- Источник пром/напряжения.
- Преобразователь тока (переменный/постоянный).
- Анодный заземлитель (одинарный или комбинированный).
- Соединительные элементы цепи (проводники из металла).
- Вольтметр.
- Контрольный электрод (медно-сульфатный).
- В качестве источника питания могут использоваться как стационарные линии, так и мобильные генераторы.
- Максимальный потенциал защитного поля для трубопроводов, не имеющих специального покрытия, не регламентирован. В остальных случаях (например, если элементы трассы имеют полимерную изоляцию) рассчитывается индивидуально для каждой схемы.
- В зависимости от специфики трубопровода анодные заземлители могут отличаться способом расстановки (распределенные, сосредоточенные) и положением относительно уровня грунта (протяженные, глубинные).
- Материал анода выбирается для конкретной почвы из расчета эксплуатации без замены минимум 15 лет. Этот срок можно искусственно увеличить, если поместить заземлитель в какую-либо среду. Например, в измельченный кокс.
Электрохимическая защита трубопроводов от подземной коррозии. Электрохимическая защита трубопроводов
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ.
Характеристика квартала.
Квартал состоит из трёх трёх секционных, трёх двух секционных и двух трёх секционных пятиэтажных жилых домов. В квартале расположена котельная, которая предназначена для отопления и горячего водоснабжения. К котельной подводится газопровод высокого давления диаметром 108 мм.
В квартале имеется баня и прачечная, к которым подводится газопровод среднего давления диаметром 133 мм.
Жилые дома подключаются к квартальному газопроводу низкого давления. Квартальный газопровод отключается шаровым краном, который устанавливается подземно, отключающие устройства выходят под крышку ковера.
Вводы газопроводов предусмотрены в кухне первых этажей. Квартиры жилых домов оборудованы четырёх конфорочными газовыми плитами марки "Indesit" и проточными газо - водонагревателями ВП - 20.
Данным проектом предусмотрена комплексная защита от почвенной электрохимической коррозии стальных подземных газопроводов низкого, среднего и высокого давления, водопроводов и тепловых сетей.
В квартале предусмотрено место для размещения анодных заземлителей, выполненных из чугунных труб и катодной станции, подключается к источнику тока.
Проектирование электрохимической защиты вновь построенных газопроводов.
Проектирование электрохимической защиты подземных газопроводов осуществляется одновременно с проектированием трубопроводов. Защита стальных подземных газопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызванной блуждающими токами, может осуществляться путем изоляции трубопроводов от контакта с окружающим грунтом (рациональный выбор трасс прокладки трубопроводов, применение различных типов изоляционных покрытий) и путем катодной поляризации металла трубопровода.
Катодную поляризацию стальных подземных газопроводов проводят так, чтобы исключить вредное влияние ее на соседние металлические сооружения. В случае, когда при осуществлении катодной поляризации нельзя избежать вредного влияния на соседние металлические сооружения необходимо выполнить совместную защиту этих сооружений.
Контрольно-измерительные пункты устанавливаются на участках газопровода, где ожидаются минимальные и максимальные значения поляризационных защитных потенциалов:
- на участках газопровода, ограничивающих заданную зону защиты;
- в пунктах подключения дренажного кабеля газопровода и на участках максимального сближения газопровода с анодными заземлителями;
- в пунктах установки электрических перемычек со смежными подземными коммуникациями.
Определение параметров электрохимической защиты подземных газопроводов производится
расчетным путем. Методика расчета позволяет определить параметры катодной станции, необходимые для обеспечения защитных потенциалов на всех сооружениях, расположенных в зоне действия установок.
1.3 Методика расчета катодной защиты стальных подземных трубопроводов.
За основной расчетный параметр принимается средняя плотность защитного тока, представляющая собой отношение тока катодных станций к суммарной поверхности трубопроводов, защищаемых данной установкой.
Площадь поверхности каждого из трубопроводов, которые имеют между собой технологические соединения, обеспечивающие электрический контакт, либо соединяемые специальными перемычками определяют по формуле:
S =π∑ li * di *10-3 (1.1)
где, di-диаметр сооружения. мм.
li-длина участка сооружения данного участка, имеющего данный диаметр.
