Меню Рубрики

Установка катодной защиты укз

Установки катодной защиты (УКЗ)

В последнее время на территории Российской Федерации и других республик бывшего СССР вводятся в эксплуатацию новейшие газонефтетранспортные системы протяженностью десятки тысяч километров. Так же переоборудуются старые трубопроводы и подземные коммуникации. В новых экономических условиях особо важное значение отводится надежности трубопроводов.

Одним из решающих факторов, определяющих надежность трубопроводов, является коррозионное состояние подземных сооружений. Именно коррозия подземных трубопроводов является основной причиной снижения срока службы газотранспортных систем, а также ведет к сокращению их пропускной способности (из-за необходимости снижения рабочего давления). Защита сооружений от коррозии входит в число первостепенных задач организаций, эксплуатирующих газотранспортные системы. Для защиты подземных трубопроводов по трассе их залегания сооружаются станции катодной защиты (СКЗ). В состав СКЗ входят: источник постоянного тока (защитная установка), анодное заземление, контрольно-измерительный пункт, соединительные провода и кабели.

В зависимости от условий защитные установки могут питаться от сети переменного тока 0,4; 6; 10 кВ или от автономных источников.

При защите многониточных трубопроводов, проложенных в одном коридоре, на СКЗ может быть смонтировано несколько установок и сооружено несколько анодных заземлений.

В целях экономии защиту нескольких ниток трубопровода можно осуществлять и от одной установки. Учитывая, что при перерывах в работе системы защиты из-за разности естественных потенциалов, (соединенных глухой перемычкой труб), образуются мощные гальванопары, приводящие к интенсивной коррозии, соединение труб с установкой должно осуществляться через специальные блоки совместной защиты. Эти блоки не только разъединяют трубы между собой, но и позволяют установить оптимальный потенциал на каждой трубе.

В качестве источников постоянного тока для катодной защиты, в основном, используются преобразователи которые питаются от сети 220 В промышленной частоты. Регулировка выходного напряжения преобразователя осуществляется вручную, путем переключения отводов обмотки трансформатора (автотрансформатора) или с помощью управляемых вентилей (тиристоров). Выпрямление переменного тока осуществляется мостовыми схемами или схемами со средней точкой вторичной обмотки трансформатора. Эти схемы имеют КПД от 60 до 75% и остаточную пульсацию выпрямленного тока до 48% при частоте 100 Гц.

Преобразователи с ручным регулированием выходного напряжения используются в схемах электрохимической защиты, в которых сопротивление в цепи тока и требуемый защитный ток остаются неизменными продолжительное время.

Если установки катодной защиты работают в условиях, изменяющихся во времени, которые могут обуславливаться воздействием блуждающих токов, изменением удельного сопротивления грунта или другими факторами, то целесообразно предусматривать преобразователи с автоматическим регулированием выходного напряжения.

Автоматическое регулирование может осуществляться по потенциалу защищаемого сооружения. В качестве датчиков потенциала могут быть использованы долгодействующие медно-сульфатные электроды сравнения типа ЭНЕС или биметаллические медно-титановые электроды ЭДБ.

источник

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Катодная защита от коррозии. Принцип действия, основные понятия.

Больше 15 лет я разрабатываю станции катодной защиты. Требования к станциям четко формализованы. Есть определенные параметры, которые должны быть обеспечены. А знание теории защиты от коррозии совсем не обязательно. Гораздо важнее знание электроники, программирования, принципов конструирования электронной аппаратуры.

Создав этот сайт, я не сомневался, что когда-нибудь там появится раздел катодная защита. В нем я собираюсь писать о том, что я хорошо знаю, о станциях катодной защиты. Но как-то не поднимается рука писать о станциях, не рассказав, хотя бы коротко, о теории электрохимической защиты. Постараюсь рассказать о таком сложном понятии как можно проще, для не профессионалов.

История развития катодной защиты настолько занимательная глава, что я изложил ее в отдельной статье. Она не имеет практического значения. Просто интересно.

