Protezione catodica contro la corrosione delle tubazioni: apparecchiature, principio di funzionamento. Grande enciclopedia del petrolio e del gas

La corrosione ha un effetto dannoso sulle condizioni tecniche delle condotte sotterranee; sotto la sua influenza, l'integrità del gasdotto viene compromessa e compaiono delle crepe; Per proteggersi da tale processo, viene utilizzata la protezione elettrochimica del gasdotto.

Corrosione delle condotte sotterranee e mezzi di protezione contro di essa

Lo stato delle condotte in acciaio è influenzato dall'umidità del suolo, dalla sua struttura e dalla composizione chimica. La temperatura del gas convogliato nelle tubazioni, le correnti vaganti nel terreno causate dal trasporto elettrificato e le condizioni climatiche in generale.

Tipi di corrosione:

Superficiale. Si distribuisce in uno strato continuo sulla superficie del prodotto. Rappresenta il pericolo minore per il gasdotto.
Locale. Si manifesta sotto forma di ulcere, crepe, macchie. Il tipo di corrosione più pericoloso.
Rottura per corrosione da fatica. Il processo di graduale accumulo dei danni.

Metodi di protezione elettrochimica contro la corrosione:

metodo passivo;
metodo attivo.

L'essenza del metodo passivo di protezione elettrochimica è applicare uno speciale strato protettivo sulla superficie del gasdotto che previene gli effetti dannosi dell'ambiente. Tale copertura potrebbe essere:

bitume;
nastro polimerico;
pece di catrame di carbone;
resine epossidiche.

In pratica, raramente è possibile applicare un rivestimento elettrochimico in modo uniforme su un gasdotto. Nei luoghi con lacune, il metallo viene comunque danneggiato nel tempo.

Il metodo attivo di protezione elettrochimica o metodo di polarizzazione catodica consiste nel creare un potenziale negativo sulla superficie della tubazione, impedendo la dispersione di elettricità, prevenendo così il verificarsi di corrosione.

Principio di funzionamento della protezione elettrochimica

Per proteggere un gasdotto dalla corrosione è necessario creare una reazione catodica ed eliminare la reazione anodica. A tale scopo viene creato forzatamente un potenziale negativo sulla tubazione protetta.

Gli elettrodi anodici sono posizionati nel terreno e il polo negativo di una fonte di corrente esterna è collegato direttamente al catodo, l'oggetto protetto. Per completare il circuito elettrico, il polo positivo della sorgente di corrente è collegato all'anodo, un elettrodo aggiuntivo installato in un ambiente comune con la tubazione protetta.

L'anodo in questo circuito elettrico svolge la funzione di messa a terra. A causa del fatto che l'anodo ha un potenziale più positivo dell'oggetto metallico, si verifica la sua dissoluzione anodica.

Il processo di corrosione viene soppresso sotto l'influenza del campo carico negativamente dell'oggetto protetto. Con la protezione catodica contro la corrosione, l'elettrodo anodico sarà direttamente soggetto a deterioramento.

Per aumentare la durata degli anodi, sono realizzati con materiali inerti resistenti alla dissoluzione e ad altre influenze di fattori esterni.

Una stazione di protezione elettrochimica è un dispositivo che funge da fonte di corrente esterna in un sistema di protezione catodica. Questo impianto è collegato alla rete, 220 W e produce energia elettrica con valori di potenza prestabiliti.

La stazione è installata a terra accanto al gasdotto. Deve avere un grado di protezione IP34 o superiore, poiché funziona all'aperto.

Le stazioni di protezione catodica possono avere diversi parametri tecnici e caratteristiche funzionali.

Tipologie di stazioni di protezione catodica:

trasformatore;
inverter

Le stazioni di trasformazione per la protezione elettrochimica stanno gradualmente diventando un ricordo del passato. Sono una struttura costituita da un trasformatore funzionante ad una frequenza di 50 Hz e un raddrizzatore a tiristori. Lo svantaggio di tali dispositivi è la forma non sinusoidale dell'energia generata. Di conseguenza, in uscita si verifica una forte pulsazione di corrente e la sua potenza diminuisce.

Una stazione di protezione elettrochimica dell'inverter presenta un vantaggio rispetto a quella del trasformatore. Il suo principio si basa sul funzionamento di convertitori di impulsi ad alta frequenza. Una caratteristica dei dispositivi inverter è la dipendenza delle dimensioni dell'unità trasformatore dalla frequenza di conversione della corrente. Con una frequenza del segnale più elevata, è necessario meno cavo e la perdita di calore è ridotta. Nelle stazioni inverter, grazie ai filtri di livellamento, il livello di ondulazione della corrente prodotta ha un'ampiezza minore.

Il circuito elettrico che alimenta la stazione di protezione catodica si presenta così: messa a terra anodica - terreno - isolamento dell'oggetto protetto.

Quando si installa una stazione di protezione dalla corrosione, vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

posizione della messa a terra dell'anodo (anode-ground);
resistenza del suolo;
conduttività elettrica dell'isolamento dell'oggetto.

Impianti di protezione degli scarichi per gasdotti

Con il metodo di drenaggio della protezione elettrochimica non è necessaria una fonte di corrente; il gasdotto, utilizzando le correnti vaganti nel terreno, comunica con le rotaie di trazione del trasporto ferroviario. L'interconnessione elettrica è ottenuta grazie alla differenza di potenziale tra le rotaie ferroviarie e il gasdotto.

Mediante la corrente di drenaggio si crea uno spostamento del campo elettrico del gasdotto situato nel terreno. Il ruolo protettivo in questo progetto è svolto dai fusibili e dagli interruttori automatici di carico massimo con ripristino, che regolano il funzionamento del circuito di drenaggio dopo una caduta dell'alta tensione.

Il sistema di drenaggio elettrico polarizzato viene realizzato utilizzando attacchi a valvola di blocco. La regolazione della tensione con questa installazione viene effettuata commutando resistori attivi. Se il metodo fallisce, vengono utilizzati scarichi elettrici più potenti sotto forma di protezione elettrochimica, in cui un binario ferroviario funge da conduttore di messa a terra dell'anodo.

Impianti di protezione elettrochimica galvanica

L'uso di impianti di protezione per la protezione galvanica delle condutture è giustificato se non è presente alcuna fonte di tensione vicino all'impianto - una linea elettrica o la sezione del gasdotto non è sufficientemente grande.

Le apparecchiature galvaniche servono a proteggere dalla corrosione:

strutture metalliche interrate non collegate da un circuito elettrico a fonti di corrente esterne;
singole parti non protette di gasdotti;
parti di gasdotti isolate dalla fonte di corrente;
condotte in costruzione temporaneamente non collegate alle stazioni di protezione dalla corrosione;
altre strutture metalliche interrate (pali, cartucce, serbatoi, supporti, ecc.).

La protezione galvanica funzionerà meglio in terreni con resistività elettrica entro 50 ohm.

Installazioni con anodi estesi o distribuiti

Quando si utilizza una stazione di trasformazione con protezione dalla corrosione, la corrente viene distribuita lungo una sinusoide. Ciò ha un effetto negativo sul campo elettrico protettivo. O si verifica una tensione eccessiva nel punto di protezione, che comporta un elevato consumo di energia, o una dispersione di corrente incontrollata, che rende inefficace la protezione elettrochimica del gasdotto.

La pratica di utilizzare anodi estesi o distribuiti aiuta ad aggirare il problema della distribuzione non uniforme dell'elettricità. L'inclusione di anodi distribuiti nello schema di protezione elettrochimica del gasdotto aiuta ad aumentare la zona di protezione dalla corrosione e ad appianare la linea di tensione. Con questo schema gli anodi vengono posizionati nel terreno lungo l'intero gasdotto.

Una resistenza di regolazione o un'attrezzatura speciale assicurano che la corrente cambi entro i limiti richiesti, che la tensione di terra anodica cambi e con ciò venga regolato il potenziale protettivo dell'oggetto.

