книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

и электрохимическим способом, заключающимся в создании поляри­ зационного защитного потенциала на трубопроводе (катоде) по отноше­ нию к окружающей среде (грунту) от источника постоянного тока (ка­ тодная защита), или присоединением к трубопроводу (катоду) специ­ альных электродов-анодов (протекторная защита).

Для электрохимической защиты газонефтепроводов применяют катодные станции, протекторные установки, а также дренажную защиту от блуждающих токов. Катодные станции устанавливают и для защиты от коррозии подземных коммуникаций компрессорных станций, промыс­ ловых объектов и других сооружений. С применением протекторов защи­ щают от коррозии не только газонефтепроводы, а также резервуары и другие конструкции.

Материалы для протекторов

Протекторная защита заключается в присоединении к защищаемой конструкции (трубопроводу) металлического протектора (анодного элек­ трода —анода), имеющего более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал защищаемого металла. Трубопровод является катодом.

В основу протекторной защиты положен принцип работы гальваниче­ ского элемента. Анодный процесс сопровождается переходом ионов ме­ талла в электролит—грунт (разрушение протектора), в то время как на катоде происходит разряд этих ионов, и коррозионного разрушения тру­ бопровода в грунте не происходит.

Протекторную защиту можно осуществить одиночными и групповыми установками (рис. 101). Тип и схему расположения протекторов выби­ рают в соответствии с местными условиями сооружаемого объекта. Груп­ повые протекторные установки обладают рядом преимуществ по сравне­ нию с одиночными: удобство контроля, меньшая стоимость строительно­ монтажных работ, более широкий диапазон действия протекторов, про­ стота эксплуатации.

Устанавливают протекторы в грунт в скважинах, заполненных акти­ ватором так, чтобы протектор был покрыт активатором со всех сторон. Активатор представляет собой тестообразную массу, состоящую из смеси

сернокислых солей магния, натрия и кальция (MgS04 *7Н20; Na2S04X Х10Н2О и CaS04 *2Н20 ), сухой глины и воды в определенном соотно­ шении в зависимости от условий применения и материала протектора.

Протекторы подразделяют на литые длиной до 1,5 м и протяженные длиной более 10 м. Протяженный протектор представляет собой биметал­ лический пруток, состоящий из оболочки (магниевый сплав) и стально­ го оцинкованного контактного стержня, проходящего по центру прутка. Протяженные магниевые протекторы типа ПМТ применяют для защиты трубопроводов.

Для подземных условий работы выпускают комплектные литые

321

Рис.101. Схема электрической протекторной защиты трубопровода:

а — групповые протекторы; б — одиночные протекторы; 1 — контрольно-изме­ рительный пункт; 2 — трубопровод; 3 — протектор; 4 — активатор; 5 — про­ водник

протекторы, представляющие собой литые магниевые аноды типов ПМ5, ПМ10, ПМ20, помещенные вместе с порошкообразным активатором в хлопчатобумажные мешки (рис. 102). Для анодов типов ПМ5, ПМ10, ПМ20 соответственно: условный диаметр - 95, 123 и 131 мм; длина — 500, 600 и 610 мм; масса —5, 10 и 20 кг. Для протекторов типов ПМ5У, ПМ10У, ПМ20У соответственно: диаметр — 165, 200 и 270 мм; длина — 580, 700 и 710 мм; масса —16, 30 и 60 кг.

Теоретическую токоотдачу протекторов принимают равной 2330А *ч/ /кг. Коэффициент полезного действия протекторов из магниевого сплава марки МП1 составляет 0,65, а из магниевого сплава марки МП2 —0,6. Удельное электрическое сопротивление активатора протекторов равно 1,6 Ом • м. Стационарный потенциал протекторов относительно медно­ сульфатного электрода сравнения принимают равным 1,6 В.

Рис. 102. Комплектный магниевый протектор:

1 — изолированный проводник марки ВРГ; 2 — активатор;

3 — магниевый анод; 4 —хлопчатобумажный мешок

322

Протекторы можно изготовлять из любого металла, обладающего более отрицательным потенциалом, чем защищаемый материал. Но по эко­ номическим и техническим соображениям наиболее пригодными являют­ ся магний, алюминий, цинк и их сплавы. В сплавы иногда вводят мар­ ганец, кальций (в небольших количествах). Металл протектора должен характеризоваться определенным электрическим сопротивлением, а также удельным током, получаемым в единицу времени с единицы массы про­ тектора при полном его растворении). 1оэтому важная характеристика металла — его электрохимический эквивалент. Эффективность работы протектора зависит от внутреннего электрического сопротивления цепи ’’защищаемая конструкция —протектор” В связи с этим материал не дол­ жен покрываться слоем малоэлектропроводных оксидов, образующихся в результате его растворения. Поэтому наибольшее распространение для электрической защиты трубопроводов от коррозии получили протек­ торы их магниевых сплавов.