Для того чтобы защитится от коррозии, надо понять, что такое коррозия, природу ее происхождения.

Электрохимическая коррозия.

Коррозию можно определить как реакцию материала с окружающей средой, вызывающую в нем ощутимые изменения.

Изменения – понятие расплывчатое. Поэтому существует понятие коррозионного повреждения, основными признаками которого является нарушение функционирования объекта, например разрушение все той же металлической трубы. Не все реакции ведут к повреждению. Если труба станет коричневой или зеленой, но не будет протекать, это не будет считаться коррозионным повреждением.

Материалы и окружающая среда бывают разными. Бывают разными и реакции между ними. В основе коррозии могут лежать чисто химические реакции. Но вряд ли кого-либо заинтересует коррозия висмута в растворе дигидрофосфата натрия. Гораздо важнее знать о коррозии железной трубы, закопанной в землю.

Так вот, практический интерес имеет коррозия металлических материалов в водных средах, т.е. электрохимическая коррозия. В основе ее лежат реакции, имеющие электрохимическую природу.

В детстве я был любознательным мальчиком. Я проводил опыты по гальваническому осаждению меди на железные предметы, чем удивлял своих одноклассников. Но еще больше я поразил их, когда принес в школу лезвие от безопасной бритвы с вырезанной на нем сквозной надписью. Эффект я усилил сказав, что сделал это лазером. Конечно, я просто покрыл лезвие лаком, иголкой выцарапал надпись, опустил в жестяную банку с раствором соли, подключил электрический ток и немного подождал. Теперь я понимаю, что мои детские опыты были иллюстрацией того, как происходит электрохимическая коррозия и как от нее защититься. (Рассказ о моих детских опытах не художественный вымысел, а чистая правда.)

Читайте также:  Установка поплавкового датчика уровня воды

Итак, объекты процесса электрохимической коррозии:

  • среда – раствор электролита (почва всегда влажная, поэтому это тоже раствор электролита);
  • граница раздела среда-металл;
  • металл.

Все перечисленные объекты способны проводить электрический ток, обладают хорошей электропроводностью. В растворе электролита содержатся анионы и катионы. Они создают электрический ток. Ток протекает через участок металл – раствор электролита. За счет этого тока на границе раздела происходит электрохимическая реакция, на которую могут влиять еще и внешние токи. Влиять они могут по-разному, как усиливать коррозию, так и замедлять ее.

За счет тока на границе образуется разность потенциалов. Ее невозможно измерить. Поэтому измеряют потенциал специального электрода сравнения. Он является своеобразным суммарным показателем электрохимической реакции.

Физическое объяснение электрохимической коррозии выглядит так. В металле присутствуют ионы железа (положительно заряженные) и электроны (с отрицательным зарядом). Оба компонента реагируют с раствором электролита.

  • При положительном токе металл переходит в раствор, что связано с прохождения ионов и вызывает потерю массы металла (растворение металла).
  • При отрицательном токе в раствор проходят электроны, и происходит это без потери массы металла.

В первом случае происходит анодная, а во втором случае — катодная электрохимические реакции. Анодная реакция (растворение металла) вызывает коррозию. Катодная реакция является процессом обратным коррозии и используется в гальванотехнике для нанесения гальванических покрытий.

Принцип действия катодной защиты.

Понятно, что для защиты объекта от коррозии необходимо вызвать катодную реакцию и не допустить анодную. Сделать это можно, если искусственно создать отрицательный потенциал на защищаемом объекте.

Для этого необходимо разместить в среде (почве) анодные электроды и подключить внешний источник тока: минус к объекту защиты, а плюс – к анодным электродам. Ток пойдет по цепи анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии.

С точки зрения гальванических процессов металлический объект будет катодом, а дополнительный электрод – анодом.

Таким образом, коррозия объекта прекратится. Разрушаться будет только анодный электрод. Он называются анодным заземлением. Анодные электроды делают из инертного материала и периодически меняют.

