Кац Н.Г., Стариков В.П., Парфенова С.Н. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии

Подождите немного. Документ загружается.

329

 электрод сравнения;

 анодные заземлители;

 анодный кабель.

Рис. 7.8. Схема соединений катодной станции:

1 – преобразователь переменного тока в постоянный; 2 – анодный

заземлитель; 3 – защищаемый трубопровод; 4 – контактное устройство

на анодном заземлении; 5 – кабельная линия; 6 – контрольно-измерительный

пункт; 7 – электрод сравнения

Станции катодной защиты бывают регулируемыми и нерегули-

руемыми [11, 14, 24]. Нерегулируемые станции катодной защиты

применяются в том случае, когда изменения сопротивления в цепи

тока практически отсутствуют. Указанные станции работают в режи-

ме поддержания постоянного потенциала или тока и применяются

для защиты резервуаров, хранилищ, высоковольтных кабелей в

стальной броне, трубопроводов и др.

Регулируемые станции катодной защиты используются при нали-

чии в системе блуждающих токов (близость электрифицированного

транспорта), периодических изменений сопротивления растеканию

тока (сезонные колебания температуры и влажности грунтов), техно-

логических колебаний (изменение уровня раствора и скорости тече-

ния жидкости). Регулируемым параметром может служить ток или

потенциал. Частота расположения станций катодной защиты по дли-

не защищаемого объекта определяется электропроводностью экс-

330

плуатационной среды. Чем она выше, тем на большем расстоянии

друг от друга будут располагаться катодные станции.

В табл. 7.1 приведены технические характеристики некоторых

катодных станций.

Таблица 7.1

Технические характеристики катодных станций

№

п/п

Тип станции Мощность, кВт Напряжение, В Сила тока, А

1 КСГ (КСК) -500 0,5 10-50 10

2 КСГ (КСК) -1200

1,2 10-60 20

3 КСС-150 0,15 24/12 6/12

4 ТСКЗ-3 3,0 60/30 25/50

5 ТСКЗ-6 6,0 120/60 50/100

Анодные заземлители, соединяющие положительный полюс ка-

тодной станции с землей, изготавливаются из различных материалов

– стали, графита, ферросилицида, титана, платинированного титана и

др. Схема расположения анодных заземлителей определяется конфи-

гурацией защищаемой конструкции. В табл. 7.2 приведены основные

свойства анодных заземлителей.

Анодные заземлители могут располагаться либо горизонтально

(рис. 7.9), либо вертикально (рис. 7.10) [11, 13].

Рис. 7.9. Горизонтальный анодный заземлитель:

1 – электрод; 2 – кабель; 3 – разветвительная коробка;

4 – коксовая засыпка в приямке

331

Таблица 7.2

Основные свойства анодов

Материал анода

Сталь Чугун

Ферросилиций Графит

Длина анода, м

Характеристи-

ки анодов

1,0

консоль

1,0

рельса

1,0 0,5 1,0 1,5 1,0 1,2 1,5

Диаметр, м

0,3 0,14 0,28 0,04

0,06 0,075 0,06 0,06 0,08

Высота, м

0,13 0,13

Масса, кг

56 43 35 3 28 43 5 6 8

Плотность, т/м

7,8 7,8 7,6 7 7 7 2,1 2,1 2,1

Износ без кок-

совой подушки,

кг/(А∙г)

10 10 10 0,25

0,25 0,25 1 1 1

Износ с коксо-

вой подушкой,

кг/(А∙г)

5 5 8 0,1 0,1 0,1 0,5 0,5 0,5

Возможность

разрушения

Н Н М М М М Б Б Б

Сфера исполь-

зования

Только с коксовой по-

душкой с низкой элек-

тропроводностью

(

100





ом∙м)

Там, где требуется

длительная стой-

кость даже без кок-

совой подушки

В коррозионно-

активных грунтах

даже без коксовой

подушки

Обозначения: Н – нет; М – малая; Б – большая.

Рис. 7.10. Вертикальный анодный заземлитель

Мощность станции катодной защиты определяется максималь-

ным сопротивлением растеканию тока с анодных заземлителей. С це-

лью снижения указанного сопротивления анодные заземлители рас-

полагают либо на участках грунта, обладающих минимальным сопро-

тивлением, либо в специальных коксовых засыпках.

332

Засыпка представляет собой толстый слой кокса (рис. 7.11), в ко-

торый добавляют гипс и поваренную соль в соотношении 4:1. Такая

засыпка имеет высокую электропроводность. Имеются анодные за-

землители в коксопековой оболочке марки АЗ-1 (рис. 7.12), предна-

значенные для использования в качестве малорастворимых анодов

глубинного и поверхностного заложения в системах электрохимиче-

ской защиты магистральных трубопроводов и других подземных ме-

таллических сооружений от коррозии.

Рис. 7.11. Вертикальный анодный заземлитель

Для защиты объектов, находящихся под водой, аноды устанавли-

вают на дне рек и морей. При защите заводской аппаратуры аноды

погружают в технологические среды.

Катодную защиту внешним током применяют как дополнитель-

ное средство к изоляционному покрытию. При этом изоляционное

покрытие может иметь повреждения. Защитный ток протекает в ос-

новном по обнаженным участкам металла, которые и нуждаются в

защите.

333

Рис. 7.12. Анодные заземлители марки АЗ-3

Использование катодной защиты сопряжено с опасностью так на-

зываемой перезащиты. В этом случае вследствие слишком сильного

смещения потенциала защищаемой конструкции в отрицательную

сторону может резко возрасти скорость выделения водорода. Резуль-

татом этого является водородное охрупчивание или коррозионное

растрескивание материалов и разрушение защитных покрытий.

Физический смысл катодной защиты рассмотрим на поляризаци-

онной диаграмме (рис. 7.13). Допустим, металл коррозирует со ско-

ростью i

при стационарном потенциале

кор

E [11, 22].

По мере роста катодной поляризации металла стационарный по-

тенциал может смещаться вверх, что означает падение тока поляри-

зации i

через значение

i вплоть до нуля. При достижении потенциа-

ла

E коррозия металла прекратится. Теоретически необходимая за-

щитная плотность тока составит величину

i , она в любом случае

выше плотности тока коррозии. Сопряженный анодный процесс в це-

пи электролиза протекает на вспомогательном аноде.

Важными достоинствами катодной защиты являются высокая на-

дежность, долговечность, высокий уровень рентабельности. Недоста-

ток – относительная сложность аппаратурного оформления в случаях,

334

когда режим работы поддерживается автоматически, а также потреб-

ность в автономном или ином источнике постоянного тока.

Рис. 7.13. Схема катодной защиты

7.2.2. Протекторная защита

Протекторная защита по принципу действия является вариантом

катодной защиты. Отличие, по существу, заключается в ином источ-

нике катодной поляризации защищаемого металла. Протектор, со-

единенный накоротко с защищаемой конструкцией, создает коротко-

замкнутый гальванический элемент, который и является источником

постоянного тока. Защищаемый металл становится катодом, а металл

протектора – анодом (рис. 7.14) [11, 24, 37].

Протекторы чаще всего изготовлены из сплавов цинка, магния,

алюминия – металлов достаточно недорогих и обладающих по срав-

нению с остальными металлами более электроотрицательным равно-

весным потенциалом.

335

Рис. 7.14. Схема действия протекторной защиты:

1 – нефть; 2 – нижние пояса резервуара; 3 – подтоварная вода;

4 – днище резервуара; 5 – кривая распределения разности потенциалов;

6 – протектор; 7 – соединение протектора с днищем;

8 – изолирующий слой; 9 – силовые линии тока протектора

Протекторная защита наиболее широко применяется для защиты

днищ и нижних поясов резервуаров, например с помощью протекто-

ров марки ПМР (ТУ 48-10-36-79), общий вид которых представлен на

рис. 7.15, а на рис. 7.16 – вид в разрезе с размерами [32, 37].

Рис. 7.15. Общий вид протектора типа ПМР

Форма протектора в виде конического стакана позволяет грамот-

но распределять радиус действия и повышает срок его службы

(рис. 7.17) [11, 37].

336

Рис. 7.16. Протектор марки ПМР

Рис. 7.17. Принцип действия протектора марки ПМР:

а – в начальный период; б – после эксплуатации

337

Протектор 1 крепится к днищу резервуара 5 через изолирующий

слой 4 при помощи металлического контактного стержня 2, поме-

щенного во втулку 3 при помощи электродуговой сварки. В началь-

ный период эксплуатации (рис. 7.17, а) протектор имеет форму ста-

кана, после нескольких лет эксплуатации изнашиваются верхние края

протектора (рис. 7.17, б).

Для защиты устройств химических установок, эксплуатируемых

под землей, городских сетей водоснабжения, газопроводов, нефте-

проводов и кабелей предлагаются протекторы типа ПМ-5У, ПМ-10У

и ПМ-20У [11, 32], общий вид которых представлен на рис. 7.18, а на

рис. 7.19 показано его устройство.

Рис. 7.18. Общий вид протектора типа ПМ

Для защиты от коррозии небольших объектов можно использо-

вать малогабаритный протектор марки ПМ-1 и ПМ-2 (рис. 7.20).

Коэффициент полезного использования протектора



, который

характеризует степень использования материала протектора, опреде-

ляется выражением [11, 24, 32, 37]:

100







, (7.7)

где



– теоретический расход материала протектора, рассчитанный

по закону Фарадея;



– фактический расход материала.

338

Рис. 7.19. Протектор марки ПМ

Рис. 7.20. Общий вид протектора типа ПМ-1