В магниевых сплавах легирующие добавки — алюминий, цинк и марганец, растворяющиеся в магнии. Растворимость различных элементов в магнии изменяется в зависимости от температуры, что позволяет при­ менять для этих сплавов термообработку, состоящую в закалке с после­ дующим старением, но у них не происходит большого изменения свойств, как у алюминиевых сплавов. Алюминий и цинк вводят в промышленные сплавы магния для упрочнения, а марганец —для повышения коррозион­ ной стойкости и измельчения зерна. Кроме того, в сплав магния вводят и другие элементы, обычно в сотых долях процента, например, цинк и редкоземельные материалы (РЗМ) для измельчения зерна и улучшения механических свойств, главным образом пластичности; бериллий для уменьшения склонности к воспламенению при разливке.

Сплавы магния подразделяют на деформируемые марки МА и литей­ ные марки МЛ. Для изготовления протекторов применяют литейные магниевые сплавы. Наиболее простой —литейный сплав МЛ-2 (с добавкой марганца 1—2 %). Он обладает высокой коррозионной стойкостью. Зна­ чительно лучшие технологические и механические свойства имеют сплавы МЛ-4 (90,5 % Mg, 6 % А1, 3 % Zn и 0,5 % Мп) и МЛ-5 (92,1-89,1 % Mg, 7,5-9,3 % А1, 0,2-0,8 % Zn, 0,2-0,8 % Мп). Отрицательный потенциал их равен 1,5-1,6 В.

Цинк —один из первых материалов, использующийся для протектор­ ной защиты. Цинк —металл с низкими температурами плавления (419JC)

тропических превращений этот металл не имеет. Цинк применяют в про­ мышленности для горячего и гальванического оцинкования стальных ли­ стов, изготовления гальванических элементов и других целей. Цинк ис­ пользуют также как добавку в разные сплавы. В зависимости от чистоты цинк подразделяют на марки: ЦВ (99,99 % Zn), ЦО (99,96 % Zn); Ц1

323

(99,94 % Zn), Ц2 (99,9 % Zn), ЦЗ (98,7 % Zn) и Ц4 (97,5 '% Zn). Ос­ новные примеси в техническом цинке —железо, кадмий и некоторые дру­ гие элементы. Для изготовления протектора применяли обычно цинк вы­ сокой чистоты, например ЦО. Так как цинк имеет невысокий электрохи­ мический эквивалент (820А*ч/кг), цинковые протекторы, вытеснили магниевые.

Алюминий в качестве анодов для протекторной защиты распростране­ ния пока не получил, так как он обладает склонностью выпрямлять пере­ менный блуждающий ток в почвах, содержащих сульфат кальция. Но в почвах с высокой коррозионной активностью грунтов, где магниевые протекторы имеют небольшой срок службы (например, в солончаковых грунтах), протекторы из сплавов алюминия весьма перспективны благо­ даря высокой коррозионной стойкости и, следовательно, большему сроку службы.

Материал для анодного заземления

Применяемые для электрической защиты магистральных трубопроводов катодные станции обязательно заземляют с помощью электродов анод­ ного заземления (заземлителей). Анодное заземление во время работы катодной станции находится под положительным потенциалом по отно­ шению к окружающей среде, в связи с этим процессы электролиза при­ водят к довольно быстрому разрушению материала заземлителей. В за­ висимости от характера окружающей среды (почвы, воды) ток 1А, сте­ кающий с анодного заземления, разрушает в год до 10 кг стали, 5 —10 кг

чугуна.

В качестве электродов анодного заземления катодных станций применяют сталь, железокремний, графит и графитопласт в коксовой за­ сыпке и без нее. Сталь можно использовать и в коксобетоне.

