Защита газопроводов от коррозии, виды коррозии. Пассивные и активные способы защиты газопроводов от коррозии. Проверка качества изоляции.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 15Следующая ⇒

Защита газопроводов от коррозии разделяется на изолирование трубопроводов от прилегающих грунтов и ограничение проникновения через изоляционное покрытие блуждающих токов в трубопровод (пассивная защита), а также на создание защитного потенциала на трубопроводе по отношению к окружающей среде (электрохимическая защита).

Для снижения интенсивности влияния переменного тока на стальные газопроводы необходимо располагать строящиеся газопроводы на расстоянии более 500 м от полосы отвода электрофицированной переменным током железной дороги, устранять или ограничивать утечку тока с рельсовых путей, заземлять опасные участки газопроводов путем устройства контура заземления, в зонах блуждающих токов укладывать газопроводы в коллекторах, туннелях и каналах, устанавливать оборудование дренажной защиты для катодной поляризации путем, отвода блуждающих токов от защищаемого газопровода к источнику этих токов, устраивать катодную защиту (катодная поляризация с помощью внешнего источника тока), применять протекторные установки.

Магистральные газопроводы (подземные и надземные) изолируют покрытием нормального и усиленного типов. Покрытия усиленного типа выполняют на газопроводах диаметром 1000 мм и более в соответствии с требованиями СНиП II-45-75.

Газопроводы, прокладываемые в городах к других населенных пунктах, изолируют покрытием нормального, усиленного и весьма усиленного типов согласно СНиП II-37-76 и Инструкции по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии.

Переходы газопроводов через водные преграды, заболоченные места, затапливаемые поймы рек, места бывших свалок мусора, шлака, стоков от фабрик и заводов, под железными дорогами, трамвайными путями и автомагистралями должны иметь весьма усиленную изоляцию, а при необходимости также катодную поляризацию.

Футляры газопроводов, прокладываемые методом прокола (продавливания), изолируют специальной мастикой на основе эпоксидных смол.

Противокоррозионные покрытия подземных газопроводов должны отвечать требованиям СНиП П-37-76 и Инструкции по защите трубопроводов от коррозии: иметь достаточную механическую прочность, пластичность и хорошую прилипаемости к металлу труб; не подвергаться разрушению от биологического воздействия; не содержать компонентов, вызывающих коррозию металла труб, обладать диэлектрическими свойствами. На все материалы, применяемые для изоляции газопроводов, должны иметься сертификаты или другие документы, подтверждающие их качество.

В качестве защитных покрытий применяют битумно-полимерные, битумно-мнеральные, из полимерных материалов, эмаль-этинолевые, цементно-торкретированные,

Для повышения механической прочности покрытий из, битумных мастик применяются армирующие слои рулонных материалов. В качестве армирующей обмотки используют бризол средней прочности (Бр-С) и бризол повышенной прочности (Бр-П), стекловолокнистые холсты ВВ-Г и ВВ-К.

В зависимости от состава газа, материала трубопровода, условий прокладки и физико-механических свойств грунта газопроводы подвержены в той или иной степени внутренней и внешней коррозии. Коррозия внутренних поверхностей труб в основном зависит от свойств газа. Она обусловлена повышенным содержанием в газе кислорода, влаги, сероводорода, и других агрессивных соединений. Борьба с внутренней коррозией сводится к удалению из газа агрессивных соединений, т. е. к хорошей его очистке.

Значительно большие трудности представляет борьба с коррозией внешних поверхностей труб, уложенных в грунт, т. е. с почвенной коррозией. Почвенную коррозию по своей природе разделяют на химическую, электрохимическую и электрическую (коррозию блуждающими токами).

