Коршак А.А., Коробков Г.Е., Муфтахов Е.М. Нефтебазы и АЗС

Подождите немного. Документ загружается.

371

10.4. Противокоррозионная защита технологических

трубопроводов с помощью изоляционных покрытий

Назначение покрытий

Нанесение изоляционных покрытий на подземные металличес-

кие сооружения отделяет их поверхность от почвенного электролита,

что предотвращает почвенную коррозию. Изоляция, нанесенная на

наземные металлические сооружения, отделяет поверхность метал-

ла от влаги и кислорода, содержащихся в воздухе, что предотвраща-

ет атмосферную коррозию. Кроме того, при наличии качественного

изоляционного покрытия требуется меньшая сила защитного тока

при использовании катодной защиты и, соответственно, уменьша-

ются энергозатраты на ее осуществление.

Требования, предъявляемые к изоляционным покрытиям

Покрытия, применяемые для защиты трубопроводов, должны

удовлетворять следующим основным требованиям:

— обладать высокими диэлектрическими свойствами;

— быть сплошными;

— обладать хорошей адгезией (прилипаемостью) к металлу трубо-

провода;

— быть водонепроницаемыми;

— обладать высокой механической прочностью и эластичностью,

высокой биостойкостью;

— быть термостойкими (не размягчаться под воздействием высо-

ких температур и не становиться хрупкими при низких темпе-

ратурах);

— конструкция покрытий должна быть сравнительно простой,

а технология их нанесения — допускать возможность механи-

зации;

— материалы, входящие в состав покрытия, должны быть недефи-

цитными, а само покрытие — недорогим, долговечным.

Материалы и конструкции изоляционных покрытий

На нефтебазах трубопроводы прокладываются, как правило,

надземно. В этом случае их поверхность окрашивают лакокрасоч-

ными материалами, под которыми понимают вещества жидкой

372

консистенции, способные после нанесения их тонким слоем на по-

верхность отверждаться (высыхать) с образованием пленки (лако-

красочного покрытия).

По назначению лакокрасочные материалы делятся на грунты

(грунтовки), шпатлевки и покровные слои. Противокоррозионные

грунты предназначены для непосредственного нанесения на предва-

рительно подготовленную поверхность с целью обеспечения хороше-

го сцепления покрытия с металлом. По механизму действия грунты

бывают трех типов: изолирующие, пассивирующие и протекторные.

Изолирующие грунты выполняют роль механической и электричес-

кой изоляции защищаемого сооружения от окружающей среды. Пас-

сивирующие — не только изолируют защищаемую поверхность, но

и образуют на ней смешанный слой окислов и солей металла, кото-

рый благодаря своим пассивирующим свойствам защищает металл

от коррозии даже при наличии неплотностей в лакокрасочном по-

крытии. Протекторные грунты содержат металлы более электро-

отрицательные, чем железо (цинковый и алюминиевый порошки).

В первое время после нанесения такой грунт оказывает интенсивное

протекторное действие. Через какой-то период это действие ослабе-

вает, но защитные свойства покрытия сохраняются благодаря изоли-

рующему действию продуктов коррозии металла — протектора.

Шпатлевку — промежуточный слой — наносят на уже загрунто-

ванную поверхность. Ее назначение — увеличение непроницаемос-

ти и толщины покрытия. В настоящее время используются эпок-

сидные шпатлевки типов ЭП-0010 и ЭП-4022, наносимые толщиной

90...140 мкм и отверждающиеся в течение 24 часов при температу-

ре 18...20 °С.

Покровные слои (краски, эмали, лаки) предназначены для за-

ключительного окрашивания поверхности с целью обеспечения

стойкости и непроницаемости покрытия в процессе эксплуатации.

Сведения о некоторых лакокрасочных материалах, рекомендуе-

мых строительными нормами и правилами, приведены в табл. 10.1.

Кроме лакокрасочных применяют алюминиевые, цинковые, стек-

лоэмалевые и другие атмосферостойкие покрытия.

При подземной прокладке технологических трубопроводов

следует выполнять требования ГОСТ Р 51164—98 «Трубопрово-

ды стальные магистральные. Общие требования к защите от кор-

373

розии». Противокоррозионную защиту подземных трубопроводов

осуществляют:

— покрытиями на основе полимерных материалов (полиэтилена,

термоусаживающихся и термореактивных полимеров и др.), на-

носимыми в заводских и базовых условиях по соответствующим

нормативным документам;

— покрытиями на основе термоусаживающихся материалов, поли-

мерных липких лент, битумных и асфальто-смолистых мастик,

наносимыми в базовых и полевых условиях;

— стеклоэмалевыми покрытиями, наносимыми шликерным или

порошковым способами в заводских условиях.

