Максимальные защитные потенциалы

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ.

Под коррозией металлических трубопроводов понимается самопроизвольное разрушение их под действием различных факторов химического или электрохимического характера, определяемых окружающей трубопровод средой, которая может быть газообразной, жидкой или твёрдой.

В настоящее время применяют комплексный метод защиты трубопроводов от коррозии, включающий пассивную защиту изоляционными покрытиями и активную электрохимическую защиту: катодную, протекторную и дренажную.

Расчёт основных параметров катодной защиты.

Защита магистральных трубопроводов от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией поверхности трубы установками катодной защиты (автоматическими и неавтоматическими).

Для расчёта установок катодной защиты необходимо при проведении электрометрических работ получить данные об удельном электрическом сопротивлении грунта в поле токов катодной защиты, а также в месте установки анодного заземления, иметь данные по характеристике трубопровода, виду изоляционного покрытия и наличию источников электроснабжения.

Основными параметрами установки катодной защиты являются, сила тока и длина защитной зоны, в зависимости от которых принимаются мощность установки, тип и число анодных заземлителей, длина дренажных линий.

При катодной защите трубопроводов различают три значения потенциала:

- естественный (стационарный) потенциал Е_естсуществующий до включения защиты;

- наложенный (расчётный) потенциал Е_min₍_max₎дополнительно накладываемый на сооружение в результате действия защиты;

- защитный (общий) потенциал сооружения, установившийся после подключения защиты.

Минимальные защитные потенциалы.

Условия прокладки и эксплуатация трубопроводов	Минимальный защитный потенциал относительно насыщенного медносульфатного электрода сравнения, В
Поляризационный	С омической составляющей
Грунты с удельным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом·м или содержанием водорастворимых солей не более 1 г на 1 кг грунта или при температуре транспортируемого продукта не более 293 °К	- 0,85	- 0,90
Грунты с удельным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом·м или содержанием водорастворимых солей более 1 г на 1 кг грунта, или опасном влиянии блуждающих токов промышленной частоты (50Гц) и постоянных токов, или при возможности микробиологической коррозии, или при температуре транспортируемого продукта более 293 °К	- 0,95	- 1,05

Примечания

1. Для трубопроводов, температура транспортируемого продукта которых не более 278 °К (5 °С), минимальный поляризационный защитный потенциал равен минус 0,80В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения.

2. Минимальный защитный потенциал с омической составляющей при температуре транспортируемого продукта от 323 °К (50 °С) до 343 °К (70 °С) – минус 1,10В; от 343°К (70 °С) до 373 °К (100 °С) – минус 1,15В.

3. Для грунтов с высоким удельным сопротивлением (более 100 Ом·м) значения минимального потенциала с омической составляющей должны быть определены экспериментально.

Максимальные защитные потенциалы

Условия прокладки и эксплуатация трубопроводов	Минимальный защитный потенциал относительно насыщенного медносульфатного электрода сравнения, В
Поляризационный	С омической составляющей
При прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 °К в грунтах с удельным электрическим сопротивлением менее 10 Ом·м или при подводной прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 °К	-1,10	-1,50
При других условиях прокладки трубопроводов
с битумной изоляцией	-1,15	-2,50
с полимерной изоляцией	-1,15	-3,50

Примечания

1. Для трубопроводов из упрочнённых сталей с пределом прочности 0,6 МПа (6кгс/см²) и более не допускаются поляризационные потенциалы более отрицательные, чем минус 1,10В.

2. В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением (более 100 Ом·м) допускаются более отрицательные потенциалы с омической составляющей, установленные экспериментально.

Многочисленными измерениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от -0,23 до -0,72В. Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать Е_ест=-0,55В по медно-сульфатному электроду сравнения (по МСЭ).

Сведения о величинах минимального и максимального защитных потенциалов (по ГОСТ Р51164-98) приведены в таблицах.

На всех вновь построенных и реконструируемых трубопроводах должны быть обеспечены только поляризационные потенциалы (без омической составляющей).

Если трубопровод повреждён коррозией (более 10% толщины стенки), то минимальный защитный потенциал должен быть на 0,05В отрицательнее значений, указанных в таблице.

Величина наложенного (минимального или максимального) потенциала находится как разница между соответствующим защитным потенциалом и естественным потенциалом.

Среднее значение удельного сопротивления грунтов

где

ρ_г – удельные сопротивления грунтов на отдельных участках, Ом·м;

l_i – протяжённость участков; L_общ= - общая протяжённость проектируемого трубопровода.

При катодной защите магистральных трубопроводов величина наложенного потенциала изменяется от максимально возможного значения Е_max в точке подключения станции катодной защиты (СКЗ) до минимального допустимого значения Е_min на границе зон действия смежных СКЗ.

В случае использования однотипных СКЗ расстояние между ними можно определить как:

где

α – постоянная распределения потенциалов и токов вдоль защищаемого сооружения; К_в – коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ; Θ – расчётный параметр, равный

где ρ_г_ср– среднее удельное электросопротивление грунта; Z_k – входное сопротивление изолированного трубопровода на конец нормативного срока службы; у – удаление анодного заземления от трубопровода.

Необходимое число СКЗ составляет:

Величина постоянной распределения потенциалов и токов вдоль трубопровода определяется как:

, где

R_Т – продольное сопротивление трубопровода, равное:

; где

ρ_Т – удельное электросопротивление трубной стали, в среднем ρ_Т=0,245 Ом·мм²/м; D_н – наружный диаметр; δ – толщина стенки трубопровода; R_из(τ_нс) – сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ, равное

, где

R_пн – переходное сопротивление «трубопровод-грунт» в начале эксплуатации, Ом·м²; β – показатель скорости старения изоляционного покрытия, 1/год; τ_нс=9,5 лет – нормативный срок службы СКЗ.

Среднее сопротивление единицы длины изоляции за нормативный срок службы составляет:

Коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ:

, а

Входное сопротивление изолированного трубопровода определяется на конец нормативного срока службы

и в среднем за период эксплуатации СКЗ