S57= 3,14*200,2*57*0,001= 35,83 м2
S76 = 3.14*60*76*0.001= 14,88 м2
S89= 3.14*116,5*89*0.001 = 32,55 м2
S108= 3.14*225,5*108*0.001 = 76,47 м2
S133= 3.14*116,5*133*0.001 = 48,65 м2
S159= 3.14*25,5*159*0.001 = 12,73 м2
ΣSг= 221,11 м2
Sв1.= 3.14*297,5*120*0.001= 112,09 м2
Sв2.= 3.14*213,5*60*0.001= 40,22 м2
ΣSв= 153,31 м2
Sт=3.14*2*100*511,5*0.001 =321,22 м2
ΣSт=321,22 м2
Суммарная площадь поверхности всех трубопроводов, электрически связанных между собой определяется по формуле:
Sобщ = ΣSг + ΣSт + ΣSв (1.2)
Sобщ = 221,11+153,31+321,22= 694,64 м2
Определяем удельный вес поверхности каждого из трубопроводов в общей массе
сооружения, %.
1.Водопроводов
В =(∑ Sв/∑ Sобщ)*100% (1.3)
b = (153,31/694,64)*100% = 22,07%
2. Теплопроводов
С = (∑ Sтепл.гор.в./ ∑ Sобщ) *100% (1.4)
С = (321,22/694,64)*100% = 46,24%
3. Газопроводов
g = ∑ Sг/∑ Sобщ *100% (1.5)
g= (221,11/694,64)*100% = 31,83%
Определяем плотность поверхности каждого из трубопроводов, приходящуюся на единицу поверхности территории, м2 /га
Определяем площадь территории с учетом перспективы развития:
Sтер = 1,25*Sкв (1.6)
Sтер = 1,25*3,35 =4,18 м2/га.
1. Газопроводов:
d = ∑S г/ Sтер (1.7)
d= 221,11/4,18 = 52,89 м2 /га
2. Водопроводов:
E=∑Sвод/Sтер (1.8)
E = 153,31/4,18= 36,67 м2 /га
3. Теплопроводов:
f=∑Sт.с/Sтер (1.9)
f= 321,22/4,18 = 76,84 м2 /га
Средняя плотность защитного тока необходимого для защиты трубопроводов определяется по формуле, мА/ м2:
i= 30-(100b+128c+34d+3E+0.6f+5ρ)* 10-3 (1.10)
где, ρ-удельное сопротивление грунта.
i= 30-(100*22,07+128*46,24+34*52,89+3*36,67+0.6*76,84+5*8)*0,001= 19,87 мА/ м2
Значение суммарного защитного тока, который необходим для обеспечения катодной поляризации подземных сооружений расположенных в данном районе равно, А.
I = 1.3*i*ΣSобщ (1.11)
I = 1,3*0,019*694,64 =17,94 А
Число катодных станций определяется из условий оптимального размещения анодных заземлителей.
К установке принимаем катодную станцию с силой тока Iкс=35А
Число катодных станций определяется по формуле:
n= I/ Iкс (1.12)
n= 17,94/35 = 0,51 -1 станция.
После размещения катодной станции и анодных заземлителей на генплане рассчитываем зону действия катодной станции.
Радиус действия катодной станции определяется по формуле:
R =60√(Iкс/i*K) (1.13)
где, К -удельная плотность сооружения.
R= 60√(30/0.01987*166,18) = 196,27
k =∑Sобщ /Sтер
К = 694,64/4,18= 166,18 (1.14)
Полученный радиус действия катодной станции охватывает всю территорию района защиты. По паспорту для тока Iкс =30 А и ρ= 8 Ом*м выбираем анодные заземлители из чугунных труб диаметром 150 мм длиной 12 м в количестве 5 штук с сопротивлением растекания тока R = 0,21 Ом*м.
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Построение профиля подземного газопровода
Профиль подземного газопровода строится от места врезки в уличную сеть до ввода в жилой дом по дальнему направлению.
Согласно СНиП 42-01-2002 внутриквартальный газопровод должен быть проложен с уклоном не менее 2‰ в сторону уличной магистрали или КС.
Глубина заложения определяется в зависимости от вида газа, диаметра газопровода, глубина промерзания грунта, геологической структуры грунта и типа дорожного покрытия. В пучинистых и сильно пучинистых грунтах газопровод должен прокладываться ниже зоны пучения.
Оптимальная глубина заложения газопровода определяется по формуле:
Нопт=0,8*Нпр.+Фн.с.из, (1.15)
Нопт=0,8*1,50+0,159+0,018 =1,21 м
Так как часть газопровода прокладывается под дорогой, то глубина заложения газопровода принимаем не менее 1 м.
Нопт=0,8*1,50+0,159+0,018 =1,21 м
При проектировании профиля трассы подземного газопровода следует стремиться к тому, чтобы глубина заложения газопровода была близка к оптимальной. Трассу газопровода разбиваем на участки, в конечных точках которых задаемся глубиной заложения равной оптимальной.
Определяем отметки дна траншеи в характерных точках.
Z.дн.тр = Zз.пк0 -Нопт (1.16)
Z.дн.тр = Zз.пк0+п -Нопт (1.17)
Основное направление:
Zдн.тр.= 31,78 -1,21 = 30,57 м.
Zдн.тр.= 31,53 -1,21 =30,52 м
Определяем уклон траншеи на участке:
i = (Zдн. тр.пк0+n- Zдн. тр.пк0)/(lпк0 -пк0+n)* 1000 (1.18)
= (30,57 – 30,52)/ 23,5 * 1000 = 10 ‰
Определяем отметку дна траншее в промежуточной точке:
Zдн. тр.пк0+х = Zдн. тр.пк0 * iпк0 -пк0+х (1.19)
Zдн. тр.пк0+5= 30,57 – (0,01063*5) = 30,55 м
Нпк0+х = Zз.пк0+х - Zдн.тр+х (1.20)
Нпк0+x= 31,73- 30.51 = 1,22 м
Определяем отметку верха трубы:
Lвр.тр.= Zдн.тр + диаметр +изоляция (1.21)
Lвр.тр = 30,57 + 0,159 + 0,018 = 30,747 м.
Монтажная схема сварных стыков.
Это исполнительный чертеж работы сварщика. В данном проекте принимаем, что с завода изготовителя поставляются трубы одинаковой длины 10 м.
Длина секции зависит от наличия подземных коммуникаций, врезок, ответвлений, поворотов трассы, установки запорной арматуры. Т.к. строительство ведется в стесненных городских условиях, то максимальную длину секции принимаем 36-40м.
Исходя из выше сказанного можно сделать раскладку поворотных, неповоротных стыков на плане трассы газопровода, при этом следует учесть сварные стыки в местах изменения диаметров труб, в местах врезок ответвлений и установленной арматуры.
Вычертив профиль подземного газопровода и схему сварных стыков, можно приступить к расчетной части проекта.
Катодная защита трубопроводов от коррозии
Как бы ни был популярен пластик, но большинство магистралей, проложенных в грунте (заглубленных) монтируется из стальных или чугунных образцов. Существенным минусом таких трубопроводов, при всех неоспоримых достоинствах, является подверженность материалов коррозии. Независимо от типа (эл/химическая, вызванная блуждающими токами или иным фактором), она существенно снижает эксплуатационный срок инженерной коммуникации или отдельной ее части.
В зависимости от местных условий и экономической целесообразности на практике реализуется несколько методик защиты трубопроводов. Все они подразделяются на 2 группы – активные и пассивные. Катодная защита относится к первой. Ее особенностям, технологии обустройства, принципу функционирования посвящен данный материал.
Схема катодной защиты трубопроводов
Состав
Дополнительно
Принцип действия
Подключение
Роль катода в этой схеме играет сам трубопровод. Он присоединяется к «-» выпрямителя. Соответственно, анод – к его «+».
Условие функционирования
Наличие электролитической среды (в данном случае – почвы) и анода из токопроводящего материала. Это не обязательно должен быть металл.
Порядок работы защиты
При подаче напряжения в схему возникает электрическое поле, создающее на участке трубопровода катодную поляризацию. Не вдаваясь в тонкости протекающих процессов, достаточно сказать, что в результате от коррозии разрушается не трубопровод, а анод, так как она образуется именно в области «+» напряжения. Заземлитель через определенное время заменить гораздо легче и дешевле, чем одну или несколько труб на трассе.