Станция катодной защиты.

Ток для катодной защиты вырабатывает специальное устройство — станция катодной защиты.

По сути это источник вторичного электропитания, специализированный блок питания. Т.е. станция подключается к питающей сети (как правило

220 В) и вырабатывает электрический ток с заданными параметрами.

Вот пример схемы системы электрохимической защиты подземного газопровода с помощью станции катодной защиты ИСТ-1000.

Станция катодной защиты установлена на поверхности земли, вблизи от газопровода. Т.к. станция эксплуатируется на открытом воздухе, то она должна иметь исполнение IP34 и выше. В этом примере используется современная станция, с контроллером GSM телеметрии и функцией стабилизации потенциала.

В принципе, станции катодной защиты бывают очень разными. Они могут быть трансформаторными или инверторными. Могут быть источниками тока, напряжения, иметь различные режимы стабилизации, различные функциональные возможности.

Станции прошлых лет это громадные трансформаторы с тиристорными регуляторами. Современные станции это инверторные преобразователи с микропроцессорным управлением и GSM телемеханикой.

Выходная мощность устройств катодной защиты, как правило, находится в диапазоне 1 – 3 кВт, но может доходить и до 10 кВт. Станциям катодной защиты и их параметрам посвящена отдельная статья.

Нагрузкой для устройства катодной защиты является электрическая цепь: анодное заземление – почва – изоляция металлического объекта. Поэтому требования к выходным энергетическим параметрам станций, прежде всего, определяют:

  • состояние анодного заземления (сопротивление анод-почва);
  • почва (сопротивление грунта);
  • состояние изоляции объекта защиты от коррозии (сопротивление изоляции объекта).

Все параметры станции определяются при создании проекта катодной защиты:

  • рассчитываются параметры трубопровода;
  • определяется величина защитного потенциала;
  • рассчитывается сила защитного тока;
  • определяется длина защитной зоны;
  • выбирается место установки станции;
  • определяется тип, место расположения и параметры анодного заземления;
  • окончательно рассчитываются параметры станции катодной защиты.

Катодная защита от коррозии получила широкое распространение для электрохимической защиты:

  • подземных газопроводов и нефтепроводов;
  • трубопроводов теплосетей и водоснабжения;
  • оболочек электрических кабелей;
  • крупных металлических объектов, резервуаров;
  • подземных сооружений;
  • морских судов от коррозии в воде;
  • стальной арматуры в железобетонных сваях, в фундаментах.

Применение катодной защиты обязательно для газопроводов низкого и среднего давления, магистральных газопроводов, нефтепроводов.

источник

Средства катодной защиты на базе новых технологий

Для обеспечения эффективной электрохимической защиты в течение всего срока эксплуатации магистральных трубопроводов большого диаметра в экстремальных условиях Севера потребовался комплексный подход к разработке высоконадежных средств катодной защиты с резервированием электроснабжения.

Для обеспечения эффективной электрохимической защиты в течение всего срока эксплуатации магистральных трубопроводов большого диаметра в экстремальных условиях Севера потребовался комплексный подход к разработке высоконадежных средств катодной защиты с резервированием электроснабжения.

Читайте также:  Установка гибкой вставки на вентиляции

Как известно наряду с пассивной защитой элементом активной защиты является катодная защита.

Электрохимзащита подземных коммуникаций должна быть непрерывной во времени и обеспечивать катодную поляризацию трубопровода на всем протяжении и по всей поверхности.

Активная катодная защита обеспечивается установкой катодной защиты (УКЗ) состоящей из источника электроснабжения, преобразователя (станция катодной защиты), анодного заземления, линий постоянного тока, неполяризующегося электрода сравнения длительного действия и контрольно-измерительного пункта (рис. 1).

Надежность эксплуатируемых газотранспортных систем зависит от состояния изоляции, работы средств катодной защиты, энергообеспечения этих средств и своевременного проведения капитального ремонта газотранспортных систем по результатам комплексного обследования.

Анализ отказов в работе эксплуатируемых средств катодной защиты показывает, что основной причиной выхода из строя установок являются низкая надежность элементной базы преобразователей (пробой диодных мостов, отсутствие блоков защиты от перенапряжения, выход из строя блоков управления).

По этой причине число отказов достигает 12-15 % от общего числа отказов.

Более 20 % отказов приходится на анодные заземления, которые выходят из строя по причине обрыва провода в зоне контактного узла (изоляция провода нарушается от воздействия хлора). Поэтому материал анода не полностью используется, что резко снижает срок его эксплуатации. Число отказов достигает 25 %.

Низкая надежность энергоснабжения наблюдается по причине отказов коммутационной аппаратуры (высоковольтные разъединители на каждой УКЗ), обрывы проводов ЛЭП 6-10 кВ в районах обледенения, веерное отключение предприятий, от подстанций которых обеспечивается энергоснабжение УКЗ. Число отказов достигает 22-25 %.

Многообразие и суровость природно-климатических условий Севера оказывают решающее влияние на эффективность выбора применения средств электрохимической защиты от коррозии.

Основные виды отказов (в %)

Обрыв провода к анодному заземлителю — 17%
Обрыв катодного вывода — 2%
Пробой диодов, тиристоров выпрямителя — 15%
Нарушение контакта в переключателях и разъемах — 15%
Неисправность блока управления и измерения — 5%
Отключение сети 220 В — 12%
Пробой трансформатора — 4%
Неисправности высоковольтного разъединителя — 14%
Обрыв ЛЭП 6-10 кВ — 6%

Климатические условия Севера характеризуется низкими отрицательными температурами, шквальными ветрами, снежными заносами, обледенениями. После длительной (до 9 месяцев) полярной ночи наступает короткое лето, которое характеризуется сильными туманами (п/о Ямал и другие регионы). Полярные ночи, туманы, высокая обводненность и заболоченность, сильное обледенение и снежные заносы затрудняют обслуживание и ремонт установок катодной защиты и линий электропередачи. Чередование мерзлотности, пучинистости, низкой и высокой минерализации, грунтов требуют прямо противоположных решений по защите от коррозии.

Таким образом, имеются специфические особенности, из которых следует исходить при разработке и проектировании систем защиты магистральных трубопроводов Севера России.

  1. Затруднение (невозможность) периодического контроля и обслуживания наземных средств защиты.
  2. Низкая эксплуатационная надежность наземной аппаратуры и высоковольтных линий электроснабжения (ВЛ 6/10 кВ).
  3. Затруднение (невозможность) выполнения ремонтных работ систем защиты от коррозии.
  4. Нестабильность токораспределения на защищаемых коммуникациях по протяженности и во времени.

Учитывая особенности эксплуатации Северных газопроводов для проектирования катодной защиты предложена система катодной защиты Северных газопроводов на базе Новых технологий и аппаратуры. (рис. 2) Основные критерии эффективности катодной защиты системы представлены на рис. 3.

Рассмотрим основные элементы средств катодной защиты, обеспечивающие эффективность и надежность электрохимической защиты (рис. 4).

В настоящее время на магистральных газопроводах эксплуатируются более 18 тыс. станций катодной защиты (СКЗ) различных модификаций. Около 76 % СКЗ установлены в Северных регионах (Тюментрансгаз, Уралтрансгаз, Надымгазпром и т.д.).

Из них в эксплуатации находятся 23.4 % автоматическая СКЗ типа ПАСК,ТДЕ и др., которые по своим техническим характеристикам не отвечают требованиям ГОСТ Р 51164-98.

Созданию высоконадежных элементов системы катодной защиты ООО «ВНИИГАЗ» уделяет особое внимание, учитывая опыт эксплуатации на газотранспортных системах России и за рубежом.

ООО «ВНИИГАЗом» совместно с фирмой Газ де Франс и фирмой Симплекс по техническому заданию ОАО «Газпром» разработана высоконадежная автоматическая станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000, которая прошла трассовые испытания в южных регионах (Хива — Узбекистан) и северных (Уралтрансгаз, Тюментрансгаз).

Основные технические характеристики СКЗ МИНЕРВА-3000

Номинальная выходная мощность, кВт 3.0
Напряжение питания, В при 50 Гц 220
Номинальное выходное напряжение, В 96
Номинальный ток защиты, А 30
КПД в номинальном режиме, % не менее 89
Наработка на отказ, час 30000
Пределы регулирования выходного напряжения, % 3-100
Точность поддержания защитного потенциала, % 1.0
Точность поддержания защитного тока, % 2.0
Пульсация, % 1.0
Режим работы Автоматический, ручной, циклический
Срок службы установки, лет не менее 10
Габаритные размеры, мм 1500х400х600
Масса, кг 70
Диапазон температурного режима работ, 0С от -50 до +50

Дополнительные технические характеристики

Степень защиты от воздействия окружающей среды Не ниже IР34 по ГОСТ 14254-80
Устойчивость к помехам, Гц 50 и 100
Класс силовых вентилей 12
Время необслуживаемой работы, лет 1
Уровень радиопомех Евростандарт
Уровень шума отсутствует
Защита от несанкционированного доступа
Отсутствие движущихся частей (вентиляторы, пакетные переключатели)
Удобство и простота обслуживания

Читайте также:  Установка водосчетчиков в квартире ново

Производство станции катодной защиты типа МИНЕРВА-3000 освоено на совместном Российско-Французском предприятии «КАТОДЪ».

Вторым важным элементом в УКЗ является анодное заземление.

ООО «ВНИИГАЗом» разработан электрод-заземлитель типа АЗМ-ЗХ для анодного заземления, который отвечает основным требованиям:

  • использование в качестве малорастворимого элемента поверхностных и глубинных анодных заземлений в установках катодной защиты;
  • применение во влажных и высокоагрессивных грунтах;

Технические характеристики АЗМ-ЗХ

Скорость растворения при плотности тока до 30 А/м2, кг/А в год
— в грунтах 0.2
— в соленой воде 0.5
— в грунтах с применением коксоминерального наполнителя 0.1
Максимальный рабочий ток на у электрод, А 5
Сечение жилы провода, мм2 6
Рабочая поверхность, м2 0.29
Масса электрода, кг 35
Средний ресурс, Ампер-лет 50
Срок службы, не менее 15
Долговечность и надежность контактного узла, изоляция провода стойка к хлору
Стабильность сопротивления растеканию постоянного тока в течение всего срока эксплуатации

Многолетние трассовые испытания, проводимые сотрудниками ООО «ВНИИГАЗа» Хмельницким Б.И. и Суровой В.А. и анализ эксплуатации анодов различных конструкции, показали, что надежность их работы зависит от множества факторов таких как:

  • химический состав материала;
  • технология изготовления (отливки);
  • стойкость изоляции соединительного провода к хлору;
  • конструкции контактного узла присоединения провода к телу анода;
  • тип магистрального кабеля и его место расположения в траншее относительно анода (поверхностные заземления);
  • конструкция соединительной муфты;
  • Состав компаунда

По результатам лабораторных и трассовых испытаний разработана новая конструкция анодного типа АЗМ-ЗХ, которая успешно прошла трассовые испытания в высокоагрессивных грунтах на газопроводах Туркмении и Астраханьтрансгаза.

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения УКЗ в схему системы катодной защиты введен блок автоматического подключения СКЗ на резервную линию электроснабжения типа БАВР, который позволяет автоматически переключать СКЗ на резервный источник питания, тем самым обеспечит бесперебойную защиту магистральных трубопроводов во времени.