Химическая коррозия возникает от действия на металл различных газов и жидких неэлектролитов. Она не сопровождается превращением химической энергии в электрическую. При действии на металл химических соединений на его поверхности образуется пленка, состоящая из продуктов коррозии. Если образующаяся пленка не растворяется, имеет достаточную плотность и эластичность, а также хорошо сцеплена с металлом, то коррозия будет замедляться и при определенной толщине пленки может прекратиться. Химическая коррозия является сплошной коррозией, при которой толщина стенки трубы уменьшается равномерно. Такой процесс является менее опасным с точки зрения сквозного повреждния труб.

Коррозия металла в грунте имеет преимущественно электрохимическую природу. Электрохимическая коррозия является результатом взаимодействия металла, который выполняет роль электродов, с агрессивными растворами грунта, выполняющими роль электролита. Процесс электрохимической коррозии схематично представлен на рис. 4.13. Металл, обладая определенной упругостью растворения, при соприкосновении с грунтом посылает в него свои положительно заряженные ионы. Электроны остаются в металле, и он приобретает отрицательный потенциал, а грунт (электролит) заряжается положительно, так как в нем накапливаются положительные ионы. В силу физико-химической неоднородности металла и грунта вблизи участков, где протекает процесс растворения металла (т. е. обладающих большей упругостью растворения), располагаются участки, характеризующиеся меньшей упругостью растворения. Первые становятся анодными зонами, а вторые — катодными. Катодный участок газопровода приобретает положительный потенциал по отношению к аноду. Электроны перетекают от анода к катоду по металлу трубопровода. В грунте происходит перемещение ионов: катионов (заряженных положительно) — к катоду, анионов (заряженных отрицательно) — к аноду.

Электрохимическая коррозия имеет характер местной коррозии, т. е. такой, когда на газопроводах возникают местные язвы и каверны большой глубины, которые могут, развиваясь, превратиться в сквозные отверстия в стенке трубы. Местная коррозия значительно опаснее сплошной коррозии.

Электрохимическая коррозия возникает также при воздействии на газопровод электрического тока, который движется в грунте. В грунт токи попадают в результате утечек из рельсов электрифицированного транспорта — их называют блуждающими. Коррозию, возникающую под действием блуждающих токов, называют электрической в отличие от электрохимической — гальванокоррозии.

Блуждающие токи, стекая с рельсов в грунт, движутся по направлению к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В местах, где повреждена изоляция, они попадают на газопровод. Вблизи тяговой подстанции токи выходят из газопровода в грунт в виде положительных ионов металла. Начинается электролиз металла. Участки выхода тока из газопровода представляют собой анодные зоны, в которых протекает акгивный процесс электрокоррозии. Зоны входа постоянного тока в газопровод называют катодными. Электрическая коррозия блуждающими токами. во много раз опаснее электрохимической коррозии. В городских условиях это наиболее распространенный вид коррозии.

Коррозионная активность грунта зависит от структуры, влажности,, воздухопроницаемости, наличия солей и кислот, а также от электропроводности. Сухие грунты менее активно воздействуют на металл, чем влажные. С увеличением влажности грунта первоначально увеличивается и его коррозионная активность. Наибольшую активность имеет грунт при влажности 11—13 %. Увеличение влажности свыше 20—24 % приводит к снижению интенсивности коррозии. В водонасыщенных грунтах интенсивность коррозии будет минимальной, если вода, насыщающая грунт, сама не является агрессивной по отношению к металлу. При переменной влажности, когда возникают условия совместного воздействия влаги и кислорода, создается наиболее благоприятная среда для коррозии металла.

Городские грунты, засоренные сточными водами, имеющие разнородную структуру и включения различных предметов, являются коррозионно-активными. Заболоченные участки, торфянистые влажные почвы,, участки грунта, находившиеся под отвалами шлаков, засоленные почвы также являются коррозионноактивными. Чистые пески менее опасны в коррозионном отношении.