Таблица 10.1 — Лакокрасочные материалы для защиты стальных

конструкций от коррозии на открытом воздухе

Характеристика

лакокрасочных

материалов по типу

пленкообразующего

Марка материала

Грунтовка Эмаль Лак Краска

Пентафталевые ПФ-020,

ПФ-0142

ПФ-115,

ПФ-133,

ПФ-1126,

ПФ-1189

ПФ-170,

ПФ-171

с 10…15 %

алюминие-

вой пудры

—

Эпоксиэфирные ЭФ-0121 ЭФ-1219 — —

Масляные ГФ-021,

ГФ-0119,

ПФ-020,

железный

сурик гус-

то-тертый

на олифе

оксоль

— — Краски

масляные

густотер-

тые для на-

ружных

работ

Масляно-битумные ГФ-021,

ПФ-020

— — Краска

БТ-177

Сланце-виниловые — — СП-795 —

Эпоксидные ЭП-057

ЭП-0140,

ЭП-0200,

АК-069,

АК-070

ЭП-1155 ЭП-155 —

Полистирольные ПС-0203,

ВЛ-02

ПС-1184,

ПС-1186

——

374

В ГОСТ Р 51164—98 приводится 22 конструкции изоляционных

покрытий с использованием различных материалов. Так, мастичное

покрытие (конструкция № 12) включает: 1) грунтовку битумную

или битумно-полимерную; 2) мастику изоляционную битумную,

битумно-полимерную или на основе асфальто-смолистых соедине-

ний толщиной не менее 3 мм; 3) рулонный армирующий материал;

4) мастику изоляционную битумную, битумно-полимерную или на

основе асфальто-смолистых соединений толщиной не менее 3 мм;

5) рулонный армирующий материал; 6) обертку защитную.

На территории нефтебаз и АЗС должны использоваться изоля-

ционные покрытия усиленного типа.

10.5. Электрохимическая защита технологических

трубопроводов

При укладке в траншею заизолированного трубопровода и его

последующей засыпке изоляционное покрытие может быть повреж-

дено, а в процессе эксплуатации трубопровода оно постепенно ста-

реет (теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, ад-

гезию). Поэтому при всех способах прокладки, кроме надземной,

трубопроводы подлежат комплексной защите от коррозии защит-

ными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ),

независимо от коррозионной активности грунта.

К средствам ЭХЗ относятся катодная, протекторная и электро-

дренажная защиты.

Защита от почвенной коррозии осуществляется катодной поля-

ризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производит-

ся с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая за-

щита называется катодной, если же поляризация осуществляется

присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему

более отрицательный потенциал, то такая защита называется про-

текторной.

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты показана на рис. 10.2.

Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3,

где с помощью выпрямителей переменный ток от вдольтрассовой

375

ЛЭП 1, поступающий через трансформаторный пункт 2, преобразу-

ется в постоянный.

Отрицательным полюсом источник с помощью кабеля 4 подклю-

чен к защищаемому трубопроводу 6, а положительным — к анод-

ному заземлению 5. При включении источника тока электрическая

цепь замыкается через почвенный электролит.

Рис. 10.2. Принципиальная схема катодной защиты:

1 — ЛЭП; 2 — трансформаторный пункт; 3 — станция катодной защи-

ты; 4 — соединительный провод; 5 — анодное заземление; 6 — трубо-

провод

Принцип действия катодной защиты следующий. Под воздей-

ствием приложенного электрического поля источника начинает-

ся движение полусвободных валентных электронов в направлении

«анодное заземление — источник тока — защищаемое сооружение».

Теряя электроны, атомы металла анодного заземления переходят

в виде ион-атомов в раствор электролита, т. е. анодное заземление

разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся

вглубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы

источника постоянного тока наблюдается избыток свободных элек-

тронов, т. е. создаются условия для протекания реакций кислород-

ной и водородной деполяризации, характерных для катода.

Подземные коммуникации нефтебаз защищают катодными уста-

новками с различными типами анодных заземлений. Необходимая

сила защитного тока катодной установки определяется по формуле

др

= j

· F

· К

376

где j

— необходимая величина защитной плотности тока; F

— сум-

марная поверхность контакта подземных сооружений с грунтом;

— коэффициент оголенности коммуникаций, величина которо-

го определяется в зависимости от переходного сопротивления изо-

ляционного покрытия R

пер

и удельного электросопротивления грун-

та ρ

по графику, приведенному на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Зависимость коэффициентов оголенности подземных трубопроводов

от переходного сопротивления изоляционного покрытия для грунтов

удельным сопротивлением, Ом · м:

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

Необходимая величина защитной плотности тока выбирается в

зависимости от характеристики грунтов площадки нефтебазы в со-

ответствии с табл. 10.2.

Таблица 10.2 — Зависимость защитной плотности тока

от характеристики грунтов

Тип грунта

, Ом · м j

, А/м

Влажный глинистый грунт:

ρН > 8

15 0,033

ρН = 6…8

15 0,160

с примесью песка 15 0,187

Влажный торф (

ρН <8)

15 0,160

Увлажненный песок 50 0,170

Сухой глинистый грунт 100 0,008

377

Протекторная защита

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе

гальванического элемента (рис. 10.4). Два электрода: трубопровод 1

и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного ме-

талла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены

проводом 3. Так как материал протектора является более электроо-

трицательным, то под действием разности потенциалов происходит

направленное движение электронов от протектора к трубопрово-

ду по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протекто-

ра переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока

при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной

колонки 4.

Рис. 10.4. Принципиальная схема протекторной защиты:

1 — трубопровод; 2 — протектор; 3 — соединительный провод;

4 — контрольно-измерительная колонка

Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но

не трубопровода, а протектора.

Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии

могут быть использованы все металлы, расположенные в электро-

химическом ряду напряжений левее железа, т. к. они более электро-

отрицательны. Практически же протекторы изготавливаются толь-

ко из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:

378

— разность потенциалов материала протектора и железа (стали)

должна быть как можно больше;

— ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы

массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;

— отношение массы протектора, израсходованной на создание за-

щитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент

использования) должно быть наибольшим.

Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют

сплавы на основе магния, цинка и алюминия.

Протекторную защиту осуществляют сосредоточенными и про-

тяженными протекторами. В первом случае удельное электросопро-

тивление грунта должно быть не более 50 Ом · м, во втором — не бо-

лее 500 Ом · м.

Электродренажная защита трубопроводов

Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими

токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого со-

оружения на сооружение — источник блуждающих токов либо спе-

циальное заземление, называется электродренажной защитой.

Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи.

Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство дву-

сторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа

(рис. 10.5а) включает: реостат К, рубильник К, плавкий предохра-

нитель Пр и сигнальное реле С. Сила тока в цепи «трубопровод —

рельс» регулируется реостатом. Если величина тока превысит допус-

тимую величину, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по

обмотке реле, при включении которого включается звуковой или

световой сигнал.

Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, ког-

да потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой

сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дре-

наж превратится в канал для натекания блуждающих токов на тру-

бопровод.

Поляризованный электрический дренаж (рис. 10.5б) — это

дренажное устройство, обладающее односторонней проводимос-

тью. От прямого дренажа поляризованный отличается наличием

элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ.

379

При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопрово-

да к рельсу, что исключает натекание блуждающих токов на трубо-

провод по дренажному проводу.

Усиленный дренаж (рис. 10.5в) применяется в тех случаях, ког-

да нужно не только отводить блуждающие токи с трубопровода,

но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потен-

циала. Усиленный дренаж представляет собой обычную катодную

станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемо-

му сооружению, а положительным — не к анодному заземлению,

а к рельсам электрифи цированного транспорта.

Рис. 10.5. Принципиальные схемы электродренажной защиты:

а — прямой дренаж; б — поляризованный дренаж; в — усиленный

дренаж

За счет такой схемы подключения обеспечивается: во-первых,

поляризованный дренаж (за счет работы вентильных элементов

в схеме СКЗ), а во-вторых, катодная станция удерживает необходи-

мый защитный потенциал трубопровода.

После ввода трубопровода в эксплуатацию производится регули-

ровка параметров работы системы их защиты от коррозии. При не-

обходимости с учетом фактического положения дел могут вводить-

ся в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной

защиты, а также протекторные установки.

10.6. Противокоррозионная защита резервуаров

Защиту резервуаров от коррозии также осуществляют пассив-

ными и активными методами.

380

К пассивным относится применение всех видов защитных по-

крытий, которые изолируют агрессивную среду от поверхности ре-

зервуара.

Началу строительства резервуаров предшествует устройство гид-

рофобизированного основания под них с тем, чтобы предотвратить

контакт наружной поверхности днища с почвенной влагой. Чаще

всего для этих целей используются пески, смешанные в соотноше-

нии 9 : 1 с одним из следующих вяжущих: мазут, нефть, жидкие неф-

тяные битумы, дегти и т. п. Толщина гидрофобизированного осно-

вания составляет 0,1...0,3 м.

Пассивную защиту внутренней поверхности резервуаров осу-

ществляют покрытиями на основе лакокрасочных и полимерных

материалов, цинка и других.

Сведения о некоторых материалах и конструкциях лакокрасоч-

ных покрытий резервуаров приведены в табл. 10.3.

Таблица 10.3 — Характеристики некоторых лакокрасочных

материалов и покрытий внутренней

поверхности резервуаров

Наименование

ЛКМ

Число

слоев

Продолжи-

тельность

сушки при

15…20 °С, ч

Толщи-

на одного

слоя,

мкм

Толщина

системы

покры-

тия, мкм

Срок

служ-

бы,

годы

Грунтовка ВЛ-02

Эмаль ВЛ-515

0,25

15…18

18…22

220 3

Грунтовка ВЛ-02,

08, 023, АК-070

Краска ХС-720

0,5…1

15…18

25…30

80…100 5

Грунтовка ВЛ-02,

08, 023

Краска ЭП-755

0,25…0,50

15…18

25…30

80…120 5

Грунтовка ВЛ-02,

08, 023

Краска ЭП-755

0,25…0,50

15…18

25…30

200 —

Грунтовка ВЛ-023

Краска ХС-717

3…4

0,25…0,50

15…18

23…32

100…120 10