Активная защита от электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия приводит к разрушению металла, вызванному химическими реакциями, происходящими под влиянием электрического тока в присутствии электропроводящей среды. Ток протекает от положительного электрода — анода к отрицательному — катоду. При этом в анодной области происходит окисление и металл разрушается, а в катодной — восстанавливается.

Принцип катодной поляризации

Рис.1 Электрохимическая коррозия трубопровода

В изоляционном покрытии газопровода при транспортировке, строительстве и в процессе эксплуатации возникают микроповреждения, через которые к металлу проникает электролит грунта. На поверхности появляются анодные (положительные) и катодные (отрицательные) зоны. Между ними возникает ток, что приводит к коррозии стенки трубы в анодной (положительной) зоне вплоть до сквозного разрушения (рис.1).

Рис.2 Принцип активной защиты трубопровода

Активная защита газопроводов заключается в создании на трубе отрицательного защитного потенциала по отношению к окружающей среде (рис.2). При этом в грунте располагается положительный электрод (анод), с которого происходит вынос металла, что приводит к его постепенному разрушению.

Немного истории

Коррозия наносила ущерб человечеству с тех пор, как оно научилось получать металлы. Но многие тысячелетия защита от нее сводилась к пассивным методам, связанным с обмазыванием изолирующими материалами. В Восточной Азии в средние века металлические поверхности покрывали лаком. В Англии к 1670 году для этих целей получили патенты на пек, смолу, деготь, пчелиный воск. Но они не обеспечивали надежной защиты на длительное время или в случае агрессивной среды. Как пример медная обшивка деревянных судов, которая находится в морской воде.

Рис.3 Сэр Гемфри Дэви

Катодная защита была впервые описана английским химиком Гемфри Дэви (рис.3). После продолжительных испытаний ее впервые применили в 1824 г. на судне HMS Samarang. Анодные протекторы из железа были установлены на медную обшивку судна ниже ватерлинии, что значительно снизило скорость повреждения меди.

Эра катодной защиты началась в 1902 г., когда К. Коэн, а затем в 1908 г. Х. Гепперт соорудили первые катодные станции для защиты трубопроводов. Роберт Дж. Кун в 1928 г. построил первую установку катодной защиты на магистральном трубопроводе в Новом Орлеане. Он также определил минимальный защитный потенциал — 0,85 В, при котором максимально замедляются коррозионные процессы. При этом потенциал более отрицательный, чем — 1,15 В, может привести к выделению водорода, отслоению изоляционного покрытия и стресс-коррозионному растрескиванию.

В Советском Союзе электрохимическую защиту от коррозии впервые применили для магистрального газопровода Саратов — Москва, введенного в эксплуатацию в 1946 году. В отличие от магистральных трубопроводов газопроводы давлением до 1,2 МПа, построенные в первые десятилетия газификации СССР, не имели надежной защиты от коррозии. Пик коррозионных повреждений пришелся на 1970-е годы. В 1980-е были разработаны меры, обеспечившие в дальнейшем резкое уменьшение потерь от коррозии:

• нанесение качественной изоляции в заводских или базовых условиях;

• при выполнении строительно-монтажных работ обеспечена защита изоляции от повреждений;

• в процессе эксплуатации проводится приборный контроль качества изоляционных покрытий, при необходимости – ремонт выявленных повреждений.

И, конечно, особое внимание было обращено на активную защиту стальных труб от коррозии.

Электрохимическая защита

Для подземных стальных газопроводов применяют три вида электрохимической защиты:

• катодную;

• дренажную;

• протекторную.

Катодные и протекторные установки защищают подземные газопроводы от почвенно-грунтовой коррозии и коррозии, вызванной блуждающими токами. Дренажные установки не допускают повреждения трубопроводов блуждающими токами.

Протекторная защита

В случае использования протекторной защиты необходимый защитный ток вырабатывается гальваническим элементом. Роль катода выполняет металл защищаемого сооружения, анодом служит металл с более отрицательными, чем у защищаемого металла, потенциалами, а электролитом — почва, окружающая газопровод и протектор (рис.4).

Рис.4 Принцип протекторной защиты

При разрушении протектора его ионы уходят безвозвратно в грунт, а освободившиеся электроны перетекают на катод-газопровод, заряжая его отрицательно. В контуре «протектор — земля — трубопровод» возникает защитный ток, натекающий из грунта на трубу. Протекторная защита применяется, если нет возможности подключить станцию катодной защиты к источнику электроснабжения, а также при небольших длинах трубопроводов.

Рис.5 Протекторная защита

В состав протекторной защиты (рис.5) входят сам протектор, кабели, соединяющие его с контрольно-измерительным пунктом и трубой. В качестве протектора используются сплавы алюминия, цинка и магния. Последние обладают наибольшим отрицательным потенциалом и чаще всего применяются для защиты трубопроводов.

Рис.6 Протектор ПМ-У

Протектор магниевый (ПМ) с активатором представляет собой анод из магниевого сплава со стальным контактным сердечником и выведенным наружу соединительным проводом (рис.6). Его упаковывают в мешок с порошкообразным активатором (У – упакованный). Это позволяет избежать образования труднорастворимых пленок на поверхности анода, добиться его равномерного растворения по всей поверхности, а также уменьшить сопротивление «протектор – грунт». Типы протектора в зависимости от массы анода представлены в таблице 1.

Таблица 1

В контрольно-измерительный пункт также выводятся контакты от электрода сравнения ЭНЕС и датчика скорости коррозии. ЭНЕС предназначен для измерения поляризационного потенциала и потенциала подземного сооружения относительно электрода путём создания электролитического контакта с грунтом.

Преимущество протекторной защиты заключается в том, что её можно применять в местах, где отсутствуют источники электроэнергии. Про катодную и дренажную защиту расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь