Jaký proud se používá při katodické ochraně potrubí?

Při uložení izolovaného potrubí do výkopu a jeho následném zasypání může dojít k poškození izolačního povlaku a během provozu potrubí k jeho postupnému stárnutí (ztrácí své dielektrické vlastnosti, voděodolnost, přilnavost). Pro všechny způsoby instalace, kromě nadzemních, proto potrubí podléhá komplexní ochraně proti korozi ochrannými nátěry a prostředky elektrochemické ochrany (ECP) bez ohledu na korozní aktivitu zeminy.

Prostředky ECP zahrnují katodickou, obětní a elektrickou odvodňovací ochranu.

Ochrana proti korozi půdy se provádí katodickou polarizací potrubí. Pokud se katodická polarizace provádí pomocí externího zdroje stejnosměrného proudu, pak se taková ochrana nazývá katodická, ale pokud se polarizace provádí připojením chráněného potrubí ke kovu, který má zápornější potenciál, pak se taková ochrana nazývá obětní.

Katodická ochrana

Schematický diagram katodové ochrany je znázorněn na obrázku.

Zdrojem stejnosměrného proudu je stanice katodické ochrany 3, kde se pomocí usměrňovačů přeměňuje střídavý proud z podélného vedení 1, vstupující přes transformátorový bod 2, na stejnosměrný proud.

Záporný pól zdroje je připojen k chráněnému potrubí 4 propojovacím vodičem 6 a kladný pól je připojen k anodovému uzemnění 5. Při zapnutí zdroje proudu je elektrický obvod uzavřen přes půdní elektrolyt.

Schematické schéma katodové ochrany

1 – elektrické vedení; 2 – transformátorový bod; 3 — stanice katodové ochrany; 4 – spojovací vodič; 5 – anodické uzemnění; 6 – potrubí

Princip činnosti katodové ochrany je následující. Vlivem aplikovaného elektrického pole zdroje začíná pohyb polovolných valenčních elektronů ve směru „anoda uzemnění – zdroj proudu – chráněná struktura“. Atomy anodového uzemňovacího kovu při ztrátě elektronů přecházejí ve formě atomů iontů do roztoku elektrolytu, tzn. anodické uzemnění je zničeno. Atomy iontů podléhají hydrataci a jsou odstraněny do hloubky roztoku. U chráněné struktury je vlivem provozu zdroje stejnosměrného proudu pozorován přebytek volných elektronů, tzn. jsou vytvořeny podmínky pro výskyt kyslíkových a vodíkových depolarizačních reakcí charakteristických pro katodu.

Podzemní komunikace ropných skladů jsou chráněny katodovými instalacemi s různými typy anodického uzemnění. Požadovaná síla ochranného proudu katodové instalace je určena vzorcem

kde j₃ — požadovaná hodnota hustoty ochranného proudu; F₃ — celková styčná plocha podzemních staveb se zemí; NA — koeficient expozice komunikací, jehož hodnota se určuje v závislosti na přechodovém odporu izolačního povlaku R_Nep a půdní elektrický odpor p_г podle harmonogramu znázorněného na obrázku níže.

ČTĚTE VÍCE

Mohu použít indukční vařič, pokud je prasklý?

Požadovaná hodnota hustoty ochranného proudu se volí v závislosti na vlastnostech půdy v místě skladu ropy podle níže uvedené tabulky.

Ochranná ochrana

Princip činnosti ochrany běhounu je podobný jako u galvanického článku.

Dvě elektrody: potrubí 1 a chránič 2, vyrobené z elektronegativnějšího kovu než je ocel, jsou spuštěny do půdního elektrolytu a spojeny drátem 3. Protože materiál chrániče je elektronegativnější, dochází vlivem rozdílu potenciálů k usměrněnému pohybu elektronů dochází z chrániče do potrubí podél vodiče 3. Zároveň iontové atomy materiálu chrániče přecházejí do roztoku, což vede k jeho destrukci. Síla proudu je řízena pomocí kontrolního a měřícího sloupce 4.

Závislost koeficientů expozice podzemního potrubí na přechodovém odporu izolačního povlaku pro rezistivitu zeminy, Ohm-m

1 – 100; 2 – 50; 3-30; 4-10; 5 – 5

Závislost hustoty ochranného proudu na vlastnostech půdy

Mokrá jílovitá půda:

– smíchaný s pískem

Mokrá rašelina (pH <8)

Suchá jílovitá půda

Schematické schéma ochrany běhounu

1 – potrubí; 2 — ochránce; 3 – spojovací vodič; 4 – kontrolní a měřící sloup

Stále tedy dochází k destrukci kovu. Ale ne potrubí, ale chránič.

Teoreticky lze k ochraně ocelových konstrukcí před korozí použít všechny kovy umístěné v elektrochemické řadě napětí vlevo od železa, protože jsou elektronegativnější. V praxi jsou chrániče vyráběny pouze z materiálů, které splňují následující požadavky:

potenciální rozdíl mezi materiálem běhounu a železem (ocelí) by měl být co největší;
proud získaný elektrochemickým rozpouštěním jednotky hmotnosti chrániče (proudový výkon) musí být maximální;
poměr hmotnosti běhounu k vytvoření ochranného proudu k celkové ztrátě hmotnosti běhounu (faktor využití) by měl být největší.

