Катодная защита трубопроводов от грунтовой коррозии

Защитная поляризация катода с наложением защитного потенциала от источника постоянного тока с применением в качестве дополнительного анода специальных материалов называется катодной защитой магистральных трубопроводов. Трубопровод, расположенный в грунте, является катодом по отношению к электролиту, заполняющему в той или иной мере поры грунта. Соответственно грунт является анодом по отношению к трубопроводу. Отрицательный полюс источника тока подключается к трубопроводу (катод), а положительный – к специально устраиваемому заземлению (анод). Источник тока называют станцией катодной защиты (СКЗ). Каждая станция в зависимости от коррозионных свойств грунта, качества изоляции, мощности самой станции может защитить трубопровод на участке определённой длины L. В пределах этой длины защитный потенциал, создаваемый СКЗ, обеспечивает отсутствие на катоде (трубопроводе) электрохимической коррозии. При этом анод интенсивно разрушается, требуя постоянно периодической замены для работоспособности системы. Эффективно защитный потенциал может выполнять своё назначение только в том случае, если он не меньше определённого, так называемого, минимального защитного потенциала V_{з min}. Смещение защитного потенциала в область более отрицательных значений не оказывает существенного влияния на коррозию металла. Но при чрезмерном увеличении V по сравнению с V_min между изоляцией и поверхностью металла скапливается водород, выделяющийся в результате катодного процесса, что может привести к отслоению изоляции и ухудшению защитных свойств покрытия. Так что качество покрытия существенно зависит от параметров катодной защиты. Чем лучше качество покрытия, тем меньший защитный потенциал требуется, тем большую длину участка L можно защитить от одной станции, и наоборот – чем больше повреждений на изоляционном покрытии, тем меньше длина защищаемого участка L. Если учитывать естественный потенциал труба-земля, существующий до наложения защитного потенциала, то максимально допустимую разность потенциалов труба-земля можно записать

V_{з max}=V_e+V_max , а минимальную V_{з min}=V_e+V_min, где

V_е – естественная разность потенциалов; V_max и V_min – максимально и минимально допустимые разности наложенного потенциала. Предельные значения защитного потенциала ограничиваются значениями:

для водородного электрода сравнения -0,55 – 0,8В

для медносульфатного -0,85 – 1,1В

для трубопроводов без покрытия – не ограничивается.

Сопротивление токопроводящей системы по контакту труба – грунт называют переходным. Для изолированных подземных трубопроводов переходное сопротивление определяется в основном сопротивлением в местах повреждений изоляции, обеспечивающих доступ электролита к металлической поверхности. При идеальном состоянии изоляционного покрытия переходное сопротивление равно R_пер переходному сопротивлению R_о при отсутствии электрохимической поляризации. При наличии повреждений изоляции переходное сопротивление складывается из поляризационного сопротивления, сопротивления электролита в порах грунта и сопротивления собственно грунта. Поляризационное сопротивление зависит от плотности поляризующего тока, являющий характеристикой коррозионных свойств грунтов наряду с электрической проводимостью. Так как в зависимости от удаления от СКЗ плотность поляризующего тока различна, поэтому измерение переходного сопротивления в период эксплуатации является необходимым для корректировки основных параметров катодной защиты.

Переходное сопротивление для изолированного трубопровода:

R_пер=R_тl₁²_,2/l·n²V₁/V₂ , где R_т – продольное сопротивление трубопровода;

R_т=4p_т/π(D_н²-D_вн²) , где p_т – удельное электрическое сопротивление трубопровода (для стали p_т=0,135Ом·мм²/м); D_н , D_вн – внутренний и наружный диаметры трубы; V₁ и V₂ – разности потенциалов труба-земля в точках 1, 2.

Переходное сопротивление для неизолированного участка трубопровода:

, где p_гр – удельное электрическое сопротивление грунта; l_н.и – длина неизолированного участка; h – глубина заложения труб; R_п – поляризационное сопротивление 1м трубопровода.