При исследовании грунта учесть все указанные факторы весьма сложно, поэтому выбирают такую характеристику, которая в основном отражала бы основные факторы Наиболее важным свойством грунта, поддающимся быстрому и относительно точному определению, является его удельное электрическое сопротивление, которое и рассматривают как основную характеристику его коррозионной активности. Электрическое сопротивление является функцией ряда других характеристик грунта: состава, концентрации растворенных веществ, влажности и.др., поэтому оно связывает воедино ряд главнейших факторов, определяющих коррозионную активность грунта. Как показывает опыт, сопоставление электрометрических характеристик грунта с его коррозионной активностью, установленной осмотром стальных трубопроводов, дает хорошее совпадение результатов (около 80—90%).

Для выявления коррозионного состояния подземного газопровода проводят электрические измерения, основными из которых являются определение потенциала газопровода по отношению к земле, а также направления и величины блуждающего тока, текущего по газопроводу Потенциал газопровода по отношению к земле измеряют высокоомным вольтметром, который присоединяют к газопроводу и заземляющему электроду. При большой разности потенциалов используют стальной электрод, а при разности потенциалов меньше 1 В — неполяризующийся электрод. Участки газопровода, имеющие положительный потенциал по отношению к земле, являются опасными в коррозионном отношении.

Если среднее значение положительного потенциала газопровода по отношению к земле превышает 0, 1 В, но не более 0, 5 В, тогда электрическая защита газопровода должна быть введена в эксплуатацию в первый год после окончания строительства газопровода. Если среднее значение положительного потенциала превышает 0, 5 В, то защита газопровода должна быть сооружена до его сдачи в эксплуатацию, но не позднее чем через 6 мес после окончания строительства газопровода.

1 — ковер; 2 — бетонная подушка под ковер; 3 — трубка; 4 — электрод заземления; 5 — гайки М8 с шайбой; 5 — контрольный проводник

Измерение потенциалов, газопровода относительно земли производят через каждые 200—300 м. Для изме рений используют специальные контрольные пункты (рис. 4.14)

Контрольно-измерительные пункты устанавливают в местах пересечения газопроводов с рельсовыми путями электрифицированного транспорта и в местах перехода газопроводов через водные преграды шириной более 50 м.

Электрическое сопротивление грунта (можно измерять различными методами. Одним из распространенных является способ измерения электрического сопротивления с помощью миллиамперметра и двух электродов, которые читаются от батареи (рис. V.12). Электродные стержни выполняются.из дерева, а их наконечники стальными. Катодный наконечник делается больших размеров для уменьшения влияния поляризации. Наконечники проводами, заделанными внутри электродных стержней, соединяются с батареей. Миллиамперметр имеет две шкалы (на 25 и 100 мА]. При измерении сопротивления наконечники устанавливают на глубине заложения газопровода.

Рис. V.12. Схема измерения удельного сопротивления грунта по методу двух электродов

1 — батарея сухих элементов на 3 В; 2 — миллиамперметр со шкалой 25 и 100 мА; 3 — стальные колпачки на стержнях; 4 — стержень и наконечник катода; 5 — стержень и наконечник анода; 6 — изолированные стальные стержни (8 мм); 7 — изоляция стержней

Удельное сопротивление грунта определяют по формуле

где р — удельное сопротивление грунта; U — э. д. с. батареи; I — сила тока; K — постоянный коэффициент, определяемый в лаборатории для каждого прибора.

Таблица V.3

Классификация коррозионной активности грунтов в зависимости от их удельного электрического сопротивления

Удельное сопротивление грунта в оММ	до 5	от 5 до 10	от 10 до 20	от 20 до 100	более 100
Коррозионная активность грунта	Весьма высокая	Высокая	Повышенная	Средняя	Низкая

Как следует из таблицы, чем выше электрическое сопротивление грунта, тем меньшей коррозионностью он обладает. При исследовании грунта составляют карты его электрического сопротивления. Электрическое сопротивление грунта зависит от времени года. Наименьшее сопротивление грунт имеет весной и осенью в периоды наибольшей влажности. Оценка грунта производится по минимальному годовому электрическому сопротивлению.

Для более полной картины коррозионной активности грунта вдоль трассы газопровода наряду с полевыми методами исследования отбирают пробы грунта для исследования его в лаборатории. Одним из наиболее простых и распространенных лабораторных методов исследования грунта является метод определения коррозионности грунта по потере веса образца. По этому методу пробу грунта помещают в стальной сосуд. В грунт устанавливают трубку, которую изолируют от сосуда. На трубку накладывают положительный потенциал, а на сосуд — отрицательный. Установка находится под действием тока 24 ч, после чего определяют потерю веса трубкой. Чем больше потеря веса, тем большей коррозионной активностью обладает грунт.

б) Активные способы защиты газопроводов от коррозии: электродренажная, катодная, протекторная.

Существующие методы защиты газопроводов от коррозии, можно разделить на две группы: пассивные и активные. Пассивные методы защиты заключаются в изоляции газопровода. К активным относятся электрические методы защиты.

К изоляционным материалам, используемым для защиты газопроводов, предъявляют ряд требований, основные из которых следующие: монолитность покрытия, водонепроницаемость, хорошее прилипание к металлу, химическая стойкость в грунтах, высокая механическая прочность (при переменных температурах), наличие диэлектрических свойств. Изоляционные материалы не должны быть дефицитными.

Наиболее распространенными изоляционными материалами являются битумно-минеральные и битумно-резиновые мастики. В первом случае в качестве заполнителя к битуму добавляют хорошо измельченные доломитизированные или асфальтовые известняки, асбест или обогащенный каолин, во втором — резиновую крошку, изготовленную из амортизированных покрышек. Битумно-резиновая мастика обладает несколько большей прочностью, эластичностью и долговечностью. Для усиления изоляции применяют армирующие обертки из гидроизола, бризола или стекловолокнистого материала. Гидроизол представляет собой толстый лист из асбеста с добавлением 15—20% целлюлозы, пропитанную нефтяным битумом. Бризол готовят на основе битума и дробленой старой вулканизированной резины.

Изоляцию газопровода производят в такой последовательности. Трубку очищают стальными щетками до металлического блеска и протирают. После этого на нее накладывают грунтовку толщиной 0, 1—0, 15 мм. Грунтовка представляет собой нефтяной битум, разведенный в бензине в отношении 1: 2 или 1: 3. Когда грунтовка высохнет, на трубопровод накладывают горячую (160—180°С) битумную эмаль. Эмаль накладывают в несколько слоев в зависимости от требований, предъявляемых к изоляции. Снаружи трубу обертывают крафт-бумагой. В современных условиях все работы по изоляции труб механизируют.

В зависимости от числа нанесенных слоев эмали и усиливающих оберток изоляция бывает следующих типов: нормальная, усиленная и весьма усиленная. Нормальную изоляцию применяют при низкой коррозионной активности грунта, усиленную — при средней, в остальных случаях используют весьма усиленную изоляцию.

Для защиты газопроводов применяют также пластмассовые пленочные материалы (ленты), покрытые подклеивающим слоем. Поливинилхлоридные и полиэтиленовые ленты выпускают толщиной 0, 3—0, 4 мм, шириной 100—500 мм и длиной 100—150 м, намотанные в рулоны. Трубы очищают, покрывают грунтовкой, представляющей собой клей, растворенный в бензине, после чего обертывают изоляционной лентой. Для обертки труб используют специальные машины.

К активным методам защиты относят катодную и протекторную защиту и электрический дренаж. Основным методом защиты газопроводовот блуждающих токов является электрический дренаж. Он заключается в отводе токов, попавших на газопровод, обратно к источнику. Отвод осуществляют через изолированный проводник, соединяющий газопровод с рельсом электрифицированного транспорта или минусовой шиной тяговой подстанции. При отводе тока из газопровода по проводнику прекращается выход ионов металла в грунт и тем самым прекращается электрическая коррозия газопровода. Для отвода тока, как правило, используют поляризованный электродренаж. Он обладает односторонней проводимостью от газопровода к рельсам (минусовой шине). При появлении положительного потенциала на рельсах электрическая цепь дренажа автоматически разрывается.

Рис. 4.15. Электрическая схема поляризованного дренажа

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

Рис. 4.16. Схема катодной защиты

1 — защищаемый газопровод; 2 —источник постоянного тока; 3 —соединительный кабель; 4 — заземлнтель анод

Рис. 4.17. Схема протекторной зашиты,

1 — протектор; 2 — соединительные кабели; 3 — защищаемый газопровод; 4 — контрольный пункт

Схема универсальной поляризованной дренажной установки показана на рис. 4.15. Если газопровод 1 имеет положительный потенциал по отношению к рельсу 13, то электрический ток пойдет через предохранитель на 350 А 2, сопротивление 3, предохранитель на 15 А 4, диод 6, включающую обмотку 9, шунт 10, рубильник 12 и попадает на рельс 13. Если разность потенциалов достигает 1—1, 2 В, то контактор замкнет контакты 7 и 5 и электрический ток потечет по основной дренажной цепи через обмотку 8, а по ответвлению к диоду — через шунтирующие контакты 5. При снижении разности потенциалов до 0, 1 В контакты разомкнутся и дренажная цепь разорвется. При отрицательной разности потенциалов (потенциал рельса больше потенциала трубы) диод 6 тока не пропустит. Все узлы дренажной установки размещают в металлическом шкафу.

Одна дренажная установка может защитить газопровод большой протяженности, измеряемой несколькими километрами.

Для защиты газопроводов от почвенной коррозии применяют катодную защиту. При катодной защите на газопровод накладывают отрицательный потенциал, т. е. переводят весь защищаемый участок газопровода в катодную зону (рис. 4.16). В качестве анодов применяют малорастворимые материалы (чугунные, железокремневые, графитовые), а также отходы черного металла, которые помещают в грунт вблизи газопровода. Отрицательный полюс источника постоянного тока соединяют с газопроводом, а положительный—с анодом. Таким образом, при катодной защите возникает замкнутый контур электрического тока, который течет от положительного полюса источника питания по изолированному кабелю к анодному заземлению, от анодного заземления ток растекается по грунту и попадает на защищаемый газопровод, далее он течет по газопроводу, а от него по изолированному кабелю возвращается к отрицательному полюсу источника питания.

Электрический ток выходит из анода в виде положительных ионов металла, тгоэтому вследствие растворения металла анод постепенно разрушается. Электрический потенциал, накладываемый на газопровод, составляет 1, 2—1, 5 В. В зависимости от качества изоляции одна установка может защищать участок газопровода от 1 до 20 км.

При протекторной защите участок газопровода превращают в катод без постороннего источника тока, а в качестве анода используют металлический стержень, помещаемый в грунт рядом с газопроводом. Между газопроводом и анодом устанавливается электрический контакт. В качестве анода используют металл с более отрицательным потенциалом, чем железо (например, цинк, магний, алюминий и их сплавы). В образованной таким образом гальванической паре корродируется протектор (анод), а газопровод защищается от коррозии. На рис. 4.17 показана принципиальная схема проекторной защиты.

Для исключения возможности электрического контакта газопровода с заземленными конструкциями и коммуникациями потребителей на стояках вводных газопроводов устанавливают изолирующие фланцевые соединения. Их также устанавливают на надземных и надводных переходах газопроводов через препятствия и на вводах (и выводах) газопроводов в ГРС, ГРП и ГРУ. Фланцевые соединения на подземных газопроводах (в колодцах) должны быть зашунтированы постоянными электроперемычками. На изолирующих фланцах электроперемычки должны быть разъемными с размещением контактных соединений вне колодцев. Для защиты надземных газопроводов от атмосферной коррозии на них наносят лакокрасочные покрытия.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