Анодные заземления (заземлители) подразделяют по конструктив­ ному исполнению и глубине заложения на следующие группы:

подпочвенное анодное заземление, которое устанавливают в грунтах с глубиной погружения до 10 м ниже поверхности земли с горизонталь­ ным, вертикальным и комбинированным расположением электродов;

глубинное анодное заземление, которое устанавливают в специально пробуренные скважины (например, свайные анодные заземления и ис­ пользуемые в качестве анодного заземления обсадные колонны скважин, глубинные заземления с выходом рабочей части на поверхность земли, свайные заземления с выходом торца на поверхность) ;

орошаемое анодное заземление — подпочвенное глубинное заземле­ ние, которое устанавливают в засушливых местностях, пустынях и без­ водных степях. Они имеют устройства для увлажнения грунта, что приво­ дит к снижению его сопротивления растеканию.

324

В качестве протяженных горизонтальных анодных заземлений ка­ тодных станций можно использовать бросовые подземные стальные со­ оружения, а также ликвидированные скважины (как глубинные анодные заземления).

Подпочвенное анодное заземление сооружают из отдельных электро­ дов, устанавливаемых вертикально в грунт и соединяемых в общий кон­ тур. К катодной станции их подключают изолированным кабелем. Вер­ тикальное подпочвенное анодное заземление выполняют однорядным, многорядным и в виде сложных фигур в зависимости от местных усло­ вий. Наиболее распространено для обычных условий средней полосы

СССР подпочвенное заземление катодных станций с горизонтальным расположением электродов. При их сооружении применяют те же меха­ низмы, что и при сооружении газонефтепроводов.

При выборе материала для анодного заземления учитывают расчет­ ную среднюю силу тока и падение напряжения в цепи катодной станции, гидрогеологические условия грунта в месте размещения заземления (удельное сопротивление грунта, влажность, глубину промерзания); плотность застройки территории, где будет сооружаться катодная стан­ ция и другие особенности (табл. 48).

Глубинные анодные заземления используют в тех местных условиях, в которых установка подпочвенных анодных заземлений не обеспечивает необходимую эффективность защиты.

Т а б л и ц а 48. Условия применения различных материалов для электродов анодных заземлений катодных станций

325

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Болот ов А .С . Перспективы применения электросварных труб из экономно­ легированных сталей.- Строительство трубопроводов. 1984, № 9.

2. Б о р т н и ко в В .Г Основы технологии переработки пластических масс. Л., Химия, 1983.

3.В и н о г р ад о в А . Г Трубное производство. М., Металлургия, 1981.

4.В озм о ж но ст и комплексной теплоизоляции и защиты трубопроводов от кор­

розии / А.М. Зиневич, А.Е. Туликов, Г.А. Булатов и д р .- Строительство трубопро­ водов. 1985, № 9.

5. Г у л я е в А .П . Металловедение. М., Металлургия, 1986.

6. Г у р е в и ч Д .Ф . и Ш п а к о в О .Н . Справочник конструктора трубопроводной ар­ матуры, Л., Машиностроение, 1987.

9. Г у р е в и ч Д .Ф . Трубопроводная арматура. Л., Машиностроение, 1981.

10. З и н е в и ч А .М ., П р о к о ф ь е в В .И ., М ен т ю ков В .П . Технология и организация строительства магистральных трубопроводов больших диаметров. М., Недра, 1979.

11. Защита металлических сооружений от подземной коррозии /И.В. Стрижевский, М.М. Зиневич, К.К. Никольский и др. М., Недра, 1981.

12. К о л ч и н с к и й Ю .Л . Изготовление и монтаж технологических трубопроводов из неметаллических материалов. М., Стройиздат, 1985.

13. К о в а л е в Е .П . Комплексы специальной техники для сооружения магист­ ральных и промысловых трубопроводов.- Строительство трубопроводов. 1984, №4.

нопластов для теплоизоляции трубопроводов.- Строительство трубопроводов.

ла, 1982.

21. П и к е р н г Ф. Металловедение и разработка сталей. М., Металлургия, 1982. 22. П о п о в с к и й Б . В . , ., Д и к у н В .Н . Изготовление и монтаж крупногабаритных

листовых конструкций. М., Стройиздат, 1983.

23. П роизводст во труб. Под редакцией И.П. Потапова. М., Металлургия, 1980. 24. Р о м е й к о В .С ., В о л о д и н В .М . Эффективность производства и применения

неметаллических труб в строительстве. М., Стройиздат, 1980.

25.С к а к у н о в М .Т . Сферические резервуары. М., Стройиздат, 1986.

26.С к у г о р о в а Л . П . . Металловедение и трубопроводостроительные материалы. М., Недра, 1987.

328