Se vengono utilizzati più elettrodi di terra contemporaneamente, la tensione dell'oggetto protetto può essere modificata modificando il numero di anodi attivi.

L'ECP di una condotta che utilizza protettori si basa sulla differenza di potenziale tra il protettore e il gasdotto situato nel terreno. Il terreno in questo caso è un elettrolita; il metallo viene ripristinato e il corpo del protettore viene distrutto.

Video: Protezione contro le correnti vaganti

A.I. Kheifets, capo del servizio di protezione elettrochimica,
OJSC "Rete di riscaldamento di San Pietroburgo", San Pietroburgo

introduzione

La protezione delle condutture della rete di riscaldamento dalla corrosione è un compito molto importante, la cui soluzione determina in gran parte l'affidabilità dell'intero sistema centralizzato di fornitura di calore. A San Pietroburgo prevalgono le reti di riscaldamento sotterranee, che funzionano in condizioni corrosive, causate sia da una fitta rete di comunicazioni sotterranee a lunga distanza e dal trasporto elettrificato sviluppato, sia dalla saturazione di suoli e suoli con umidità e reagenti chimici. Esistono due modi principali per proteggere i metalli dalla corrosione: passivo - applicando rivestimenti isolanti sulla loro superficie e attivo - utilizzando mezzi di protezione elettrochimica.

Una piccola teoria

Le strutture metalliche utilizzate in vari ambienti (atmosfera, acqua, suolo) sono soggette agli effetti distruttivi di questo ambiente. La distruzione di un metallo a causa della sua interazione con l'ambiente esterno si chiama corrosione. L'essenza del processo di corrosione è la rimozione degli atomi dal reticolo metallico, che può avvenire in due modi, motivo per cui si distingue tra corrosione semplicemente chimica ed elettrochimica.

La corrosione è chimica se, dopo la rottura del legame metallico, gli atomi del metallo sono direttamente collegati da un legame chimico con quegli atomi o gruppi di atomi che fanno parte degli agenti ossidanti che portano via gli elettroni di valenza del metallo. Il processo avviene senza la partecipazione di elettroni liberi e non è accompagnato dalla comparsa di una corrente elettrica. Un esempio è la formazione di incrostazioni quando i materiali a base di ferro reagiscono ad alte temperature con l'ossigeno.

La corrosione è elettrochimica se uno ione metallico carico positivamente lascia il reticolo metallico, cioè catione, entra in contatto non con l'agente ossidante, ma con altri componenti dell'ambiente corrosivo, e gli elettroni vengono trasferiti all'agente ossidante, rilasciati durante la formazione del catione. Nella corrosione elettrochimica, la rimozione degli atomi da un reticolo metallico viene effettuata non come risultato di uno, come nella corrosione chimica, ma di due processi elettrochimici indipendenti, ma interconnessi: anodico (transizione dei cationi metallici "catturati" in soluzione) e catodico (legame degli elettroni rilasciati da parte di un ossidante). Gli agenti ossidanti sono gli ioni idrogeno, che si trovano ovunque sia presente acqua, e le molecole di ossigeno. La corrosione elettrochimica è accompagnata dalla comparsa di corrente elettrica.

Le condotte delle reti di riscaldamento sono oggetti estesi e le loro varie sezioni non sono in condizioni uguali dal punto di vista dello sviluppo dei processi di corrosione. Suoli e suoli assorbono le precipitazioni e sciolgono l'acqua in modi diversi e hanno una diversa permeabilità all'aria. Anche la resistività elettrica dei suoli è diversa; è il suo valore (più basso è più pericoloso) che caratterizza l'aggressività corrosiva dell'ambiente. Di conseguenza, lungo la superficie delle tubazioni si formano aree in cui si svolgono prevalentemente reazioni anodiche o catodiche. La conduttività elettrica del metallo è molto elevata; gli elettroni vengono ridistribuiti quasi istantaneamente dai luoghi in cui avviene la reazione anodica ai luoghi in cui avviene la reazione catodica (Fig. 1). Nascono infatti qualcosa come celle galvaniche o batterie, in cui il terreno svolge il ruolo di elettrolita e il circuito esterno è una struttura metallica sotterranea. Le zone anodiche sono l'elettrodo positivo ("+") e le zone catodiche sono l'elettrodo negativo ("-"). Quando una corrente elettrica scorre nelle zone anodiche, gli atomi fuoriescono continuamente dal reticolo metallico nell'ambiente esterno, cioè dissoluzione del metallo.

Un pericolo particolare per le condutture delle reti di riscaldamento sono le correnti vaganti che si verificano a causa della dispersione di parte della corrente dai circuiti elettrici di trasporto nel terreno o in soluzioni acquose, dove cadono su strutture metalliche. Laddove la corrente esce da queste strutture, si verifica nuovamente la dissoluzione anodica del metallo nel terreno o nell'acqua. Tali zone sono particolarmente spesso osservate nelle aree di trasporto elettrico terrestre. La corrosione dovuta alle correnti vaganti è talvolta chiamata corrosione elettrica. Tali correnti possono raggiungere valori di diversi ampere. Per dare un’idea: una corrente di 1 A, secondo la prima legge di Faraday, provoca la dissoluzione di ferro nella quantità di 9,1 kg nel corso di un anno. Se la corrente è concentrata su un'area di 1 m2, ciò corrisponde a una diminuzione dello spessore della parete del tubo di 1,17 mm all'anno, ovvero in 6 anni diminuirebbe di 7 mm.

Il principio di funzionamento della protezione elettrochimica (ECP) della superficie esterna di un metallo contro la corrosione si basa sul fatto che spostando il potenziale del metallo facendo passare una corrente elettrica esterna, è possibile modificare la velocità della sua corrosione. La relazione tra potenziale e velocità di corrosione non è lineare e ambigua.

L'ECP basata sull'applicazione della corrente catodica è chiamata protezione catodica. In condizioni di produzione, è implementato in due versioni.

1. Nella prima opzione, il necessario spostamento di potenziale è assicurato collegando la struttura protetta a una sorgente di tensione esterna come catodo e gli elettrodi ausiliari sono utilizzati come anodo (Fig. 2).

La sorgente è un raddrizzatore regolabile, che converte la tensione di frequenza industriale in tensione continua e gli elettrodi di messa a terra dell'anodo sono combinati in un circuito, la cui composizione e posizione degli elettrodi sono determinate mediante calcolo. Durante il funzionamento, la massa degli elettrodi del circuito di messa a terra dell'anodo diminuisce in modo monotono.

La polarizzazione catodica di una struttura metallica non isolata al potenziale protettivo minimo richiede correnti significative, quindi la protezione catodica viene solitamente utilizzata insieme a rivestimenti isolanti applicati sulla superficie esterna della struttura protetta. Il rivestimento superficiale riduce la corrente richiesta di diversi ordini di grandezza. Con la protezione catodica è necessario controllare anche il valore del potenziale massimo, perché un suo valore troppo elevato può portare al distacco del rivestimento isolante dalla parete della tubazione. I documenti normativi (Istruzioni standard per la protezione delle condotte della rete di riscaldamento dalla corrosione esterna RD 153-34.0-20.518-2003) stabiliscono che il potenziale di protezione minimo per le reti di riscaldamento è 1,1 V e il massimo 2,5 V nella direzione negativa rispetto al Elettrodo di riferimento al solfato di rame non polarizzante. Tali valori devono essere garantiti in tutta l’area protetta, e ciò si ottiene tanto più accuratamente quanto meglio è isolato il metallo dal terreno.

2. La seconda opzione per la protezione catodica è la protezione galvanica (o sacrificale) (Fig. 3). Il principio del suo funzionamento si basa sul fatto che diversi metalli sono caratterizzati da diversi valori dei potenziali standard degli elettrodi. La polarizzazione catodica della struttura protetta si ottiene grazie al suo contatto con un metallo più elettronegativo. Quest'ultimo funge da anodo e la sua dissoluzione elettrochimica garantisce il flusso di corrente catodica attraverso il metallo protetto. L'anodo stesso, costituito da magnesio, zinco, alluminio e loro leghe, si deteriora gradualmente. Il vantaggio della protezione del battistrada è che non richiede una fonte di tensione esterna, ma questo tipo di protezione può essere utilizzato solo su tratti di tubazione relativamente brevi (fino a 60 m), nonché su involucri in acciaio.

