Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов

Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов

Реферат

Изобретение относится к защите подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для корректировки режима работы катодной защиты трубопроводов с учетом электролитического наводороживания их.

Известен способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий подключение отрицательного полюса источника постоянного тока к трубопроводу и положительного полюса к аноду - заземлению и поддержание поляризационного потенциала / Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров / М.В.Кузнецов и др. - М.: Недра, 1992. - С.113-114/.

Недостаток способа заключается в том, что при корректировке режима катодной защиты не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода, что приводит к водородному охрупчиванию металла и авариям на трубопроводе.

Известен способ катодной защиты подземных сооружений, включающий создание на всей поверхности этих сооружении поляризационных потенциалов заданной величины / Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / Стрижевский И.В. и др. - М.: Недра, 1981. - С.91/.

Недостаток способа заключается в том, что при поддержании поляризационных потенциалов также не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода.

Известен также способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе / Электрохимическая защита подземных трубопроводов от внешней коррозии / И.С.Хретинин и др. // ЭИ сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. М.: ВНИИОЭНГ, 1993. - с.6-11/.

Недостаток этого способа заключается в том, что при наличии локальных повреждений покрытия трубопровода увеличение поляризационного потенциала приводит к существенному увеличению тока катодной защиты, что вызывает интенсивное электролитическое наводроживание стенки трубопровода.

Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты подземных стальных трубопроводов.

Технический результат заключается в снижении аварийности при эксплуатации трубопроводов.

Для получения такого результата в предложенном способе катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающем регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, согласно изобретению дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты, причем предельно допустимое отношение указанных токов принимают не более 50.

Сущность данного предложения заключается в том, что периодически контролируют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы в зависимости от отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют предельно допустимое отношение указанных токов /не более 50/ и критический режим катодной защиты, превышение которого опасно стресс-коррозионным разрушением трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения токов предельно допустимой величины изменяют режим катодной защиты.

Механизм электрохимического процесса заключается в следующем. При режимах катодной защиты, когда идет интенсивное электролитическое наводороживание стенки трубопровода, весь кислород, являющийся основным коррозионным элементом в грунте, «связывается» электронами, в избытке поступающими от источника тока катодной защиты: О₂+Н₂О+4е=2ОН^-/ОН^- - ион гидроксила/. При протекании этой реакции водорода на катодно-защищаемой поверхности еще нет. Однако, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода, избыточные электроны захватывают молекулы воды: Н₂О+4е=Н_адс+ОН^- и на катоднозащищаемой поверхности трубопровода образуются атомы водорода /Н_адс/, что приводит к последующему электролитическому наводороживанию стенки трубопровода и появлению стресс-коррозионных трещин. Площадь катодно-защищаемой поверхности, покрытая адсорбционным водородом, является функцией тока катодной защиты, следовательно, количество водорода, который диффундируется в сталь, также является функцией величины тока катодной защиты.

На чертеже показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии.

Способ реализуется следующим образом. Определяют предельный ток электровосстановления кислорода. Для этого используют коррозионно-индикаторный зонд с рабочим и вспомогательным электродами. Зонд устанавливают над трубопроводом и погружают на уровень его укладки. Рабочий электрод, выполненный из трубной стали, подключают к источнику тока, величина которого после установления характеризует предельный ток электровосстановления кислорода. Затем источник тока отключают, а рабочий электрод подключают к катодной защите стального трубопровода и определяют величину защитного тока /по микроамперметру/. Определяют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимой величиной. Для определения предельно допустимой величины указанных токов предварительно выполняют экспериментальные исследования с применением индикатора контроля наводороживания подземных трубопроводов /Индикатор контроля наводороживания подземных газопроводов ДН-1. Петров Н.А. и др. Каталог научно-технических разработок. М.: Издательство ВНИИГАЗ, 1998. - с.88-89/ и метода вакуумной экстракции, который используют для определения объемного электролитического наводороживания образцов из трубной стали при различных режимах катодной защиты. Метод вакуумной экстракции основан на обратимости равновесного содержания водорода в металле в зависимости от парциального давления в газовой фазе.

Результаты исследования приведены в табл.1 и 2. Как вытекает из приведенных данных /табл.1/, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода менее чем в 20 раз, интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода незначительная /0,0035 мг/100 г сут/ и степень наводороживания также незначительная. При изменении отношении указанных токов в пределах от 20 до 50 интенсивность электролитического наводороживания составляет 0,0175 мг/100 г сут и степень наводороживания стенки является средней. Отношение тока катодной 7 защиты к предельному току электровосстановления кислорода 50 и более является недопустимым, а режим катодной защиты критическим, превышение которого опасно стесс-коррозионным разрушением трубопровода.

На чертеже графически показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии: кривая 1 - интенсивность наводороживания стенки трубы; кривая 2 - остаточная скорость коррозии. Как видно из графика, с увеличением отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода интенсивность наводороживания стенки трубы после 50 резко увеличивается, в то же время остаточная скорость коррозии изменяется незначительно. Это наглядно показывает нецелесообразность применения такого режима катодной защиты.

Пример.

Величина поляризационного потенциала катодной защиты на магистральном трубопроводе вблизи станции катодной защиты составляет - 1,05 В /по медно-сульфатному электроду сравнения/. В зоне действия катодной станции /20 км/ имеется контрольная точка, где обеспечивается доступ к трубопроводу. При помощи коррозионно-индикаторного зонда здесь определяют предельный ток электровосстановления кислорода /1,88 мкА/ и ток катодной защиты, который равен 103,4 мкА. Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода равно 103,4:1,88=55. Сравнивание полученного отношения токов /55/ с табличными данными /см. табл.1/, полученными ранее, показывает, что интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода составляет 0,0175 мг/100 г сут, что соответствует высокой степени электролитического наводороживания и показывает необходимость изменения режима катодной защиты путем уменьшения тока катодной защиты либо устранения повреждения изоляционного покрытия трубопровода.

Таким образом, периодическое контролирование отношения тока катодной зашиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнение этого отношения с предельно допустимой величиной, определяемой с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, позволяет своевременно уменьшить интенсивность наводороживания и повысить эффективность катодной защиты трубопровода.

Таблица 1
Интенсивность электролитического наводороживания стенки катоднозащищаемого трубопровода
Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода	Скорость диффузии водорода, мг/м2 сут	Интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода, мг/м2 сут	Степень наводороживания стенки трубопровода при заданном режиме катодной защиты
До 20	0,4	0,0035	незначительная
От 20 до 50	0,96	0,0087	средняя
От 50 до 100	1,92	0,0175	высокая

Таблица 2
Зависимость остаточной скорости коррозии трубной стали от отношения тока катодной защиты к предельному току восстановления кислорода
№ п/п	Предельный ток электровосстановления кислорода, мкА	Скорость коррозии трубопровода без катодной защиты, мм/год	Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода	Остаточная скорость коррозии трубопровода при заданном режиме катодной защиты, мм/год
1	0,32	0,017	1,0	0,013
2	0,5	0,026	5,0	0,01
3	0,63	0,034	10	0,006
4	0,75	0,041	15	0,0055
5	0,88	0,047	20	0,0041
6	1,0	0,053	25	0,005
7	1,13	0,068	30	0,0032
8	1,25	0,069	35	0,0036
9	1,38	0,074	40	0,0034
10	1,5	0,083	45	0,0033
11	1,63	0,087	50	0,0036
12	1,88	0,114	55	0,0033
13	2,5	0,132	60	0,0032
14	3,1	0,163	65	0,0032
15	3,8	0,213	70	0,0032
16	4,4	0,247	75	0,0033
17	5,0	0,264	100	0,0032

Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода, сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода и принимаемым не более 50, при этом, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты или устраняют повреждения изоляционного покрытия трубопровода.