Защита газопроводов от коррозии

Коррозией металлов называется постепенное разрушение их поверхности под влиянием химического и электрохимического воздействия окружающей среды. Внутренние поверхности стальных газопроводов могут подвергаться химической коррозии при недостаточной очистке газа от кислорода, влаги, сероводорода и других агрессивных компонентов, а иногда и от воздействия воды, оставшейся в газопроводе после строительства. Наружные поверхности подземных стальных газопроводов подвергаются более опасной почвенной коррозии, вызываемой электрохимическим воздействием окружающего грунта и блуждающих токов.

Почвенная коррозия — электрохимическое разрушение стальных газопроводов, вызванное действием почвы, грунтов, грунтовых вод. Процесс электрохимической коррозии в грунте или почве показан на рисунке 2.

Рисунок 2. — Процесс почвенной коррозии:

Металлический газопровод выполняет роль электрода, а агрессивные растворы являются электролитом. Вблизи участка газопровода, где происходит процесс растворения металла с выходом ионов образуется анодная зона. Там, где процесс растворения происходит медленнее образуется катодная зона. Таким образом на поверхности трубы образуется гальваническая пара, в которой ток по металлу трубы течет от катодной зоны к анодной, а в электролите от анодной к катодной. В местах выхода тока (в анодной зоне) будет происходить разрушение металла.

Коррозией блуждающими токами называется электрохимическое разрушение металла трубопровода, вызванное действием утечек постоянного тока с рельсов электрифицированного транспорта (трамвая, метрополитена, электрифицированных железных дорог).

Постоянные токи, возвращающиеся по рельсам к отрицательной шине тяговой подстанции, из-за несовершенства изоляции рельсов от земли и нарушения контактов на стыках рельсов частично стекают в грунт. Эти блуждающие токи через повреждения изоляционного покрытия попадают на газопроводы, электрическое сопротивление которых значительно ниже сопротивления окружающего их грунта.

На участках приближения газопроводов к тяговым подстанциям и отсасывающим пунктам блуждающие токи стекают с газопровода через грунт обратно в рельсовую цепь.

В зоне входа блуждающих токов газопровод поляризуется катодно, а в зоне выхода. Последнее сопровождается сосредоточенным разрушением металла. Коррозия блуждающими токами опаснее почвенной коррозии, так как стекание токов с анодных участков сопровождается местным разрушением металла в виде глубоких каверн и даже сквозных отверстий. С увеличением силы тока, стекающего с единицы поверхности газопровода, скорость коррозии возрастает. Известны случаи сквозной коррозии газопроводов в течение нескольких месяцев после завершения их строительства.

На основании данных о коррозионной агрессивности грунтов и результатов измерений на трассе решается вопрос о защите газопровода от коррозии пассивными средствами в виде противокоррозионных покрытий и активными электрическими средствами. В последнем случае должно быть принято решение о комплексной электрической защите газопровода и смежных металлических подземных сооружений (водопровода, теплопровода, освинцованных кабелей), так как электрозащита одного газопровода может отрицательно повлиять на другие сооружения.

Электрическими методами городские подземные газопроводы защищают от коррозии блуждающими токами и реже — от почвенной. Основными методами электрической защиты являются: электрический дренаж, катодная и протекторная защиты. Выбор метода осуществляется в зависимости от местных условий и результатов электроизмерений.

Электрическим дренажем называется организованный отвод блуждающих токов из защищаемого газопровода к источнику этих токов. Электрическая схема универсального поляризованного дренажа показана на рисунке 3.

Рисунок 3. — Электрическая схема поляризованного дренажа:

Где:

• 1 — газопровод;
• 2 — предохранитель на 350А;
• 3 — сопротивление;
• 4 — предохранитель на 15А;
• 5 и 7 — контакты;
• 6 — диод;
• 8 — дренажная обмотка;
• 9 — включающая обмотка;
• 10 — шпунт амперметра;
• 11 — амперметр;
• 12 — рубильник;
• 13 — рельс.

Различают три вида электрического дренажа: прямой, поляризованный и усиленный. Каждый из дренажей осуществляется путем электрического соединения подземного газопровода через дренажное устройство с отрицательной шиной тяговой подстанции, или отсасывающим пунктом, или с рельсами электрифицированного транспорта.