Tyto požadavky nejlépe splňují slitiny na bázi hořčíku, zinku a hliníku.

Ochrana běhounu je prováděna koncentrovanými a prodlouženými chrániči. V prvním případě by elektrický odpor půdy neměl být větší než 50 Ohm-m, ve druhém – ne více než 500 Ohm-m.

Elektrická drenážní ochrana potrubí

Způsob ochrany potrubí před zničením bludnými proudy, zajišťující jejich odstranění (odvodnění) z chráněné konstrukce do konstrukce, která je zdrojem bludných proudů nebo speciálního uzemnění, se nazývá elektrická drenážní ochrana.

Používá se přímá, polarizovaná a zesílená drenáž.

Schémata elektrického odvodňovacího jištění

a – přímá drenáž; b – polarizovaná drenáž; c – zvýšená drenáž

Přímá elektrická drenáž je drenážní zařízení s oboustrannou vodivostí. Přímý elektrický drenážní obvod obsahuje: reostat K, spínač K, pojistku Pr a signální relé C. Síla proudu v okruhu potrubí-kolejka* je regulována reostatem. Pokud hodnota proudu překročí přípustnou hodnotu, pojistka vyhoří a vinutím relé bude protékat proud, který po zapnutí zapne zvukový nebo světelný signál.

ČTĚTE VÍCE

Jakou konzistenci by měla mít malta pro pokládku cihel?

Přímé elektrické odvodnění se používá v případech, kdy je potenciál potrubí trvale vyšší než potenciál železniční sítě, kde dochází k vybíjení bludných proudů. V opačném případě se drenáž změní na kanál pro bludné proudy, které proudí do potrubí.

Polarizovaná elektrická drenáž je drenážní zařízení, které má jednosměrnou vodivost. Polarizovaná drenáž se od přímé drenáže liší přítomností jednosměrného vodivého prvku (ventilového prvku) VE. U polarizované drenáže proud teče pouze z potrubí do kolejnice, což eliminuje tok bludných proudů do potrubí drenážním drátem.

Zesílená drenáž se používá v případech, kdy je potřeba z potrubí nejen odstranit bludné proudy, ale zajistit na něm požadovaný ochranný potenciál. Rozšířená drenáž je konvenční katodová stanice, připojená záporným pólem k chráněné konstrukci a kladným pólem nikoli k uzemnění anody, ale ke kolejnicím elektrifikované dopravy.

Díky tomuto schématu zapojení je zajištěno: za prvé polarizovaná drenáž (kvůli provozu ventilových prvků v okruhu SCP) a za druhé katodová stanice udržuje potřebný ochranný potenciál potrubí.

Po uvedení potrubí do provozu se upraví provozní parametry systému protikorozní ochrany. V případě potřeby lze s přihlédnutím ke skutečnému stavu uvést do provozu další stanice katodové a odvodňovací ochrany, jakož i instalace chráničů.

Potrubí

Stanice katodové ochrany vyvíjím více než 15 let. Požadavky na stanice jsou jasně formalizovány. Jsou určité parametry, které je třeba zajistit. A znalost teorie protikorozní ochrany není vůbec nutná. Mnohem důležitější je znalost elektroniky, programování a principů navrhování elektronických zařízení.

Po vytvoření této stránky jsem nepochyboval, že se tam jednoho dne objeví sekce katodické ochrany. V něm budu psát o tom, co dobře vím, o stanicích katodové ochrany. Ale nějak nemohu zvednout ruku, abych napsal o stanicích, aniž bych alespoň krátce nemluvil o teorii elektrochemické ochrany. Pokusím se o takto složitém konceptu mluvit co nejjednodušeji, pro laiky.

Historie vývoje katodické ochrany je natolik zajímavou kapitolou, že jsem ji uvedl v samostatném článku. Nemá to praktický význam. Jen se divím.

Abyste se chránili před korozí, musíte pochopit, co je koroze a jaký je její původ.

elektrochemická koroze.

Korozi lze definovat jako reakci materiálu s okolním prostředím, která v něm způsobuje znatelné změny.

ČTĚTE VÍCE

Jaký je rozdíl mezi homogenním a heterogenním linoleem?

Změna je vágní pojem. Proto existuje koncept poškození korozí, jehož hlavními příznaky jsou narušení fungování předmětu, například zničení stejné kovové trubky. Ne všechny reakce vedou k poškození. Pokud potrubí zhnědne nebo zezelená, ale neprosakuje, nebude to považováno za poškození korozí.

Materiály a prostředí se liší. Také reakce mezi nimi jsou různé. Koroze může být založena na čistě chemických reakcích. Ale je nepravděpodobné, že by někoho zajímala koroze bismutu v roztoku dihydrogenfosforečnanu sodného. Mnohem důležitější je vědět o korozi železné trubky zakopané v zemi.

Koroze kovových materiálů ve vodném prostředí je tedy v praktickém zájmu, tzn. elektrochemická koroze. Je založen na reakcích elektrochemické povahy.

Jako dítě jsem byl zvídavý kluk. Prováděl jsem pokusy s galvanickým nanášením mědi na železné předměty, což mé spolužáky překvapilo. Ještě víc jsem je ale ohromil, když jsem si do školy přinesl žiletku s nápisem proříznutým. Efekt jsem umocnil tím, že jsem to udělal laserem. Čepel jsem samozřejmě jednoduše natřel lakem, jehlou vyškrábal nápis, vložil do plechovky se solným roztokem, zapojil elektrický proud a trochu počkal. Nyní chápu, že mé zážitky z dětství byly ilustrací toho, jak dochází k elektrochemické korozi a jak se proti ní chránit. (Příběh o mých zážitcích z dětství není fikce, ale čistá pravda.)

Předměty elektrochemického korozního procesu jsou tedy:

médium – roztok elektrolytu (půda je vždy vlhká, jedná se tedy také o roztok elektrolytu);
rozhraní střední kov;
kovu.

Všechny tyto předměty jsou schopny vést elektrický proud a mají dobrou elektrickou vodivost. Roztok elektrolytu obsahuje anionty a kationty. Vytvářejí elektrický proud. Proud protéká sekcí roztoku kov-elektrolyt. Vlivem tohoto proudu dochází na rozhraní k elektrochemické reakci, kterou lze ovlivnit i vnějšími proudy. Mohou ovlivňovat různě, jak korozi zvyšují, tak ji zpomalují.

Elektrochemická koroze

Vlivem proudu vzniká na hranici potenciálový rozdíl. Nelze to změřit. Proto se měří potenciál speciální referenční elektrody. Jde o jakýsi souhrnný indikátor elektrochemické reakce.

Fyzikální vysvětlení elektrochemické koroze vypadá takto. Kov obsahuje ionty železa (kladně nabité) a elektrony (záporně nabité). Obě složky reagují s roztokem elektrolytu.

Při kladném proudu přechází kov do roztoku, což je spojeno s průchodem iontů a způsobuje ztrátu kovové hmoty (rozpouštění kovu).
Při záporném proudu procházejí elektrony do roztoku a děje se tak bez ztráty kovové hmoty.

ČTĚTE VÍCE

Dají se plastové lahve na vodu znovu použít?

V prvním případě probíhají anodické a ve druhém případě katodové elektrochemické reakce. Anodická reakce (rozpouštění kovu) způsobuje korozi. Katodická reakce je reverzní proces koroze a používá se při galvanickém pokovování pro nanášení galvanických povlaků.

Princip činnosti katodové ochrany.

Je jasné, že pro ochranu předmětu před korozí je nutné vyvolat katodickou reakci a zabránit anodické reakci. Toho lze dosáhnout umělým vytvořením negativního potenciálu na chráněném objektu.

K tomu je nutné umístit anodové elektrody do prostředí (půdy) a připojit externí zdroj proudu: minus k chráněnému objektu, plus k anodovým elektrodám. Proud bude protékat obvodem anodová elektroda – půdní elektrolyt – předmět ochrany proti korozi.

Katodická ochrana proti korozi

Z hlediska galvanických procesů bude kovovým předmětem katoda a přídavnou elektrodou anoda.

Tím se zastaví koroze předmětu. Zničí se pouze anodová elektroda. Říká se tomu anodové uzemnění. Anodové elektrody jsou vyrobeny z inertního materiálu a jsou pravidelně měněny.

Stanice katodové ochrany.

Proud pro katodickou ochranu je generován speciálním zařízením – stanicí katodické ochrany.

V podstatě se jedná o sekundární zdroj energie, specializovaný napájecí zdroj. Tito. stanice je připojena k napájení (obvykle ~ 220 V) a generuje elektrický proud o zadaných parametrech.

Zde je příklad schématu systému elektrochemické ochrany podzemního plynovodu pomocí stanice katodové ochrany IST-1000.

Katodická ochrana plynovodů

Stanice katodové ochrany je instalována na povrchu země v blízkosti plynovodu. Protože Pokud je stanice provozována venku, musí mít IP34 nebo vyšší. Tento příklad používá moderní stanici s GSM telemetrickým ovladačem a funkcí potenciální stabilizace.

V zásadě jsou stanice katodové ochrany velmi odlišné. Mohou být transformátorové nebo invertorové. Mohou být zdroji proudu a napětí, mají různé režimy stabilizace a různé funkce.

Stanice z minulosti byly obrovské transformátory s tyristorovými regulátory. Moderní stanice jsou invertorové převodníky s mikroprocesorovým řízením a GSM telemechanikou.

Výstupní výkon zařízení katodové ochrany se obvykle pohybuje v rozmezí 1 – 3 kW, může však dosáhnout až 10 kW. Samostatný článek je věnován stanicím katodové ochrany a jejich parametrům.

Zátěž pro zařízení katodové ochrany je elektrický obvod: anodické uzemnění – půda – izolace kovového předmětu. Požadavky na výstupní energetické parametry stanic jsou proto v první řadě určeny: