Максимальные защитные потенциалы

Примечания:

1. Для трубопроводов из упрочненных сталей с пределом прочности 0,6 МПа (6 кг/см²) и более не допускаются поляризационные потенциалы более отрицательные, чем минус 1,10 В.

2. В грунтах с высоким удельным сопротивлением (более 100 Ом×м) допускаются более отрицательные потенциалы с омической составляющей, установленные экспериментально или расчетным путем в соответствии с НД.

Наблюдениями установлено, что в определенных условиях изолирующее покрытие сохраняет прилипаемость к трубе и при более

отрицательных разностях потенциалов. Это относится, прежде всего, к участкам, уложенным в хорошо аэрируемых грунтах с добросовестно выполненным покрытием. На участках трубопровода, где при строительстве изоляция выполнена небрежно со слабой прилипаемостью, наблюдается отрыв ее от трубы в условиях перезащиты.

Проведены исследования почвенных условий, в которых эксплуатируются трубопроводы, в частности, влияние влажности грунтов и давления их на покрытие. Изучено поведение таких новых видов изоляционных материалов, как полимерные материалы и стеклоэмали в условиях катодной поляризации. Экспериментальными исследованиями установлена принципиальная возможность применения на подземных стальных трубопроводах катодной защиты с повышенным против нормы защитным потенциалом в тех случаях, когда трубопровод не находится в постоянном контакте с грунтовыми водами. Положительные результаты получены при повышении защитного потенциала в точке дренажа катодных станций при битумной изоляции до - 2,5 В, при полимерной пленочной и силикатных эмалях - до - 3,5 В. Такое повышение защитного потенциала обеспечивает увеличение экономической эффективности катодной защиты магистральных трубопроводов за счет сокращения числа катодных станций в 3 - 4 раза.

Для неизолированных стальных труб, не имеющих сближений и пересечений с другими металлическими сооружениями, смещение разности потенциалов в отрицательную сторону не ограничивается.

Потенциал подземного трубопровода со временем становится более отрицательным или более положительным. Это зависит от конкретных условий. На магистральном трубопроводе непрерывно развиваются два процесса:

1. Разрушение изолирующего покрытия и включение в коррозионный процесс все новых активных электрохимических участников стального трубопровода. При этом стационарный потенциал смещается в отрицательную сторону. В том же направлении действует увеличение влажности и естественное уплотнение грунта в траншее.

2. Образование продуктов коррозии и их отложения на металлической поверхности снижают ее электрохимическую активность и смещают стационарный потенциал в положительную сторону. Этому способствует также высыхание грунта и дренирование грунтовых вод с трассы трубопровода.

В зависимости от того, какой из этих процессов является доминирующим в условиях данного трубопровода, и будет определяться характер сдвига потенциала.

14.1.2. Расчет катодной защиты

Мощность СКЗ определяется

(14.1)

где I_др – ток СКЗ в точке дренажа, а; Dj - напряжение на зажимах источника постоянного тока, В.

Общее число СКЗ

(14.2)

где L_общ – общая длина трубопровода, км; L – расчетная длина защищаемого участка трубопровода, км.

Расчетную длину защищаемого участка трубопровода можно определить по формуле

. (14.3)

Вышеприведенные потенциалы связаны между собой выражением

(14.4)

Величины потенциалов при защите подземных металлических сооружений от коррозии измеряют по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС).

Многочисленными сравнениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от – 0,23 до – 0,72 В, причем практический диапазон изменения Е_ест составляет от – 0,45 до – 0,60 В. Поэтому, если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в данном грунте, принято считать Е_ест = - 0,55 В (по МЭС).

Отсюда, пользуясь формулой (14.4), легко получить предельные значения наложенного потенциала для стального изолированного трубопровода:

E_max = -1,1 - (- 0,55) = -0,55 В, E_min = - 0,85 - (- 0,55) = - 0,30 В,

где к_в - коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ

(14.5)

где a - постоянная распространения тока вдоль трубопровода

, (14.6)

где R_Т – продольное сопротивление трубопровода вычисляют по формуле

, (14.7)

где r_Т – удельное электросопротивление трубной стали, r_Т » 0,245 Ом×мм²/м; D, d - наружный диаметр трубопровода и толщина стенки; R_из – сопротивление единицы длины изоляции

, (14.8)

где R_из(t_нс) – сопротивление изоляционного покрытия.

Q - коэффициент работы анодного заземления определяется по формуле

, (14.9)

где r_Г – удельное электросопротивление грунта

, (12.10)

где r_ri - удельное электросопротивление грунта на участке длиной L_i; - доля участка длиной L_i в обшей протяженности трубопровода L.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему катодной защиты (рис. 14.3). Как следует из этой схемы, для наиболее простого случая катодной защиты общее сопротивление цепи можно представить как ряд последовательно соединенных отдельных сопротивлений: R₁ и R₅ - сопротивления соединительных проводов; R₂ - сопротивление растеканию тока с анодного заземления в окружающую почву; R₃ - сопротивление почвы между анодным заземлением и защищаемым сооружением; R₄ - общее сопротивление тока на пути «почва - металл защищаемого сооружения - точка дренажа».

Рис. 14.3. Электрическая схема катодной защиты для расчета мощности СКЗ

Если пренебречь относительно малой величиной сопротивления К3 (из-за большого сечения почвенного проводника), то общее сопротивление цепи катодной защиты

(14.11)

где R_a = R₂ сопротивление растеканию тока с анодного заземления; R_пр = R₁ + R₅ - сопротивление соединительных проводов; R_к = R₄ - сопротивление собственно защиты.

Таким образом,

(14.12)

где

Силу тока в точке дренажа определяют по формуле

(14.13)

где Z_вх – входное сопротивление трубопровода, Ом;

(14.14)

где r - удельное электрическое сопротивление грунта, Ом×м; у – расстояние от трубопровода до анодного заземления, м, у = 50 … 500 м;

Сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода в коксовой засыпке (при l_а << 4h: d_a << 2l_a)

, (14.15)

где d, d_a, l_a – соответственно диаметр электрода, диаметр и длина засыпки (табл. 14.4); h – расстояние от поверхности земли до середины электрода; r_a – удельное сопротивление засыпки Ом×м; r_a = 0,2 Ом×м.

Таблица 14.4