Прямой (простой) электродренаж обладает двусторонней проводимостью и применим лишь на участках с устойчивым анодным потенциалом, где исключена возможность стекания токов с рельсов или отрицательной шины тяговой подстанции в газопровод. Обычно его подключают к отсасывающим пунктам или к рельсу не далее 50 м. от отсасывающего пункта. Поляризованный дренаж обладает односторонней проводимостью за счет включения в его схему релейно-контактной аппаратуры (для автоматического включения установки при прямых токах и отключения при обратных) или за счет установки полупроводниковых диодов, обладающих односторонней проводимостью. Поляризованный электродренаж обычно подключают к рельсам электрифицированного транспорта, но его можно подключать и к отсасывающим пунктам. Усиленный поляризованный электродренаж также обладает односторонней проводимостью, но в его схему для увеличения эффективности работы дополнительно включен источник постоянного тока, повышающий разность потенциалов «газопровод — рельс». Усиленные дренажи применяют для защиты от коррозии, вызываемой несколькими источниками блуждающих токов, при значительном удалении газопровода от рельсов электрифицированного транспорта, при незначительных и знакопеременных потенциалах на рельсах и в ряде других подобных случаев. Применение усиленных дренажей позволяет значительно уменьшить сечения дренажных кабелей. Дренажные установки, размещаемые в небольших металлических шкафах, являются удобным и эффективным методом защиты городских газопроводов от коррозии. Одна дренажная установка способна защитить до 5−6 км. газопровода.

Катодной защитой называется способ защиты газопроводов от подземной коррозии за счет их катодной поляризации с помощью тока от внешнего источника. Схема катодной защиты показана на рисунке 4.

Рисунок 4. — Схема катодной защиты:

Где:

• 1 — защищаемый газопровод;
• 2 — источник постоянного тока;
• 3 — соединительный кабель;
• 4 — заземлитель.

Установка катодной защиты состоит из источника постоянного тока (катодной станции), анодного заземления и соединительных электрокабелей. Отрицательный полюс источника тока подключается к защищаемому газопроводу, а положительный — к анодному заземлителю. В образовавшейся замкнутой электрической цепи ток течет от положительного полюса источника через анод и грунт к газопроводу, а с него возвращается к отрицательному полюсу источника. В результате газопровод, являющийся в схеме катодом, не коррозирует, а анодный заземлитель вследствие электрохимического процесса постепенно разрушается. В качестве анодных заземлителей могут быть использованы обрезки стальных труб или профильного металла, но они быстро разрушаются. Поэтому лучше применять более стойкие графитовые, а еще лучше железокремниевые заземлители в упаковке из коксового активатора. Для уменьшения сопротивления растеканию тока вместо одиночных заземлителей применяют групповые. Катодная защита эффективна на магистральных газопроводах, где допустим высокий защитный потенциал, а в городских условиях при ограниченном защитном потенциале защитная зона одной станции катодной защиты не превышает нескольких сотен метров.

Протекторная защита заключается в том, что катодная поляризация защищаемого газопровода достигается подключением к нему анодных заземлителей из металла, обладающего в данной грунтовой среде более отрицательными электрохимическим потенциалом, чем металл газопровода. Протекторная установка состоит из протектора 1 (анодного заземлителя), изолированного соединительного кабеля 2 и контрольного пункта 4, защищаемый газопровод 3. Протектор представляет собой сплошной цилиндр из сплава алюминия, магния, цинка и марганца, в центре которого размещен стальной сердечник с выступающим концом для подключения провода. Активатор (заполнитель) состоит из смеси сернистых солей магния, натрия или кальция с глиной и создает вокруг протектора оболочку, растворяющую продукты коррозии протектора и снижающую переходное электрическое сопротивление от протектора к грунту. Контрольный пункт, устанавливаемый на отдельных протекторных установках, позволяет периодически контролировать действие установки.

Для облегчения монтажа протекторных установок промышленностью выпускаются протекторы типа ПМ и ППА в упаковке из порошкообразного активатора, снабженные соединительным проводом. Защитная зона одного протектора в зависимости от грунта от 1 до 70 м.

Рисунок 5. — Схема протекторной защиты:

При массе протектора 5−10 кг. срок службы его колеблется от 8 до 10 лет. Протекторы целесообразно ставить для защиты от почвенной коррозии тонкостенных вводов газопроводов или неизолированных футляров, но в грунтах с омическим сопротивлением не более 80 Ом/м.

Надежность действия защитных установок с измерением потенциалов на контактных устройствах проверяется не реже:

• — четырех раз в месяц на дренажных установках;
• — двух раз в месяц на катодных установках;
• — одного раза в месяц на протекторных установках.

Для подземных газопроводов наиболее эффективна комплексная защита от коррозии, сочетающая пассивную защиту в виде изоляционных покрытий с активными электрическими методами защиты. В городских условиях при наличии разветвленной сети подземных металлических сооружений целесообразна и экономична совместная электрическая защита их вместе с газопроводами.