Особенности схем катодной защиты
ismith.ru
Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии
Практика показывает, что даже тщательно выполненное изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет: теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию. Встречаются повреждения изоляции при засыпке трубопроводов в траншее, при их температурных перемещениях, при воздействии корней растений. Кроме того, в покрытиях остается некоторое количество незамеченных при проверке дефектов. Следовательно, изоляционные покрытия не гарантируют необходимой защиты подземных трубопроводов от коррозии. Исходя из этого, в строительных нормах и правилах отмечается, что защита трубопроводов от подземной коррозии независимо от коррозионной активности грунта и района их прокладки должна осуществляться комплексно: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ).
Электрохимическая защита осуществляется катодной поляризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производится с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая защита называется катодной,если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называется протекторной.
Катодная защита
Принципиальная схема катодной защиты показана на рис. 12.14. Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток, поступающий от вдольтрассовой ЛЭП 1 через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.
Отрицательным полюсом источник с помощью кабеля 6 подключен к защищаемому трубопроводу 4, а положительным - к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит.
Принцип действия катодной защиты (рис. 12.15) аналогичен процессу электролиза. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении «анодное заземление - источник тока - защищаемое сооружение». Теряя электроны, атомы металла анодного заземления переходят в виде ион-атомов в раствор почвенного электролита, т. е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся вглубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т. е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.
Рис. 2.14. Принципиальная схема катодной защиты:
1 - ЛЭП; 2 - трансформаторный пункт; 3 - станция катодной защиты; 4 - защищаемый трубопровод; 5 - анодное заземление; 6 - кабель
Рис.12.15. Механизм действия катодной защиты
Считается, что для защиты от коррозии подземных металлических трубопроводов необходимо, чтобы их потенциал был не более минус 0,85 В. Минимальный защитный потенциал должен поддерживаться на границе зон действия смежных станций катодной защиты (СКЗ).
Похожие статьи:
poznayka.org
Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии
Практика показывает, что даже тщательно выполненное изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет: теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию. Встречаются повреждения изоляции при засыпке трубопроводов в траншее, при их температурных перемещениях, при воздействии корней растений. Кроме того, в покрытиях остается некоторое количество незамеченных при проверке дефектов. Следовательно, изоляционные покрытия не гарантируют необходимой защиты подземных трубопроводов от коррозии. Исходя из этого, в строительных нормах и правилах отмечается, что защита трубопроводов от подземной коррозии независимо от коррозионной активности грунта и района их прокладки должна осуществляться комплексно: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ).
Электрохимическая защита осуществляется катодной поляризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производится с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая защита называется катодной,если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называется протекторной.
Катодная защита
Принципиальная схема катодной защиты показана на рис. 12.14. Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток, поступающий от вдольтрассовой ЛЭП 1 через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.
Отрицательным полюсом источник с помощью кабеля 6 подключен к защищаемому трубопроводу 4, а положительным - к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит.
Принцип действия катодной защиты (рис. 12.15) аналогичен процессу электролиза. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении «анодное заземление - источник тока - защищаемое сооружение». Теряя электроны, атомы металла анодного заземления переходят в виде ион-атомов в раствор почвенного электролита, т. е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся вглубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т. е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.
Рис. 2.14. Принципиальная схема катодной защиты:
1 - ЛЭП; 2 - трансформаторный пункт; 3 - станция катодной защиты; 4 - защищаемый трубопровод; 5 - анодное заземление; 6 - кабель
Рис.12.15. Механизм действия катодной защиты
Считается, что для защиты от коррозии подземных металлических трубопроводов необходимо, чтобы их потенциал был не более минус 0,85 В. Минимальный защитный потенциал должен поддерживаться на границе зон действия смежных станций катодной защиты (СКЗ).
Протекторная защита
Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента (рис. 12.16).
Два электрода (трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь) опущены в почвенный электролит и соединены проводником 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной колонки 4.
Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но не трубопровода, а протектора.
Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии могут быть использованы все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее от железа, т.к. они более электроотрицательны. Практически же протекторы изготавливаются только из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:
- разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;
- ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;
- отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.
Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магний, цинк и алюминий, сплавы которых и используются для изготовления протекторов.
Рис. 12.16. Принципиальная схема протекторной зашиты
1 - трубопровод; 2 - протектор; 3 - проводник; 4 - контрольно-измерительная колонка
Рис. 12.17. Принципиальные схемы электрических дренажей: а - прямой; 6 - поляризованный; в - усиленный
Протекторную защиту рекомендуется использовать в грунтах с удельным сопротивлением не более 50 Ом • м.
Применяют защиту протекторами, расположенными как поодиночке, так и группами. Кроме того, защита от коррозии трубопроводов может быть выполнена ленточными протекторами.
studopedya.ru
Электрохимическая защита трубопроводов от подземной коррозии
10.10. В условиях повышенной коррозионной опасности: в солончаках с сопротивлением грунтов до 20 Ом х м, на участках, где не менее 6 мес в году уровень грунтовых вод находится выше нижней образующей трубопровода и на участках с температурой эксплуатации трубопроводов плюс 40°С и выше следует предусматривать, как правило, резервирование средств электрохимической защиты.
10.11. Контуры защитных заземлений технологического оборудования, расположенного на КС, ГРС, НПС и других аналогичных площадках, не должны оказывать экранирующего влияния на систему электрохимической защиты подземных коммуникаций.
10.12. В качестве токоотводов заземляющих устройств следует использовать, как правило, протекторы, количество которых определяется расчетом с учетом срока службы и допустимого значения сопротивления растеканию защитного заземления, определяемого ПУЭ, утвержденными Минэнерго СССР.
10.13. Установку анодных заземлений и протекторов следует предусматривать ниже глубины промерзания грунта в местах с минимальным удельным сопротивлением.
10.14. В местах подключения дренажного кабеля к анодному заземлению должна быть предусмотрена установка опознавательного знака.
10.15. Дренажный кабель или соединительный провод к анодному заземлению следует рассчитывать на максимальную величину тока катодной станции и проверять этот расчет по допустимому падению напряжения.
10.16. При использовании для электрохимической защиты анодных заземлений незаводского изготовления присоединение электродов следует предусматривать кабелем сечением не менее 6 мм2 (по меди).
10.17. При проектировании анодных заземлений с коксовой засыпкой грануляция коксовой мелочи должна быть не более 10 мм.
10.18. Все контактные соединения в системах электрохимической защиты, а также места подключения кабеля к трубопроводу и анодному заземлению должны иметь изоляцию с надежностью и долговечностью не ниже принятых заводом для изоляции соединительных кабелей.
10.19. На участках подземной прокладки соединительного кабеля в цепи анодное заземление - установка катодной защиты - трубопровод следует предусматривать применение кабеля только с двухслойной полимерной изоляцией.
10.20. Электроснабжение установок катодной защиты трубопроводов должно осуществляться по II категории от существующих ЛЭП напряжением 0,4; 6,0; 10,0 кВ или проектируемых вдоль трассовых ЛЭП или автономных источников.
10.21. Показатели качества электроэнергии установок катодной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109-87.
Взамен ГОСТ 13109-87 постановлением Госстандарта РФ от 28 августа 1998 г. N 338 с 1 января 1999 г. введен в действие ГОСТ 13109-97
10.22. Электрохимическую защиту кабелей технологической связи трубопроводов следует проектировать согласно ГОСТ 9.602-89.
Электрохимическая защита трубопроводов в районах распространения вечномерзлых грунтов
10.23. Для подземных и наземных трубопроводов, прокладываемых в районах распространения вечномерзлых грунтов, должна предусматриваться электрохимическая защита независимо от коррозионной активности грунтов.
10.24. Катодную защиту следует применять для трубопроводов, вокруг которых грунт промерзает в зимний период ("холодные" участки).
10.25. При отсутствии источников электроэнергии допускается применять на "холодных" участках вместо катодных станций протяженные протекторы.
10.26. Протекторную защиту (в том числе и протяженными протекторами) допускается применять на любых участках трубопровода, где грунт вокруг него находится в талом состоянии.
10.27. В установках катодной защиты следует применять протяженные, свайные и глубинные анодные заземления.
10.28. Расчетный срок службы протяженных и свайных анодных заземлений должен быть не менее 10, а глубинных - не менее 20 лет.
10.29. Минимальный защитный потенциал U_минt, при температуре грунта (в диапазоне положительных температур не ниже плюс 1°С), в котором расположен трубопровод, следует определять по формуле
"Формула (63)"
10.30. Трубопроводы, температура стенок и грунта вокруг которых в процессе эксплуатации не превышает минус 5°С, электрохимической защите не подлежат.
studfiles.net
