Особенности и методы протекторной защиты трубопроводов от коррозии

Причины появления коррозии

Развитие коррозии трубопроводов происходит в результате реакции окисления металла от постоянного воздействия влажной среды. Изменяется состав металла на ионном уровне. На данный процесс может оказывать влияние состав жидкости, протекающей внутри трубопровода. Причины возникновения ржавчины могут быть следующими:

• Сплавы, из которых изготовлены трубопроводы, имеют различные электрохимические потенциалы. Это вызывает протекание токов по трубе. Разные потенциалы могут возникать вследствие изменений составляющих грунта, а также разными параметрами показателей окружающей среды.
• Грунтовые воды или влага, находящаяся в почве.
• Химический состав почвы, в том числе наличие кислотных примесей во внешней среде.
• Состав транспортируемой трубопроводом жидкости.
• Наличие в грунте блуждающих токов.

Чтобы выполнить антикоррозионную защиту, необходимо оценить характеристики, воздействующие на металлическую поверхность.

О видах коррозии

Всего существует несколько разновидностей коррозии металлических труб:

• поверхностная, распространяющаяся по всей площади трубы;
• местная, расположенная на отдельных участках;
• щелевая, образовавшаяся в небольшой трещине.

Наиболее настораживает местная коррозия, так как основная масса повреждений происходит в результате ее появления. Развитие щелевой тоже распространено, но к существенным повреждениям материала она не приводит.

Процент вероятности возникновения коррозии в большую сторону отдается участкам труб, продолженных под железнодорожными переездами или под опорами линий воздушных электропередач. Скорость развития процесса коррозии колеблется от 3 до 30 мм в год.

Что такое химическая коррозия

Этот процесс возникает в неэлектропроводных средах. Ими могут оказаться газы, нефтепродукты и спиртовые соединения. При повышении температурных показателей скорость развития коррозии возрастает. Ржавчина может образовываться на цветных или черных металлах. Алюминиевые изделия под влиянием коррозионных факторов покрываются тонкой пленкой, которая после обеспечивает систему защиты и создает препятствие развитию окислительного процесса.

Медь под влиянием этого вида коррозии начинает зеленеть, при этом образованная пленка из оксида во влажной среде не всегда способствует созданию защитного барьера от ржавчины, а только в порядке исключения, когда структура металла одинакова со структурой пленки.

Сплавы могут быть восприимчивы к иному виду ржавчины, то есть присутствуют элементы, не подверженные окислению, а напротив, они восстановленные. К примеру, при повышенных температурных характеристиках и повышенном давлении восстанавливаются карбиды, но, опять же, утрачиваются нужные качества.

Об электрохимической коррозии

Утверждение о том, что электрохимическая коррозия достигается только при контактировании металлической поверхности с электролитом, ошибочно. Хватает тонкой пленки на основании материала, чтобы образовалась коррозия. Причиной этого вида ржавчины является использование поваренной или технической солей. К, примеру, если производится посыпка снега на дорогах, то страдают машины и проложенные под землей трубопроводы.

Процесс этого происхождения заключается в следующем:

• В соединениях металлических конструкций теряются отчасти атомы, осуществляется их переход в электролитический раствор, то есть происходит образование ионов. Замещают электроны атомы, они заряжают материал отрицательными зарядами, при этом накапливаются положительные заряды в электролите.
• Электрохимическую коррозию также вызывают блуждающие токи, которые при утечке из электроцепи уходят в растворы воды или в грунт, а после в саму структуру металла. Конкретными местами проявления ржавчины являются те участки, откуда в воду попадают блуждающие токи.

На видео: электрохимическая коррозия металлов и способы защиты.

Принципиальная схема катодной защиты

1 — ЛЭП; 2 — трансформаторный пункт; 3 — станция катодной защиты; 4 — соединительный провод; 5 — анодное заземление; 6 — трубопровод

Принцип действия катодной защиты следующий. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается 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 в глубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т.е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.

Подземные коммуникации нефтебаз защищают катодными установками с различными типами анодных заземлений. Необходимая сила защитного тока катодной установки определяется по формуле

Jдр=j3·F3·K0

где j3 — необходимая величина защитной плотности тока; F3 — суммарная поверхность контакта подземных сооружений с грунтом; К0 — коэффициент оголенности коммуникаций, величина которого определяется в зависимости от переходного сопротивления изоляционного покрытия Rnep и удельного электросопротивления грунта рг по графику, приведенному на рисунке ниже.

Необходимая величина защитной плотности тока выбирается в зависимости от характеристики грунтов площадки нефтебазы в соответствии с таблицей ниже.

Как обеспечить протекторную защиту

Покрытие труб специальными составами — это задача не только производителя, в процессе эксплуатации конструкции обеспечение защитных свойств тоже должно выполняться. Всего существует несколько способов защиты металла от воздействия агрессивных сред:

• химическая обработка;
• покрытие стенок специальными составами;
• защита от блуждающих токов;
• подведение катода или анода.

Метод протекторной защиты трубопроводов от коррозии пользуется популярностью в организациях, осуществляющих монтаж и эксплуатирующих трубопроводный вид транспорта.

О пассивных и активных способах

Антикоррозионная защита — это целый комплекс мероприятий, проводимых предприятиями. Пассивные методы защиты предполагают выполнение следующих работ:

• На стадии монтажа между трубопроводом и грунтом оставляют воздушный зазор, препятствующий попаданию грунтовой воды, в том числе в составе с кислотными и щелочными примесями.
• Покрытие специализированными составами, назначение которых распространяется от негативных воздействий почвы.
• Обработка металла химическими составами, с образованием тонкой пленки.

Активные способы защиты предусматривают использование тока и обмен ионов на основе химических реакций, за счет чего обеспечивается:

• Защита подземных трубопроводов от коррозии созданием электродренажной системы для изоляции трубопроводного транспорта от блуждающих токов.
• Защита анодом от разрушения металлических поверхностей.
• Катодная защита для увеличения сопротивления металлических оснований.

Только с учетом всех способов, препятствующих образованию ржавчины на металле, будет увеличен срок службы конструкций. Антикоррозионная защита трубопроводов должна выполняться комплексно.

На видео: защита трубопроводов и кабельных линий от электрической коррозии.

О достоинствах применения протекторов

Защита труб этим способом производится с добавлением компонента — ингибитора. Это материал с отрицательным электрическим зарядом. Под воздействием воздушных масс он растворяется, а конструкция остается целой и не подвергается ржавлению. Протекторная защита от коррозии применяется для продления срока службы строительных конструкций, систем отопления и водоснабжения, а также магистрального и промыслового трубопроводного транспорта.

Применение электрохимической защиты позволяет устранить причины многих видов коррозии. Такая антикоррозийная защита трубопроводов – неплохое решение даже для предприятий, не имеющих финансовых возможностей по обеспечению полноценной защиты от неконтролируемого процесса.

Для обеспечения грамотного подхода следует:

• Протекторы, изготовленные из алюминия, использовать в средах морских вод и прибрежных шельфах.
• В средах с небольшой электропроводностью использовать магниевые протекторы. Но, опять же, они не подходят для обработки внутреннего покрытия резервуаров, нефтяных отстойников в связи с тем, что обладают достаточно низкой взрывопожароопасностью.
• Использовать протекторы для защиты от сред пресной воды.
• Проекторы, выполненные на основе цинка, являются полностью безопасными, их можно применять на пожаро- и взрывоопасных производствах.

Протекторной антикоррозионной защите можно отнести следующий ряд преимуществ:

• недостаток денежных средств и производственных мощностей у предприятия не будет препятствием ее выполнению;
• возможность защиты конструкций небольших размеров;
• если трубы покрыты теплоизоляционными материалами, то такая защита приемлема.

Используемые материалы и цели применения

Противокоррозионная защита необходима для всех металлических оснований. Данный вид противостояния от ржавчины широко используется для обработки танкеров, так как эти суда наиболее подвержены воздействию воды, имеющей в составе агрессивные компоненты. Даже специальная окраска не справляется с решением этой проблемы.

Наиболее рациональным выбором для покрытия стальных конструкций будет использование протекторов с отрицательным потенциалом. При изготовлении таких устройств применяется магний, цинк или алюминий. Большая разница потенциалов металла и стальных поверхностей способствует увеличению спектра защитного действия, в результате различные виды коррозии устраняются.

Система защиты осуществляется на основании специфики самих протекторов, а также сред, в условиях которых они будут использоваться.

Пассивная защита требуется стальным покрытиям и изделиям из металла. Сущность метода заключается в применении гальванических анодов, обеспечивающих противодействие подземных трубопроводов коррозии. При произведении расчета для данной установки, необходимо учитывать следующие показатели:

• параметры силы тока;
• сопротивление от перепадов напряжения;
• характеристики степени защиты, применяемые для 1 км трубопровода;
• показатель расстояния между элементами защиты.

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты показана на рисунке.

Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток от вдольтрассовой ЛЭП 1, поступающий через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.

Отрицательным полюсом источник с помощью соединительного провода 4 подключен к защищаемому трубопроводу 6, а положительным — к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит.

Методы защиты трубопроводных магистралей

Коррозия трубопроводов возникает в процессе их эксплуатации. Образование ржавчины происходит на трубах внутри и снаружи. C внутренней стороны появляются отложения, и причина этому — химические реакции состава транспортируемой жидкости с металлом. На состояние поверхности оказывает влияние и высокий показатель влажности грунта.

Если своевременно не обеспечить защиту, то возможно возникновение ряда последствий. Что важно:

• плановые осмотры рекомендуется проводить с небольшими временными промежутками.
• проведение ремонтных работ осуществлять периодически, независимо от наличия коррозии.
• приостановление функционирования трубопроводного транспорта неминуемо, так как необходимо производить осмотры и выполнять планово-предупредительные и иные текущие ремонты.

Важно! Для обеспечения полной защиты необходимо учитывать способ монтажа, контактирование с агрессивными средами, а также тип трубопровода.