3. Per proteggere le tubazioni delle reti di riscaldamento dalla corrosione esterna sotto l'influenza di correnti vaganti, viene utilizzato il drenaggio elettrico (drenaggio) - una connessione con un conduttore metallico dell'area da cui scorrono queste correnti con la rotaia del tram o dei binari ferroviari. A grande distanza dalla rotaia, quando tale drenaggio è difficile da realizzare, viene utilizzato un ulteriore anodo in ghisa, che viene interrato nel terreno e collegato all'area protetta.

Nei luoghi in cui l'effetto elettrolitico delle correnti vaganti si combina con le correnti delle coppie galvaniche, può verificarsi un forte aumento della velocità dei processi di corrosione. In questi casi vengono utilizzati impianti di drenaggio potenziato (Fig. 4), che consentono non solo di rimuovere le correnti vaganti dalle tubazioni, ma anche di fornire loro il necessario potenziale protettivo. Il drenaggio rinforzato è una stazione catodica convenzionale, collegata con il polo negativo alla struttura da proteggere, e con il polo positivo non alla messa a terra anodica, ma alle rotaie di trasporto elettrificato.

4. Le installazioni ECP dei proprietari di servizi sotterranei adiacenti, come i gasdotti, possono avere un forte effetto corrosivo sulle condotte della rete di riscaldamento (Fig. 5a). Se le condotte si trovano nella zona di azione della corrente catodica di un'installazione “estranea”, la distruzione nei punti in cui questa corrente esce dal tubo d'acciaio nel terreno sarà la stessa causata dalle correnti vaganti. Per protezione, è necessario collegare le tubazioni delle reti di riscaldamento con il polo negativo della sorgente di tensione (Fig. 5b).

È possibile spostare il potenziale di un metallo per proteggerlo dalla corrosione non solo verso valori negativi, ma anche verso valori positivi. In questo caso, alcuni metalli passano in uno stato passivo e la corrente di dissoluzione del metallo diminuisce decine di volte. Questo tipo di protezione è detta anodica; il suo vantaggio è che sono necessarie basse correnti per mantenere lo stato passivo del metallo. Tuttavia, se l'elettrolita contiene ioni di cloro e zolfo, la corrosione del metallo può aumentare notevolmente e l'apparecchiatura polarizzata anodica stessa potrebbe guastarsi. La protezione anodica non viene utilizzata per le reti di riscaldamento.

L'ECP presso JSC Heating Network di San Pietroburgo è gestito e sviluppato come un sistema, vale a dire un insieme di componenti correlati: mezzi tecnici fissi, controllo strumentale e un database di informazioni.

In conformità con i programmi, gli specialisti del servizio ECP eseguono regolarmente misurazioni della corrosione secondo la metodologia stabilita in tutte le sezioni delle reti principali e di distribuzione nei luoghi di accesso alle condotte sotterranee (camere termiche). Dopo l'elaborazione dei risultati della misurazione vengono determinate le zone anodiche e catodiche delle tubazioni, le zone di protezione e le aree di influenza pericolosa delle correnti vaganti. Inoltre, le misurazioni della corrosione vengono effettuate durante gli scavi pianificati e durante l'eliminazione dei difetti nelle reti di riscaldamento, dove vengono integrate dal risultato dell'analisi chimica del terreno. I risultati delle misurazioni vengono sistematizzati e archiviati; costituiscono informazioni preziose sia per la corretta organizzazione del funzionamento delle apparecchiature termomeccaniche che per la pianificazione della costruzione di ulteriori impianti ECP.

Ispezioni più dettagliate e approfondite sulla corrosione delle zone principali del riscaldamento vengono eseguite da un appaltatore specializzato. Queste ispezioni vengono eseguite in aree a rischio di corrosione, solitamente dopo la ricostruzione (trasferimento) delle reti di riscaldamento, perché l'uso di moderni tipi di isolamento, strutture e tecnologie garantisce un migliore isolamento galvanico del metallo dal calcestruzzo e dal terreno rispetto a prima. Ciò significa, tra l'altro, un possibile cambiamento dei confini delle zone anodica e catodica, aree di influenza delle correnti vaganti. I risultati delle indagini sono presentati sotto forma di rapporti contenenti informazioni sui cambiamenti nei valori dei potenziali degli elettrodi in diverse aree della superficie delle condotte in diverse modalità operative (Fig. 6) non solo delle proprie, ma anche di quelle di apparecchiature ECP di terze parti. Utilizzando metodi di modellazione matematica (Fig. 7), vengono calcolati il tipo, la quantità e la posizione delle apparecchiature ECP aggiuntive necessarie per l'ulteriore progettazione.

Attualmente la rete di riscaldamento OJSC di San Pietroburgo possiede 432 impianti ECP, di cui: impianti di protezione catodica - 204 unità. (compresi gli impianti di protezione catodica appartenenti alla categoria di protezione congiunta contro la corrosione esterna delle tubazioni delle reti di riscaldamento e dei gasdotti posati nelle vicinanze - 20 pezzi); installazioni di drenaggio potenziato - 8 pezzi .; installazioni di protezione del battistrada - 220 pz. La manutenzione degli impianti di protezione catodica dei giunti viene effettuata da Antikor OJSC.

In conformità con i requisiti dei documenti normativi (Protezione dalla corrosione. Progettazione della protezione elettrochimica delle strutture sotterranee. STO Gazprom 2-3.5-047-2006), le installazioni ECP non dovrebbero avere un impatto negativo sulle comunicazioni vicine. OJSC Antikor, impegnata nella protezione elettrochimica dei gasdotti a San Pietroburgo, durante la ricostruzione e la nuova costruzione dei suoi impianti, informa tempestivamente OJSC Heating Network di San Pietroburgo sulla fattibilità tecnica del collegamento di sezioni delle reti di riscaldamento all'ECP di gasdotti, se previsto dal progetto.

Durante il funzionamento di tutti gli impianti ECP, ad eccezione del drenaggio, la massa dei loro elettrodi messi a terra viene continuamente persa, perché ciò costituisce l'essenza fisica della protezione elettrochimica. Il momento della “morte” del circuito di messa a terra o del protettore dell'anodo arriva inevitabilmente. È possibile e necessario garantire un periodo di funzionamento specifico tra le riparazioni importanti degli impianti ECP utilizzando calcoli corretti

il numero e la posizione richiesti degli elementi, la selezione di materiali di qualità, il rigoroso rispetto della tecnologia di installazione. Potrebbero verificarsi casi di guasto dell'elettrodo a causa di danni al punto locale. Dal 2010, durante la ricostruzione e la nuova costruzione, utilizziamo conduttori di messa a terra dell'anodo di ferrosilide ElZhK-1500 con protezione dell'unità di contatto invece del precedente EGT-1450. Negli ultimi anni nelle installazioni ECP sono stati utilizzati solo convertitori automatici dei tipi UKZTA e PKZ-AR (Fig. 8), che consentono di mantenere continuamente i valori specificati della corrente anodica o del potenziale di protezione sull'elettrodo tubatura.

Particolare importanza ha acquisito la pratica di dotare gli impianti ECP di registratori telemetrici (Fig. 9). Questi dispositivi, realizzati sotto forma di unità integrate, trasmettono continuamente in remoto informazioni sui valori delle quantità elettriche variabili nel tempo a un computer dedicato (Fig. 10). Si stanno creando archivi per analizzare il funzionamento degli impianti ECP. Inoltre il sistema di telemetria dispone di una funzione di allarme per l'accesso non autorizzato di persone non autorizzate agli impianti.

