.

Діаметр, мм 180×10,3 140×8 110×6,3 90×5,2 63×3,6 75×4,3 50×2,9
Довжина, м 100 340 220 570 610 300 310
Площа поверхні, м2 56,52 149,46 75,99 161,08 120,67 70,65 48,67

 

На підставі виконаних розрахунків сумарна площа зовнішньої поверхні трубопроводів мережі становить = 683,04 м2.

Густину поверхні газопроводу =683,04/13,9=49,14 м2/га.

 

Так як на території житлового району запроектовано (умовно) лише систему газопостачання низького тиску, то середню густину сили струму визначають згідно з формулою:

 

Величину сили захисного струму обчислюють у відповідності з формулою:

 А.

Кількість катодних станцій визначають з умови, що максимальне значення сили струму захисту не повинно перевищувати 25 А, тобто ІК.С. <25 А. Відповідно

шт.

До встановлення приймають 2 станції. Сила струму в ланцюгу катодного захисту кожної з них складу ІК.С= 25 А.

Так як на території району відсутні інші підземні інженерні мережі, то питома густина газопроводів в зоні забудови чисельно відповідає величині параметра d. Тобто,  м2/га.

Радіус дії станції знаходимо на підставі формули:

 м.

Таким чином, площа зони дії однієї станції катодного захисту газопроводів від електрохімічної корозії становить:

 га,

Що відповідає площі зони забудови  га.

Користуючись даними, які наведено в додатку 1 (табл..2), для питомого електричного опору ґрунту в зоні забудови ρ=36 Ом·м і сили струму ІК.С= 25 А приймаємо (як найбільш економічне) однорядне заземлення з чотирьох чавунних труб діаметром 150 мм і довжиною 15 м. Опір розтіканню струму дорівнює  Ом.

З урахуванням опору дренажного кабелю  Ом вихідна напруга катодної станції становить:

 В.

В якості перетворювачів катодного захисту (додаток 1, табл.. 1) приймаємо пристрої (катодні станції) типу КСС-600 з такими характеристиками: вихідна потужність – 0,6 кВт, напруга – 24/48 В, сила струму – 25/12,5 А.

Вихідна потужність станції КСС-600 (Р=0,6 кВт) перевищує розрахункове значення:

кВт.

Таким чином, обладнання станції катодного захисту газопроводів від корозії підібрано вірно.

Додаток 1. Установки катодного захисту підземних газопроводів від корозії

 

Установки катодного захисту складаються з катодної станції (перетворювача), анодного і захисного заземлювачів і з’єднувальних кабелів.

Таблиця 1. Технічна характеристика перетворювачів катодного захисту

Тип пристрою Потужність, кВт Напруга, В Струм, А Тип пристрою Потужність, кВт Напруга, В Струм, А
1 2 3 4 5 6 7 8
ПСК-М-0,6 0,6 48/24 12,5/25 КСС-1200 1,2 24/48 50/25
ПСК-М-1,2 1,2 48/24 25/50 СКЗТ-1500 1,5 60/24 25/50
ПСК-М-2 2,0 96/48 21/42 СКЗТ-3000 3,0 66/30 50/100
ПСК-М-3 3,0 96/48 31/62 СКЗМ-АКХ 5,5 50 100/10
ПСК-М-5 5,0 96/48 52/104 ПАСК-М-0,6 0,6 48/24 12,5/25
КСК-500 0,5 50 10 ПАСК-М-1,2 1,2 48/24 25/50
КСК-1200 1,2 60 10 ПАСК-М-2 2,0 96/48 21/42
КСС-300 0,3 12/24 25/12,5 ПАСК-М-3 3,0 96/48 31/62
КСС-600 0,6 24/48 25/12,5 ПАСК-М-5 5,0 96/48 52/104

 

Таблиця 2. Технічна характеристика анодних заземлювачів

Довжина l, м

Кількість труб п/Опір R

Питомий електричний опір ґрунту, Ом·м

10 20 30 40 50 60

70

80 90 100
1 2 3 4 5 6 7 8

9

10 11 12

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 10 А. Однорядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

6

п, шт.

4

R, Ом 0,43 0,86 1,24 1,72 2,15 2,58

3,01

3,44 3,87 4,3

10

п, шт.

3

R, Ом 0,36 0,72 1,09 1,45 1,81 2,17

2,53

2,9 3,26 3,62

12

п, шт.

2

R, Ом 0,43 0,86 1,29 1,72 2,15 2,58

3,01

3,44 3,87 4,29

15

п, шт.

2

2

R, Ом 0,36 0,72 1,07 1,43 1,76 2,15

2,51

2,86 3,22 3,58

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 10 А. Дворядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

1,5

п, шт.

12

16

24

28

R, Ом 0,74 1,47 1,78 2,38 2,97 2,65

3,1

3,54 3,53 3,92

6

п, шт.

4

R, Ом 0,46 0,92 1,37 1,83 2,29 2,75

3,21

3,67 4,12 4,58

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 15 А. Однорядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

6

п, шт.

6

R, Ом 0,31 0,63 0,94 1,26 1,57 1,89

2,20

2,52 2,83 3,15

10

п, шт.

4

R, Ом 0,29 0,58 0,87 1,16 1,45 1,74

2,02

2,31 2,60 2,89

15

п, шт.

3

3

R, Ом 0,26 0,52 0,78 1,05 1,31 1,57

1,83

2,04 2,35 2,62

18

п, шт.

2

R, Ом 0,31 0,62 0,92 1,23 1,54 1,85

2,16

2,47 2,77 3,08

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 15 А. Дворядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

1,5

п, шт.

20

24 28

32

36

44 48
R, Ом 0,51 1,03 1,33 1,56 1,77 2,13

2,28

2,61 2,52 2,59

6

п, шт.

6

R, Ом 0,34 0,69 1,03 1,37 1,71 2,06

2,40

2,74 3,09 3,43

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 25 А. Однорядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

6

п, шт.

10

R, Ом 0,21 0,43 0,64 0,86 1,07 1,29

1,50

1,72 1,93 2,00

12

п, шт.

5

6

R, Ом 0,21 0,42 0,63 0,84 1,06 1,27

1,48

1,69 1,64 1,83

15

п, шт.

4

5
R, Ом 0,21 0,43 0,63 0,83 1,04 1,25

1,46

1,67 1,88 1,76

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 25 А. Дворядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

6

п, шт.

10

12
R, Ом 0,23 0,46 0,69 0,92 1,15 1,38

1,61

1,84 2,07 1,99

Сила струму в ланцюзі катодного захисту 30 А. Однорядне заземлення з чавунних труб (електродів) діаметром 150 мм

6

п, шт.

12

13 14
R, Ом 0,19 0,37 0,59 0,75 0,93 1,12

1,31

1,49 1,58 1,66

10

п, шт.

7

8 9
R, Ом 0,19 0,38 0,56 0,75 0,94 1,13

1,31

1,50 1,50 1,54

12

п, шт.

6

7

R, Ом 0,18 0,37 0,55 0,73 0,91 1,10

1,28

1,46 1,47 1,63
                         

 

Контрольні запитання:

1. Назвіть основні причини, що викликають корозію сталевих газопроводів та споруд на них.

2. Охарактеризуйте пасивний захист газопроводів від корозії.

3. Охарактеризуйте активний захист газопроводів від корозії.

4. Назвіть види активного захисту газопроводів від корозії.

5. У чому полягає відмінність катодного захисту від протекторної?

6. Дайте характеристику способам і матеріалам для пасивного захисту газопроводів.

7. Яке призначення фланцевих ізолюючих з’єднань?

8. Охарактеризуйте основне обладнання станції катодного захисту.

9. Що є критерієм небезпечності корозії?

10. Пояснити процес електрохімічної корозії, яка відбувається в ґрунтах.

11. Якими основними показниками характеризують степінь корозійної агресії ґрунту?

12. Які фактори впливають на корозійну агресію ґрунту?


 

 


О.С. Савенко

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання практичних робіт

з дисципліни «Газові мережі та устаткування»

для студентів спеціальності 5.06010113

„Монтаж, обслуговування устаткування і систем газопостачання”

 

Дата: 2018-12-21, просмотров: 1600.