Техническая характеристика блока БАВР

Напряжение питающей линии, В Основной — 220 B
Резервный — 220 В
Ток коммутации до 40 А
Переключение СКЗ с основной на резервную автоматическое
Температура окружающего воздуха, 0С от +40 до -50
Исполнение блока2 пылебрызгозащищенное
Сигнализация режимов работы световая
В систему телемеханики зеленый СКЗ-0
красный СКЗ-Р
Масса, кг, не более 20
Габаритные размеры, мм высота — 640
ширина — 400
глубина — 300

Автоматическое переключение на резервную СКЗ-Р происходит при следующих режимах на СКЗ-О:

  • обрыв или увеличение сопротивления растекания анодного заземления или обрыв в цепи нагрузки;
  • отключение сети 220 В основной линии;
  • короткое замыкание выходных цепей (катодный-анодный провод);
  • снижение защитного тока ниже нормы уставки на реле тока по каналу СКЗ-О.

Организация схемы совместной катодной защиты многониточных газопроводов осуществляется с помощью блока совместной защиты типа БРТ-1-5, где число каналов, которое может обеспечивать подключение к одной УКЗ до 5 ниток газопровода.

Техническая характеристика блока БРТ

Тип изделия БРТ-1 … 5
Количество каналов 1-5
Максимальный ток канала, А 10-50
Сопротивление минимальное, Ом 0.005
Сопротивление максимальное, Ом 0.250
Количество ступеней регулирования 17
Напряжение на шунте, мВ 75
Масса, кг от 5 до 30
Охлаждение воздушное естественное
Диод, кл 12

Управление по потенциалу станции катодной защиты осуществляется относительно биметаллического электрода сравнения длительного действия типа ЭДБ. Электрод (медно-титановый) со стабилизирующей обмазкой позволяет поддерживать заданный потенциал во времени близким к поляризационному для управления станций катодной защиты в автоматическом режиме. Конструктивное исполнение значительно повышает эксплуатационную надежность по сравнению с известными электродами типа ЭНЕС, МЭД-АКХ и другие, которые содержат электролиты и требуют по истечении определенного времени их замены или долива электролита.

Для организации системы мониторинга, подключения и вывода от контролируемых трубопроводов измерительных проводов в схему системы в зоне дренажа и по трассе газопровода устанавливаются универсальные колонки типа УК, различных модификаций, которые позволяют коммутировать сильноточные цепи (катодные-анодные цепи) и цепи к измерительным приборам (электрод сравнения, датчик измерения тока наводороживания, датчик температуры и т.д.)

Таким образом, рассмотренная схема организации катодной защиты, решает задачу резервирования средств катодной защиты;

  • Регулирование тока защиты по каждой нитке газопровода с помощью блока БРТ обеспечивает заданный уровень потенциала с учетом состояния изоляционного покрытия трубопровода, срок ввода его в эксплуатацию диаметра трубы и т.д.
  • Резервирование по линии энергоснабжения обеспечиваются блоком БАВР.
  • Введение в схему катодной защиты системы монторинга

Рис.1 Катодная защита для одиночного магистрального газопровода

  1. Высоковольтная линия 6-10кВ
  2. Колонка измерительная
  3. Однофазный масляный трансформатор
  4. Станция катодной защиты Минерва-3000
  5. Вспомогательный электрод
  6. Электрод сравнения
  7. Трубопровод
  8. Вольтметр
  9. Подача защитного тока
  10. Коксовая засыпка
  11. Анодный кабель
  12. Анодный заземлитель типа АЗМ-3Х
  13. Муфта
  14. 1 км

Рис.2 Система катодной защиты северных газопроводов на базе новых технологий

Рис.3 Основные критерии эффективности катодной защиты

Рис.4 Система катодной защиты с резервным электропитанием и преобразователем

  1. 6-10кВ
  2. Основной ДМ-04
  3. Резервный ДМ-04
  4. БАВР
  5. К телемеханике
  6. Блок БРТ
  7. Анодное заземление
  8. Электрод сравнения

Автор: Галиуллин З.Т., Петров Н.А., Сулимин В.Д. , ВНИИГАЗ

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *