Katodowa ochrona antykorozyjna rurociągów: wyposażenie, zasada działania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Środki ochrony przed korozją pozwalają wydłużyć żywotność konstrukcji metalowej, a także zachować jej właściwości techniczne i fizyczne podczas eksploatacji. Pomimo różnorodności metod zapewnienia działania antykorozyjnego, tylko w rzadkich przypadkach możliwe jest całkowite zabezpieczenie obiektów przed uszkodzeniem przez rdzewienie.

Skuteczność takiej ochrony zależy nie tylko od jakości technologii bieżnika, ale również od warunków jego zastosowania. W szczególności w celu zachowania metalowej konstrukcji rurociągów najlepsze właściwości wykazuje elektrochemiczna ochrona antykorozyjna oparta na działaniu katod. Zapobieganie powstawaniu rdzy w takiej komunikacji nie jest oczywiście jedynym zakresem tej technologii, ale pod względem kombinacji cech kierunek ten można uznać za najbardziej odpowiedni dla ochrony elektrochemicznej.

Ogólne informacje o ochronie elektrochemicznej

Ochrona metali przed rdzą poprzez działanie elektrochemiczne opiera się na zależności potencjału elektrody materiału od szybkości procesu korozji. W tym celu należy zastosować konstrukcje metalowepotencjalny zakres, w którym ich anodowe rozpuszczenie będzie poniżej dopuszczalnego limitu. Nawiasem mówiąc, to ostatnie określa dokumentacja techniczna dotycząca eksploatacji obiektu.

W praktyce elektrochemiczna ochrona przed korozją polega na podłączeniu źródła prądu stałego do gotowego produktu. Pole elektryczne na powierzchni iw strukturze chronionego obiektu tworzy polaryzację elektrod, która steruje również procesem uszkodzeń korozyjnych. Zasadniczo strefy anodowe na metalowej konstrukcji stają się katodowe, co pozwala na przemieszczanie negatywnych procesów, zapewniając zachowanie struktury obiektu docelowego.

Zasada działania ochrony katodowej

Istnieje ochrona katodowa i anodowa typu elektrochemicznego. Największą popularność zyskała jednak pierwsza koncepcja, która służy do ochrony rurociągów. Zgodnie z ogólną zasadą przy wdrażaniu tej metody prąd z biegunem ujemnym jest dostarczany do obiektu ze źródła zewnętrznego. W szczególności można w ten sposób zabezpieczyć rurę stalową lub miedzianą, w wyniku czego nastąpi polaryzacja odcinków katodowych wraz z przejściem ich potencjałów w stan anodowy. W rezultacie aktywność korozyjna chronionej konstrukcji zostanie zredukowana prawie do zera.

Jednocześnie ochrona katodowa może mieć różne wersje. Opisana powyżej technika polaryzacji ze źródła zewnętrznego jest szeroko praktykowana, ale metoda odpowietrzania elektrolitu ze zmniejszeniem szybkości procesów katodowych, a także wytworzeniem bariery ochronnej, również się sprawdza.

Nieraz zauważono, że zasada ochrony katodowej jest realizowana przez zewnętrzne źródło prądu. Właściwie główna funkcja ochrony antykorozyjnej leży w jej działaniu. Zadania te są wykonywane przez specjalne stacje, które z reguły są częścią ogólnej infrastruktury utrzymania rurociągów.

Stacje katodowej ochrony antykorozyjnej

Główną funkcją stacji katodowej jest dostarczanie stabilnego prądu do docelowego obiektu metalowego zgodnie z metodą polaryzacji katodowej. Takie urządzenia znajdują zastosowanie w infrastrukturze podziemnych rurociągów gazowych i naftowych, w wodociągach, sieciach ciepłowniczych itp.

Istnieje wiele odmian takich źródeł, podczas gdy najpowszechniejsze urządzenie ochrony katodowej przewiduje obecność:

• przetwornica prądu;
• przewody do podłączenia do chronionego obiektu;
• elektroda uziemienia anody.

Jednocześnie następuje podział stacji na falownikowe i transformatorowe. Istnieją inne klasyfikacje, ale koncentrują się one na segmentacji instalacji ze względu na zastosowanie lub parametry techniczne i parametry danych wejściowych. Podstawowe zasady działania najdobitniej ilustrują wskazane dwa typy stacji katodowych.

Instalacje transformatorowe do ochrony katodowej

Należy od razu zauważyć, że ten typ stacji jest przestarzały. Zastępują go analogi falowników, które mają zarówno plusy, jak i minusy. W każdym razie,modele transformatorów są używane nawet w nowych punktach ochrony elektrochemicznej.

Podstawą takich obiektów jest transformator niskoczęstotliwościowy 50 Hz i przekształtnik tyrystorowy. Do tyrystorowego układu sterowania stosuje się najprostsze urządzenia, w tym regulatory mocy impulsów fazowych. Bardziej odpowiedzialne podejście do rozwiązywania problemów sterowania wiąże się z wykorzystaniem sterowników o szerokiej funkcjonalności.

Nowoczesna katodowa ochrona antykorozyjna rurociągów z takim wyposażeniem pozwala na regulację parametrów prądu wyjściowego, wskaźników napięcia, a także wyrównanie potencjałów ochronnych. Jeśli chodzi o wady urządzeń transformatorowych, sprowadzają się one do wysokiego stopnia tętnienia prądu na wyjściu przy niskim współczynniku mocy. Ta wada nie jest wyjaśniona sinusoidalną postacią prądu.

Aby rozwiązać problem z tętnieniami, do pewnego stopnia można wprowadzić do układu dławik niskoczęstotliwościowy, ale jego wymiary odpowiadają wymiarom samego transformatora, co nie zawsze czyni taką możliwe dodanie.

Stacja falownika ochrony katodowej

Instalacje typu inwerterowego oparte są na impulsowych przetwornikach wysokiej częstotliwości. Jedną z głównych zalet korzystania ze stacji tego typu jest wysoka sprawność sięgająca 95%. Dla porównania, dla instalacji transformatorowych liczba ta sięga średnio 80%.

Czasami na pierwszy plan wysuwają się inne zalety. Na przykład małe wymiary stacji inwerterowych rozszerzają sięmożliwości ich wykorzystania w trudnych obszarach. Są też korzyści finansowe, które potwierdza praktyka korzystania z takiego sprzętu. Dzięki temu inwerterowa katodowa ochrona przed korozją rurociągów szybko się zwraca i wymaga minimalnych nakładów na konserwację techniczną. Jednak te cechy są wyraźnie widoczne tylko w porównaniu z instalacjami transformatorowymi, ale dziś istnieją bardziej efektywne nowe sposoby dostarczania prądu do rurociągów.

Projekty stacji katodowych

Taki sprzęt jest dostępny na rynku w różnych obudowach, kształtach i wymiarach. Oczywiście powszechna jest również praktyka indywidualnego projektowania takich systemów, co umożliwia nie tylko uzyskanie optymalnego projektu pod konkretne potrzeby, ale także zapewnienie niezbędnych parametrów eksploatacyjnych.

Ścisłe wyliczenie charakterystyk stacji pozwala na dalszą optymalizację kosztów jej instalacji, transportu i przechowywania. Na przykład ochrona katodowa przed korozją rurociągów oparta na falowniku o masie 10-15 kg i mocy 1,2 kW jest całkiem odpowiednia dla małych obiektów. Urządzenia o takiej charakterystyce mogą być serwisowane samochodem, jednak przy projektach o dużej skali można zastosować bardziej masywne i ciężkie stacje, wymagające podłączenia samochodów ciężarowych, dźwigu i ekip montażowych.

Funkcja ochronna

Szczególną uwagę przy opracowywaniu stacji katodowych poświęca się ochronie samego sprzętu. Aby to zrobić, integrujemy sięsystemy umożliwiające ochronę stacji przed zwarciami i przerwami obciążenia. W pierwszym przypadku do obsługi awaryjnej pracy instalacji wykorzystywane są specjalne bezpieczniki.

Jeśli chodzi o przepięcia i przerwy w zasilaniu, jest mało prawdopodobne, aby stacja ochrony katodowej była poważnie nimi dotknięta, ale może wystąpić niebezpieczeństwo porażenia prądem. Na przykład, jeśli w trybie normalnym sprzęt pracuje z małym napięciem, to po przerwie skok wskaźników może doprowadzić do 120 V.

Inne rodzaje ochrony elektrochemicznej

Oprócz ochrony katodowej, praktykowane są również technologie odwadniania elektrycznego, a także metody zapobiegania korozji bieżnika. Za najbardziej obiecujący kierunek uważa się specjalną ochronę przed powstawaniem korozji. W tym przypadku z obiektem docelowym połączone są również elementy aktywne, które zapewniają przekształcenie powierzchni z katodami za pomocą prądu. Na przykład rura stalowa jako część gazociągu może być chroniona za pomocą butli cynkowych lub aluminiowych.

Wniosek

Metody ochrony elektrochemicznej nie mogą być klasyfikowane jako nowe, a ponadto innowacyjne. Skuteczność stosowania takich technik w walce z procesami rdzewienia jest opanowana od dawna. Jednak jedna poważna wada uniemożliwia szerokie rozpowszechnienie tej metody. Faktem jest, że katodowa ochrona rurociągów przed korozją nieuchronnie generuje tak zwane prądy błądzące. Nie są niebezpieczne dla konstrukcji docelowej, ale mogą mieć negatywny wpływ napobliskie obiekty. W szczególności prąd błądzący przyczynia się do rozwoju tej samej korozji na metalowej powierzchni sąsiednich rur.