Vale la pena notare che prima dell'inizio dei lavori di costruzione e installazione, l'appaltatore informa il cliente, l'organizzazione di progettazione, l'organizzazione che fornisce la supervisione tecnica della costruzione e l'organizzazione al cui servizio verranno trasferiti gli impianti di protezione in costruzione circa la data di inizio di lavoro.

La nostra azienda si occupa della protezione elettrochimica delle reti di riscaldamento dalla corrosione esterna dal 1960, ad es. più di 50 anni. Nel corso degli anni, gli specialisti ECP hanno fatto parte di varie divisioni di produzione e, dopo la formazione della rete di riscaldamento di San Pietroburgo OJSC nel 2010, è stato creato un servizio ECP separato. Oggi è composta da 13 persone che risolvono problemi tecnici ed organizzativi.

I compiti tecnici comprendono: deviazioni giornaliere di due squadre di elettricisti lungo determinati percorsi di impianti ECP con manutenzione. Allo stesso tempo, viene monitorato se organizzazioni terze eseguono lavori di scavo nell'area dei nostri impianti senza un'adeguata registrazione.

La manutenzione degli impianti ECP comprende:

■ ispezione di tutti gli elementi dell'impianto al fine di identificare difetti esterni, verifica della tenuta dei contatti, funzionalità dell'installazione, assenza di danni meccanici ai singoli elementi, assenza di bruciature e segni di surriscaldamento, assenza di scavi sul percorso dei cavi di drenaggio e messa a terra dell'anodo;

■ verifica della funzionalità dei fusibili (se presenti);

■ pulizia dell'alloggiamento del drain e del convertitore catodico, dell'unità di protezione del giunto all'esterno e all'interno;

■ misura di corrente e tensione all'uscita del convertitore o tra anodi galvanici (protettori) e tubazioni;

■ misurazione del potenziale della tubazione nel punto di connessione dell'impianto;

■ annotare nel registro dell'installazione i risultati del lavoro svolto;

■ misurazione dei potenziali in punti di misura fissi.

Periodicamente vengono effettuate riparazioni correnti e monitoraggio delle prestazioni delle apparecchiature ECP. Gli specialisti del servizio ECP effettuano la supervisione tecnica della revisione, ricostruzione e costruzione di capitale delle installazioni ECP da parte degli appaltatori. Viene monitorata la conformità dei lavori di costruzione e installazione eseguiti con il progetto.

Le riparazioni attuali includono:

■ misurazione della resistenza di isolamento dei cavi di alimentazione;

■ riparazione delle linee elettriche;

■ riparazione del gruppo raddrizzatore;

■ riparazione del cavo di drenaggio.

Il monitoraggio dell'efficienza di un impianto ECP implica la misurazione dei potenziali di protezione nei punti di misurazione presenti nell'intera zona di protezione di un determinato impianto ECP. L'efficacia dell'ECP delle condotte della rete di riscaldamento viene monitorata almeno due volte l'anno, nonché quando cambiano i parametri operativi degli impianti ECP e quando cambiano le condizioni di corrosione associate a:

■ posa di nuove strutture interrate;

■ in relazione a lavori di riparazione sulle reti di riscaldamento;

■ installazione di ECP su utenze interrate adiacenti.

Gli specialisti del servizio ECP effettuano la supervisione tecnica della revisione, ricostruzione e costruzione di capitale delle installazioni ECP da parte degli appaltatori. Viene monitorata la conformità dei lavori di costruzione e installazione eseguiti con il progetto.

I compiti organizzativi comprendono, innanzitutto, l'ottenimento del permesso di fornire energia alle stazioni ECP dalle reti di JSC Lenenergo. Si tratta di un algoritmo a più passaggi, accompagnato da una grande quantità di documentazione. Oltre alla fornitura di energia elettrica, il servizio ECP è impegnato nella preparazione di programmi mirati per nuove costruzioni e riparazioni, verifica e approvazione di progetti e preparazione di specifiche tecniche.

Gli impianti ECP contro la corrosione esterna delle strutture metalliche vengono utilizzati da 100 anni. Il principio fisico e chimico del loro funzionamento rimane invariato, ma per aumentarne la durata e ridurre i costi di capitale e di esercizio è necessario cercare e trovare nuove soluzioni tecniche. L'uso di elettrodi estesi per la messa a terra anodica sembra promettente. Gli elettrodi elastomerici vengono posati orizzontalmente in una trincea lungo le tubazioni della rete di riscaldamento in profondità

1,5 me sono divisi in più sezioni per aumentarne la manutenibilità. Il costo di tali installazioni è inferiore rispetto all'utilizzo dei tradizionali circuiti di messa a terra anodica. Nel 2011 erano già stati realizzati due impianti con elettrodi orizzontali.

Continuerà a dotare le installazioni ECP di unità di telemetria e, in futuro, le informazioni sul funzionamento di tutte le installazioni verranno trasmesse e archiviate in remoto.

Nel 2011 è stato completato un progetto di misurazione automatizzata dell'energia elettrica per 59 impianti ECP, la cui implementazione è prevista per il 2012

Sono già iniziati i lavori per l'inserimento del database degli impianti ECP nel sistema informativo e analitico unificato della rete di riscaldamento OJSC di San Pietroburgo. In futuro, ciò consentirà di determinare in modo rapido e preciso le priorità nell'elaborazione di un programma per la ricostruzione di sezioni delle reti di riscaldamento e di organizzare correttamente i lavori di scavo durante l'eliminazione dei difetti.

Lo scopo principale dell'ECP delle reti di riscaldamento è garantire il funzionamento delle condotte senza danni durante l'intero periodo regolatorio (25 anni). Per raggiungere questo obiettivo è necessario trattare l’ECP come un sistema, senza trascurare nessuno dei suoi componenti specificati in questo articolo. Possono essere utili alcune considerazioni generali.

1. Nelle aree a rischio di corrosione è necessario mettere in servizio l'ECP il più presto possibile dopo la costruzione o la ricostruzione di una sezione della rete di riscaldamento, ad es. proteggere il metallo da zero.

2. Su un tratto di condotte elettricamente scarsamente isolato dal suolo (distruzione dell'isolamento termico, contatto del metallo con strutture in calcestruzzo, ecc.), l'installazione dell'ECP sarà di scarsa efficacia, perché la corrente protettiva da essa creata non sarà distribuita per centinaia di metri lungo i tubi, ma scorrerà nel terreno nel punto di “cortocircuito”.

3. Se viene rilevata la bassa efficienza dell'impianto ECP esistente (piccola differenza nel valore del potenziale metallico quando l'impianto è acceso e spento), è necessario ricostruirlo modificando la posizione del circuito di messa a terra dell'anodo (AGC ) in relazione alle condotte protette.

4. Durante la ricostruzione e la nuova costruzione di impianti ECP, è consigliabile utilizzare le migliori marche di elettrodi per KAZ, perché il guasto del circuito significa il guasto dell'intero impianto e per ripristinare il KAZ dovranno essere eseguiti costosi lavori di scavo.

5. Il coordinamento delle attività relative all'ECP con altri proprietari di comunicazioni sotterranee consentirà di adottare misure per proteggere le condutture delle reti di riscaldamento dall'influenza dannosa degli impianti ECP “stranieri” e, in alcuni casi, di organizzare una protezione congiunta.

L'esperienza operativa delle reti di riscaldamento della JSC Heating Network di San Pietroburgo dimostra in modo convincente che l'ECP è stato e rimane una componente importante in una serie di misure per aumentare l'affidabilità della fornitura di calore a San Pietroburgo.

UN. G. Semenov, generale direttore, JV "Elkon", G. Chisinau; l. P. Sysa, primo ingegnere Di ECP, NPK "Vettore", G. Mosca

introduzione

Le stazioni di protezione catodica (CPS) sono un elemento necessario del sistema di protezione elettrochimica (o catodica) (ECP) delle condotte sotterranee contro la corrosione. Quando scelgono VCS, molto spesso procedono dal costo più basso, dalla facilità di servizio e dalle qualifiche del personale operativo. La qualità delle apparecchiature acquistate è solitamente difficile da valutare. Gli autori propongono di considerare i parametri tecnici della SCZ specificati nei passaporti, che determinano quanto bene verrà eseguito il compito principale della protezione catodica.

Gli autori non hanno perseguito l'obiettivo di esprimersi in un linguaggio strettamente scientifico nella definizione dei concetti. Nel processo di comunicazione con il personale dei servizi ECP, ci siamo resi conto che è necessario aiutare queste persone a sistematizzare i termini e, soprattutto, dare loro un'idea di ciò che sta accadendo sia nella rete elettrica che nel VCP stesso .

CompitoECP

La protezione catodica viene effettuata quando la corrente elettrica fluisce dall'SCZ attraverso un circuito elettrico chiuso formato da tre resistenze collegate in serie:

· resistenza del terreno tra la tubazione e l'anodo; Anodo la resistenza alla diffusione;

· resistenza di isolamento della tubazione.

La resistenza del terreno tra il tubo e l'anodo può variare notevolmente a seconda della composizione e delle condizioni esterne.

L'anodo è una parte importante del sistema ECP e funge da elemento di consumo, la cui dissoluzione garantisce la possibilità stessa di implementare l'ECP. La sua resistenza aumenta costantemente durante il funzionamento a causa dello scioglimento, della diminuzione della superficie di lavoro effettiva e della formazione di ossidi.

Consideriamo la stessa conduttura metallica, che è l'elemento protetto dell'ECP. L'esterno del tubo metallico è ricoperto di isolamento, nel quale durante il funzionamento si formano delle crepe a causa degli effetti di vibrazioni meccaniche, variazioni di temperatura stagionali e giornaliere, ecc. L'umidità penetra attraverso le fessure formate nell'isolamento idro e termico della tubazione e si verifica il contatto del metallo del tubo con il terreno, formando così una coppia galvanica che facilita la rimozione del metallo dal tubo. Maggiore è il numero delle crepe e le loro dimensioni, maggiore è la quantità di metallo rimosso. Si verifica quindi una corrosione galvanica in cui scorre una corrente di ioni metallici, ad es. elettricità.

Poiché la corrente scorre, è nata la grande idea di prendere una fonte di corrente esterna e accenderla per incontrare proprio questa corrente, a causa della quale il metallo viene rimosso e si verifica la corrosione. Ma sorge la domanda: quale grandezza dovrebbe essere data a questa corrente creata dall'uomo? Sembra che più e meno diano una corrente di rimozione del metallo pari a zero. Come misurare questa corrente? L'analisi ha mostrato che la tensione tra il tubo metallico e il terreno, ad es. su entrambi i lati dell'isolamento, dovrebbe essere compreso tra -0,5 e -3,5 V (questa tensione è chiamata potenziale di protezione).

CompitoSKZ

Il compito dell'SCP non è solo fornire corrente al circuito ECP, ma anche mantenerla in modo che il potenziale di protezione non superi i limiti accettati.

Pertanto, se l'isolamento è nuovo e non è stato danneggiato, la sua resistenza alla corrente elettrica è elevata ed è necessaria una piccola corrente per mantenere il potenziale richiesto. Con l’invecchiamento dell’isolamento, la sua resistenza diminuisce. Di conseguenza aumenta la corrente di compensazione richiesta dalla SCZ. Aumenterà ancora di più se compaiono crepe nell'isolamento. La stazione deve essere in grado di misurare il potenziale di protezione e modificare di conseguenza la corrente di uscita. E non è necessario altro dal punto di vista del compito dell'ECP.

ModalitàlavoroSKZ

Possono esserci quattro modalità operative dell'ECP:

· senza stabilizzazione dei valori di corrente o tensione in uscita;

· Stabilizzazione della tensione di uscita;

· stabilizzazione della corrente in uscita;

· I stabilizzazione del potenziale protettivo.

Diciamo subito che nell'intervallo accettato di cambiamenti in tutti i fattori influenti, l'attuazione dell'attività ECP è pienamente garantita solo quando si utilizza la quarta modalità. Che è accettato come standard per la modalità operativa VCS.

Il sensore di potenziale fornisce alla stazione informazioni sul livello di potenziale. La stazione cambia la sua corrente nella direzione desiderata. I problemi iniziano dal momento in cui è necessario installare questo potenziale sensore. È necessario installarlo in una determinata posizione calcolata, è necessario scavare una trincea per il cavo di collegamento tra la stazione e il sensore. Chiunque abbia effettuato comunicazioni in città sa quale seccatura sia. Inoltre, il sensore richiede una manutenzione periodica.

Nelle condizioni in cui si verificano problemi con la modalità operativa con potenziale feedback, procedere come segue. Quando si utilizza la terza modalità, si presuppone che lo stato dell'isolamento a breve termine cambi poco e che la sua resistenza rimanga praticamente stabile. Pertanto è sufficiente garantire il flusso di corrente stabile attraverso una resistenza di isolamento stabile e otteniamo un potenziale di protezione stabile. A medio e lungo termine gli adeguamenti necessari possono essere apportati da un guardalinee appositamente formato. La prima e la seconda modalità non impongono requisiti elevati al VCS. Queste stazioni sono semplici nel design e, di conseguenza, economiche, sia da produrre che da gestire. Apparentemente questa circostanza determina l'uso di tale SCZ nell'ECP di oggetti situati in condizioni di bassa attività corrosiva dell'ambiente. Se le condizioni esterne (stato di isolamento, temperatura, umidità, correnti vaganti) cambiano al punto da formare una modalità inaccettabile sull'oggetto protetto, queste stazioni non possono svolgere il loro compito. Per adeguarne la modalità è necessaria la presenza frequente di personale addetto alla manutenzione, altrimenti il compito dell'ECP risulta parzialmente completato.

CaratteristicheSKZ

Prima di tutto, VCS deve essere selezionato in base ai requisiti stabiliti nei documenti normativi. E, probabilmente, la cosa più importante in questo caso sarà GOST R 51164-98. L'appendice “I” del presente documento stabilisce che l'efficienza della stazione deve essere almeno del 70%. Il livello di interferenza industriale creato dall'RMS non deve superare i valori specificati da GOST 16842 e il livello di armoniche in uscita deve essere conforme a GOST 9.602.

Il passaporto SPS solitamente indica: potenza di uscita nominale;

Efficienza alla potenza di uscita nominale.

La potenza di uscita nominale è la potenza che una stazione può fornire al carico nominale. Tipicamente questo carico è 1 ohm. L'efficienza è definita come il rapporto tra la potenza di uscita nominale e la potenza attiva consumata dalla stazione in modalità nominale. E in questa modalità, l'efficienza è la più alta tra tutte le stazioni. Tuttavia, la maggior parte dei VCS non funziona in modalità nominale. Il fattore di carico di potenza varia da 0,3 a 1,0. In questo caso, l’efficienza reale della maggior parte delle stazioni oggi prodotte diminuirà notevolmente al diminuire della potenza in uscita. Ciò è particolarmente evidente per gli SSC dei trasformatori che utilizzano tiristori come elemento di regolazione. Per RMS senza trasformatore (ad alta frequenza), il calo di efficienza con una diminuzione della potenza di uscita è significativamente inferiore.

Nella figura è possibile vedere una visione generale della variazione di efficienza per VMS di diversi modelli.

Dalla fig. Si può vedere che se utilizzi una stazione, ad esempio, con un'efficienza nominale del 70%, preparati al fatto di aver sprecato inutilmente un altro 30% dell'elettricità ricevuta dalla rete. E questo è nel migliore dei casi di potenza di uscita nominale.

Con una potenza di uscita pari a 0,7 del valore nominale, dovresti essere preparato al fatto che le tue perdite di elettricità saranno pari all'energia utile spesa. Dove si perde così tanta energia?

· perdite ohmiche (termiche) negli avvolgimenti di trasformatori, induttanze e negli elementi attivi del circuito;

· costi energetici per il funzionamento del circuito di controllo della stazione;

· perdite di energia sotto forma di emissioni radio; perdita di energia di pulsazione della corrente di uscita della stazione sul carico.

Questa energia viene irradiata nel terreno dall'anodo e non produce lavoro utile. Pertanto è assolutamente necessario utilizzare stazioni con un basso coefficiente di pulsazione, altrimenti si spreca energia costosa. Ad alti livelli di pulsazione ed emissione radio non solo aumentano le perdite di elettricità, ma questa energia inutilmente dissipata interferisce anche con il normale funzionamento di un gran numero di apparecchiature elettroniche situate nell'area circostante. Il passaporto SKZ indica anche la potenza totale richiesta, proviamo a capire questo parametro. L'SKZ prende energia dalla rete elettrica e lo fa in ogni unità di tempo con la stessa intensità che gli abbiamo permesso di fare con la manopola di regolazione sul pannello di controllo della stazione. Naturalmente, puoi prelevare energia dalla rete con una potenza non superiore alla potenza di questa stessa rete. E se la tensione nella rete cambia in modo sinusoidale, la nostra capacità di prelevare energia dalla rete cambia in modo sinusoidale 50 volte al secondo. Ad esempio, nel momento in cui la tensione di rete passa per lo zero, da essa non è possibile prelevare energia. Quando però la sinusoide di tensione raggiunge il suo massimo, allora in quel momento la nostra capacità di prelevare energia dalla rete è massima. In qualsiasi altro momento questa opportunità è minore. Pertanto, risulta che in qualsiasi momento la potenza della rete differisce dalla sua potenza nel momento successivo. Questi valori di potenza sono chiamati potenza istantanea in un dato momento e questo concetto è difficile da gestire. Pertanto, abbiamo concordato sul concetto della cosiddetta potenza effettiva, che viene determinata da un processo immaginario in cui una rete con una variazione di tensione sinusoidale viene sostituita da una rete con una tensione costante. Quando abbiamo calcolato il valore di questa tensione costante per le nostre reti elettriche, è risultato pari a 220 V: è stata chiamata tensione effettiva. E il valore massimo della sinusoide di tensione è stato chiamato tensione di ampiezza ed è pari a 320 V. Per analogia con la tensione, è stato introdotto il concetto di valore di corrente efficace. Il prodotto del valore effettivo della tensione e del valore effettivo della corrente è chiamato consumo energetico totale e il suo valore è indicato nel passaporto RMS.

E tutta la potenza del VCS stesso non viene utilizzata completamente, perché contiene vari elementi reattivi che non sprecano energia, ma la usano come per creare le condizioni affinché il resto dell'energia passi nel carico, per poi restituire questa energia di sintonizzazione alla rete. Questa energia restituita è chiamata energia reattiva. L'energia che viene trasferita al carico è energia attiva. Il parametro che indica il rapporto tra l'energia attiva che deve essere trasferita al carico e l'energia totale fornita al VMS si chiama fattore di potenza ed è indicato nel passaporto della stazione. E se coordiniamo le nostre capacità con quelle della rete di fornitura, ad es. in sincronia con la variazione sinusoidale della tensione di rete, ne prendiamo energia, quindi questo caso si chiama ideale e il fattore di potenza del VMS che opera con la rete in questo modo sarà pari all'unità.

La stazione deve trasferire l'energia attiva nel modo più efficiente possibile per creare un potenziale protettivo. L'efficienza con cui l'SKZ fa ciò viene valutata dal fattore di efficienza. La quantità di energia consumata dipende dal metodo di trasmissione dell'energia e dalla modalità operativa. Senza entrare in questo vasto campo di discussione, diremo solo che gli SSC trasformatore e trasformatore-tiristore hanno raggiunto il limite di miglioramento. Non hanno le risorse per migliorare la qualità del loro lavoro. Il futuro appartiene ai VMS ad alta frequenza, che stanno diventando ogni anno più affidabili e più facili da manutenere. In termini di efficienza e qualità del loro lavoro, superano già i loro predecessori e hanno un ampio margine di miglioramento.

Consumatoreproprietà

Le proprietà di consumo di un dispositivo come SKZ includono quanto segue:

1. Dimensioni, peso E forza. Probabilmente non c'è bisogno di dire che quanto più piccola e leggera è la stazione, tanto minori saranno i costi per il suo trasporto e installazione, sia in fase di installazione che di riparazione.

2. Manutenibilità. La capacità di sostituire rapidamente una stazione o un assieme in loco è molto importante. Con successive riparazioni in laboratorio, ad es. principio modulare di costruzione del VCS.

3. Convenienza V servizio. La facilità di manutenzione, oltre alla facilità di trasporto e riparazione, è determinata, a nostro avviso, da quanto segue:

la presenza di tutti gli indicatori e strumenti di misurazione necessari, la capacità di controllare e monitorare da remoto la modalità operativa del VCS.

conclusioni

Sulla base di quanto sopra, si possono trarre diverse conclusioni e raccomandazioni:

1. Le stazioni di trasformazione e trasformazione a tiristori sono irrimediabilmente obsolete sotto tutti gli aspetti e non soddisfano i requisiti moderni, soprattutto nel campo del risparmio energetico.

2. Una stazione moderna deve avere:

· alta efficienza su tutto il campo di carico;

· fattore di potenza (cos I) non inferiore a 0,75 su tutto il campo di carico;

· fattore di ondulazione della tensione di uscita non superiore al 2%;

· range di regolazione della corrente e della tensione da 0 a 100%;

· corpo leggero, resistente e di piccole dimensioni;

· principio di costruzione modulare, vale a dire avere un'elevata manutenibilità;

· I efficienza energetica.

Altri requisiti per le stazioni di protezione catodica, come protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti; mantenimento automatico di una determinata corrente di carico e altri requisiti sono generalmente accettati e obbligatori per tutti i VCS.

In conclusione proponiamo ai consumatori una tabella comparativa dei parametri delle principali stazioni di protezione catodica prodotte ed attualmente in uso. Per comodità, la tabella mostra stazioni della stessa potenza, sebbene molti produttori possano offrire un'intera gamma di stazioni prodotte.

Quando si posa una tubazione isolata in una trincea e poi la si riempie, il rivestimento isolante può essere danneggiato e durante il funzionamento della tubazione invecchia gradualmente (perde le sue proprietà dielettriche, resistenza all'acqua, adesione). Pertanto, per tutti i metodi di installazione, eccetto quelli fuori terra, le tubazioni sono soggette a una protezione completa contro la corrosione con rivestimenti protettivi e mezzi di protezione elettrochimica (ECP), indipendentemente dall'attività corrosiva del suolo.

I mezzi ECP includono la protezione catodica, sacrificale ed elettrica del drenaggio.

La protezione contro la corrosione del suolo viene effettuata mediante polarizzazione catodica delle tubazioni. Se la polarizzazione catodica viene eseguita utilizzando una fonte esterna di corrente continua, tale protezione viene chiamata catodica, ma se la polarizzazione viene eseguita collegando la tubazione protetta a un metallo che ha un potenziale più negativo, tale protezione viene chiamata sacrificale.

Protezione catodica

Lo schema schematico della protezione catodica è mostrato in figura.

La fonte di corrente continua è la stazione di protezione catodica 3, dove, con l'aiuto di raddrizzatori, la corrente alternata proveniente dalla linea elettrica lungo il percorso 1, che entra attraverso il punto del trasformatore 2, viene convertita in corrente continua.

Il polo negativo della sorgente è collegato alla tubazione protetta 6 mediante il cavo di collegamento 4 e il polo positivo è collegato alla messa a terra dell'anodo 5. Quando la sorgente di corrente è accesa, il circuito elettrico viene chiuso attraverso l'elettrolita del suolo.

Schema schematico della protezione catodica

1 - linee elettriche; 2 - punto trasformatore; 3 - stazione di protezione catodica; 4 - filo di collegamento; 5 - messa a terra anodica; 6 - conduttura

Il principio di funzionamento della protezione catodica è il seguente. Sotto l'influenza del campo elettrico applicato alla sorgente, il movimento degli elettroni di valenza semiliberi inizia nella direzione "messa a terra dell'anodo - sorgente di corrente - struttura protetta". Perdendo elettroni, gli atomi metallici della messa a terra anodica passano sotto forma di atomi di ioni nella soluzione elettrolitica, cioè la messa a terra anodica è distrutta. Gli atomi di ioni subiscono idratazione e vengono rimossi nella profondità della soluzione. Nella struttura protetta, a causa del funzionamento di una fonte di corrente continua, si osserva un eccesso di elettroni liberi, ad es. si creano le condizioni per il verificarsi di reazioni di depolarizzazione dell'ossigeno e dell'idrogeno caratteristiche del catodo.

Le comunicazioni sotterranee dei depositi petroliferi sono protette da installazioni catodiche con vari tipi di messa a terra anodica. La forza di corrente di protezione richiesta dell'installazione del catodo è determinata dalla formula

Jdr =j3 ·F3 ·K0

dove j 3 è il valore richiesto della densità di corrente di protezione; F 3 - superficie totale di contatto delle strutture interrate con il terreno; K 0 è il coefficiente di esposizione delle comunicazioni, il cui valore è determinato in base alla resistenza di transizione del rivestimento isolante R nep e alla resistività elettrica del terreno r g secondo il grafico mostrato nella figura seguente.

Il valore richiesto della densità di corrente di protezione viene selezionato in base alle caratteristiche del terreno nel sito del deposito di petrolio secondo la tabella seguente.

Protezione del battistrada

Il principio di funzionamento della protezione del battistrada è simile al funzionamento di una cella galvanica.

Due elettrodi: la tubazione 1 e il protettore 2, costituiti da un metallo più elettronegativo dell'acciaio, vengono abbassati nell'elettrolita del terreno e collegati tramite il filo 3. Poiché il materiale del protettore è più elettronegativo, sotto l'influenza di una differenza di potenziale, un movimento diretto di gli elettroni si verificano dal protettore alla tubazione lungo il conduttore 3. Allo stesso tempo, gli atomi ionici del materiale del protettore entrano in soluzione, il che porta alla sua distruzione. L'intensità della corrente viene controllata utilizzando la colonna di controllo e misurazione 4.

Dipendenza dei coefficienti di esposizione delle condotte sotterranee dalla resistenza di transizione del rivestimento isolante per la resistività del suolo, Ohm-m

1 — 100; 2 — 50; 3 — 30; 4 — 10; 5 — 5

Dipendenza della densità di corrente di protezione dalle caratteristiche del suolo

Rappresentazione schematica della protezione del battistrada

1 - conduttura; 2: protettore; 3 - filo di collegamento; 4 - colonna di controllo e misurazione

Pertanto, si verifica ancora la distruzione del metallo. Ma non il gasdotto, ma il protettore.

Teoricamente, per proteggere le strutture in acciaio dalla corrosione, si possono utilizzare tutti i metalli situati nella serie di tensione elettrochimica a sinistra del ferro, poiché sono più elettronegativi. In pratica, i protettori sono realizzati solo con materiali che soddisfano i seguenti requisiti:

la differenza di potenziale tra il materiale del battistrada e il ferro (acciaio) dovrebbe essere la più ampia possibile;
la corrente ottenuta per dissoluzione elettrochimica di un'unità di massa del protettore (corrente erogata) deve essere massima;
il rapporto tra la massa del battistrada utilizzata per creare la corrente di protezione e la perdita totale della massa del battistrada (fattore di utilizzo) dovrebbe essere il massimo.

Questi requisiti sono soddisfatti al meglio dalle leghe a base di magnesio, zinco e alluminio.

La protezione del battistrada viene effettuata con protettori concentrati ed estesi. Nel primo caso, la resistività elettrica del terreno non dovrebbe essere superiore a 50 Ohm-m, nel secondo - non più di 500 Ohm-m.

Protezione elettrica del drenaggio delle condotte

Un metodo per proteggere le condotte dalla distruzione causata da correnti vaganti, prevedendo la loro rimozione (drenaggio) dalla struttura protetta a una struttura che è fonte di correnti vaganti o una messa a terra speciale, è chiamato protezione del drenaggio elettrico.

Vengono utilizzati drenaggi diretti, polarizzati e rinforzati.

Schemi schematici della protezione elettrica del drenaggio

a - drenaggio diretto; b — drenaggio polarizzato; c - drenaggio migliorato

Il drenaggio elettrico diretto è un dispositivo di drenaggio con conduttività bilaterale. Il circuito di drenaggio elettrico diretto comprende: reostato K, interruttore K, fusibile Pr e relè di segnale C. L'intensità di corrente nel circuito tubazione-rotaia* è regolata dal reostato. Se il valore corrente supera il valore consentito, il fusibile si brucerà e la corrente scorrerà attraverso l'avvolgimento del relè che, quando acceso, attiva un segnale acustico o luminoso.

Il drenaggio elettrico diretto viene utilizzato nei casi in cui il potenziale della tubazione è costantemente superiore al potenziale della rete ferroviaria, dove vengono scaricate le correnti vaganti. In caso contrario, il drenaggio si trasformerà in un canale in cui le correnti vaganti possono fluire nella tubazione.

Il drenaggio elettrico polarizzato è un dispositivo di drenaggio che ha conduttività unidirezionale. Il drenaggio polarizzato si differenzia dal drenaggio diretto per la presenza di un elemento di conducibilità unidirezionale (elemento valvola) VE. Con il drenaggio polarizzato, la corrente scorre solo dalla tubazione alla rotaia, eliminando così il flusso di correnti vaganti sulla tubazione attraverso il filo di drenaggio.

Il drenaggio migliorato viene utilizzato nei casi in cui è necessario non solo rimuovere le correnti vaganti dalla tubazione, ma anche fornire su di essa il potenziale protettivo richiesto. Il drenaggio migliorato è una stazione catodica convenzionale, collegata con il polo negativo alla struttura protetta e il polo positivo non alla messa a terra dell'anodo, ma alle rotaie del trasporto elettrificato.

Grazie a questo schema di collegamento, è garantito quanto segue: in primo luogo, il drenaggio polarizzato (dovuto al funzionamento degli elementi valvolari nel circuito SCP) e, in secondo luogo, la stazione catodica mantiene il potenziale protettivo necessario della tubazione.

Dopo la messa in funzione della pipeline, i parametri operativi del sistema di protezione dalla corrosione vengono regolati. Se necessario, tenendo conto della situazione attuale, possono essere messe in funzione ulteriori stazioni di protezione catodica e di drenaggio, nonché impianti di protezione.

M. Ivanov, Ph.D. N.

La corrosione dei metalli, in particolare del ferro e dell'acciaio non legato, provoca gravi danni ai dispositivi e alle tubazioni che funzionano a contatto con l'acqua e l'aria. Ciò porta ad una riduzione della durata delle apparecchiature e crea inoltre le condizioni per la contaminazione dell'acqua con prodotti di corrosione.

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Come è noto, la corrosione è un processo elettrochimico in cui avviene l'ossidazione di un metallo, cioè il rilascio di elettroni da parte dei suoi atomi. Questo processo avviene in una parte microscopica della superficie chiamata regione anodica. Porta a una violazione dell'integrità del metallo, i cui atomi entrano in reazioni chimiche, soprattutto attivamente in presenza di ossigeno atmosferico e umidità.

Poiché i metalli sono buoni conduttori di elettricità, gli elettroni rilasciati fluiscono liberamente verso un'altra regione microscopica, dove avvengono reazioni di riduzione in presenza di acqua e ossigeno. Questa regione è chiamata catodo.

Il verificarsi della corrosione elettrochimica può essere contrastato applicando una tensione da una fonte esterna di corrente continua per spostare il potenziale dell'elettrodo del metallo a valori ai quali non si verifica il processo di corrosione.

Su questa base sono stati realizzati sistemi di protezione catodica per condotte sotterranee, serbatoi e altre strutture metalliche. Se al metallo protetto viene applicato un potenziale elettrico, sull'intera superficie della struttura metallica si stabiliscono tali valori di potenziale in corrispondenza dei quali possono verificarsi solo processi catodici di riduzione: ad esempio, i cationi metallici accetteranno elettroni e si trasformeranno in ioni di grado inferiore stato di ossidazione o atomi neutri.

Tecnicamente, il metodo di protezione catodica dei metalli viene eseguito come segue ( riso. 1). Alla struttura metallica da proteggere viene fornito un filo, ad esempio una tubazione in acciaio, che è collegata al polo negativo della stazione catodica, per cui la tubazione diventa il catodo. Ad una certa distanza dalla struttura metallica, nel terreno si trova un elettrodo, che è collegato con un filo al polo positivo e diventa l'anodo. La differenza di potenziale tra catodo e anodo è creata in modo tale da eliminare completamente l'insorgere di processi ossidativi sulla struttura protetta. In questo caso, le correnti deboli fluiranno attraverso il terreno umido tra il catodo e l'anodo nello spessore del terreno. Una protezione efficace richiede il posizionamento di diversi elettrodi anodici lungo l'intera lunghezza della tubazione. Se è possibile ridurre la differenza di potenziale tra la struttura protetta e il terreno a 0,85-1,2 V, la velocità di corrosione della tubazione si ridurrà a valori significativamente bassi.

Pertanto, il sistema di protezione catodica comprende una fonte di corrente elettrica continua, un punto di controllo e una messa a terra dell'anodo. Tipicamente, una stazione di protezione catodica è costituita da un trasformatore CA e un raddrizzatore a diodi. Di norma è alimentato da una rete a 220 V; sono presenti anche stazioni alimentate da linee ad alta tensione (6-10 kV).

Per un funzionamento efficace di una stazione catodica, la differenza di potenziale tra il catodo e l'anodo da essa creata deve essere di almeno 0,75 V. In alcuni casi, per una protezione efficace sono sufficienti circa 0,3 V. Allo stesso tempo, i valori nominali di la corrente di uscita e la tensione di uscita. Pertanto, solitamente la tensione di uscita nominale delle stazioni è compresa tra 20 e 48 V. Con una grande distanza tra l'anodo e l'oggetto protetto, la tensione di uscita richiesta della stazione raggiunge 200 V.

Come anodi vengono utilizzati elettrodi inerti ausiliari. Gli elettrodi di messa a terra anodici, ad esempio il modello AZM-3X prodotto da JSC Katod (villaggio di Razvilka, regione di Mosca), sono pezzi fusi realizzati in una lega resistente alla corrosione, dotati di un filo speciale con un nucleo di rame in isolamento rinforzato, nonché di un raccordo stagno per il collegamento al cavo principale della stazione di protezione catodica. È più razionale utilizzare elettrodi di messa a terra in ambienti con attività corrosiva elevata e moderata con una resistività del suolo fino a 100 Ohm.m. Per una distribuzione ottimale dell'intensità del campo e della densità di corrente in tutto il corpo dell'apparecchiatura, attorno agli anodi vengono posizionati schermi speciali sotto forma di riempimento di carbone o coke.

Per valutare l'efficienza di una stazione di protezione catodica è necessario un sistema composto da un elettrodo di misura e da un elettrodo di riferimento e che costituisca la parte principale del punto di controllo e misurazione. Sulla base delle letture di questi elettrodi, viene regolata la differenza di potenziale della protezione catodica.

Gli elettrodi di misura sono realizzati in acciaio altolegato, ghisa al silicio, ottone o bronzo platinato e rame. Gli elettrodi di riferimento sono cloruro d'argento o solfato di rame. A seconda della loro progettazione, gli elettrodi di riferimento possono essere sommergibili o remoti. La composizione della soluzione utilizzata in essi deve essere vicina alla composizione dell'ambiente dagli effetti dannosi di cui è necessario proteggere l'apparecchiatura.

Si possono notare gli elettrodi di riferimento bimetallici a lunga azione del tipo EDB, sviluppati da VNIIGAZ (Mosca). Sono progettati per misurare la differenza di potenziale tra un oggetto metallico sotterraneo (compresa una tubazione) e il terreno per controllare automaticamente una stazione di protezione catodica in condizioni di carico pesante e a profondità significative, cioè dove altri elettrodi non possono garantire il mantenimento costante di un dato potenziale.

Le apparecchiature per la protezione catodica sono fornite principalmente da produttori nazionali. Pertanto, il citato CJSC "Kathod" offre la stazione "Minerva-3000" ( riso. 2), progettato per proteggere le principali reti di approvvigionamento idrico. La sua potenza di uscita nominale è di 3,0 kW, la tensione di uscita è di 96 V, la corrente di protezione è di 30 A. La precisione di mantenimento del potenziale di protezione e del valore della corrente è rispettivamente dell'1 e del 2%. Il valore di ondulazione non è superiore all'1%.

Un altro produttore russo, Energomera OJSC (Stavropol), fornisce moduli dei marchi MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 e PN-OPE-M11, che forniscono un'efficace protezione catodica delle strutture metalliche sotterranee in aree ad alto rischio di corrosione. Il modulo MKZ-M12 ha una corrente nominale di 15 o 20 A; la tensione di uscita nominale è 24 V. Per i modelli MKZ-M12-15-24-U2, la tensione di uscita è 30 V. La precisione del mantenimento del potenziale di protezione raggiunge ±0,5%, la corrente specificata è ±1%. La risorsa tecnica è di 100mila ore e la durata è di almeno 20 anni.

LLC "Electronic Technologies" (Tver) offre stazioni di protezione catodica "Tvertsa" ( riso. 3), dotato di microprocessore incorporato e di sistema di controllo remoto telemeccanico. I punti di controllo e misurazione sono dotati di elettrodi di confronto non polarizzanti a lunga azione con sensori di potenziale elettrochimico, che forniscono la misurazione dei potenziali di polarizzazione sulla tubazione. Queste stazioni includono anche una sorgente regolabile di corrente catodica e un blocco di sensori per i parametri elettrici del circuito, che è collegato tramite un controller a un dispositivo di accesso remoto. Il trasformatore di questa stazione è realizzato sulla base di nuclei di ferrite del tipo Epcos. Viene utilizzato anche un sistema di controllo del convertitore di tensione basato sul microcircuito UCC 2808A.

La società Kurs-OP (Mosca) produce stazioni di protezione catodica Elkon, la cui tensione di uscita varia nell'intervallo da 30 a 96 V e la corrente di uscita nell'intervallo da 20 a 60 A. Ondulazione della tensione di uscita - non più di 2 %. Queste stazioni sono progettate per proteggere le tubazioni a filamento singolo dalla corrosione del suolo e, con l'uso di un'unità di protezione congiunta, le tubazioni a filamento multiplo in aree senza correnti vaganti in condizioni climatiche moderate (da -45 a +40 °C). Le stazioni comprendono un trasformatore di potenza monofase, un convertitore con regolazione graduale della tensione di uscita, apparecchiature ad alta tensione, un sezionatore manuale bipolare e soppressori di sovratensioni.

Si possono anche notare gli impianti di protezione catodica della serie NGK-IPKZ prodotti da NPF Neftegazkompleks EKhZ LLC (Saratov), la cui corrente di uscita massima è di 20 o 100 A e la tensione di uscita nominale è di 48 V.

Uno dei fornitori di stazioni di protezione catodica dai paesi della CSI è Hoffmann Electric Technologies (Kharkov, Ucraina), che offre apparecchiature per la protezione elettrochimica contro la corrosione del suolo delle condutture principali.