CC BY
18ДИАГНОСТИКА
С.И. Бойко, заместитель генерального директора; В.В. Лещенко, генеральный директор,
ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика»
АЛЬТЕРНАТИВА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЕ -СПОСОБ НАЛОЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА УЧАСТКИ ТРУБОПРОВОДА
Наложение электрического тока на подземные сооружения для защиты от коррозии впервые было применено в Англии в 1910 г. С тех пор использование катодной защиты в этой области быстро распространилось, и в настоящее время этим методом эффективно защищают от коррозии тысячи километров подземных трубопроводов и кабелей.
Вековое существование катодной защиты наглядно демонстрирует прикладную значимость и универсальность метода, идеология применения которого практически не претерпела изменений,за исключением некоторых «гаджетов», например блоков диодно-резисторных многоканальных, блоков индикаторных пластин коррозии и «девайсов» (электродов ЭНЕС, МЭС длительного действия, прерывателей и синхронизаторов для измерения поляризационного потенциала). Однако явная эффективность катодной защиты для однообъектных коммуникаций оказывается не столь очевидной для многообъектных систем, находящихся в общем электролите, например в грунте или под водой. Такие многообъектные системы для организации корректной катодной защиты требуют применения не только регламентированных нормативными документами значений минимального и максимального защитного потенциалов, но и новых, дополнительных критериев защищенности в связи с неизбежностью процесса взаимовлияния объектов из-за их различной по-ляризованности током катодной защиты. Очевидно, что:
1. Чем больше разветвлена система, например трубопроводная, тем сложнее нивелировать негативные процессы взаимовлияния, для чего необходимо рассматривать множество вариантов распределения тока защиты по физическому каналу «труба - земля» на всех участках этой распределенной цепи.
2. Катодная защита на подземных и подводных трубопроводах, транспортирующих
жидкие продукты, имеющие выраженные свойства электролитической проводимости (или имеющие в с составе таковые фракции), требует также дополнител ьн ых нормативных эксплуатационных критериев, т.к. натекающий ток КЗ на внешнюю стенку, возвращаясь по телу трубы к источнику КЗ, разветвляется через внутренний электролит при значительном градиенте разности защитных потенциалов от точки натекания к точке дренажа и приводит к разрушению внутренней стенки.
3. КЗ практически неприменима для антикоррозионной защиты внутренней поверхности металлических трубопроводов из-за технологической сложности реализации задачи, хотя природа возникновения и электрохимические процессы для внутренней коррозии абсолютно идентичны процессам коррозии на внешней стенке.
4. Эффективность работы КЗ имеет функциональную зависимость от электрохимических свойств окружающего защищаемый подземный (подводный) объект проводника - земля (вода). Например, промерзший грунт практически не проводит электрический ток защиты, в скальных породах и в море трудно обустроить анодное заземление с приемлемым сопротивлением растеканию тока, в песчаных грунтах на эффективность КЗ влияет высокое удельное сопротивление грунта и т.д. Перечисленные ограничения и недостатки катодной защиты вытекают из двух базовых положений:
• Окружающий защищаемый объект грунт (вода) - это распределенный проводник
второго рода в цепи КЗ, выступающий одновременно в двух ипостасях: как коррозионный агрессор и как проводник защитного тока КЗ. Естественная гетерогенность и природно-климатическая зависимость факторов, определяющих свойства грунта как агрессора и как проводника тока КЗ, вносят в процесс защиты и его контроля значительную степень неопределенности.
• Контактность способа организации КЗ также, в свою очередь, ограничивает постоянство защитных параметров (по времени и расстоянию) и снижает КПД КЗ, так как естественная физическая и климатическая коррекция переходных сопротивлений на «электродах» (например, «анод - земля», «протектор - земля», «труба - земля») изменяет суммарное сопротивление защитной цепи тока КЗ, а следовательно, и степень катодной поляризации объекта (объектов).
Из приведенного выше выходит, что эффективность метода КЗ, равно как и коррозионная агрессивность грунта (воды), будет неизбежно зависеть от таких определяющих факторов, как:
1) пористость (аэрация);
2) влажность (для грунта);
3) электропроводимость;
4) наличие растворенных солей;
5) кислотность (щелочность). Напрашивается вывод о необходимости исключения проводника «земля» для корректной организации противокоррозионной защиты подземных металлических конструкций, в частности трубопроводов, в условиях многониточной прокладки. Известен способ подавления роста сульфатовосстанавливающих бактерий для
антикоррозионной защиты трубопроводов воздействием магнитного поля на промысловые воды в системах подготовки и транспортировки нефти (п-т РФ № 2268593; 29.04.2004 г.), а также способ антикоррозионной защиты металлических трубопроводов от внутренней коррозии (п-т РФ № 2347012; 20.02.2009 г.). В отличие от традиционных методов ингибиторной и катодной защиты металлических трубопроводов, эффективность работы которых зависит от электрохимических свойств транспортируемого продукта и окружающей среды, например кислотности, аэрированности, проводимости и т.д., а также от обновляемости и объемов транспортировки продукта, способ защиты магнитной обработкой (МО) от них не зависит, так как воздействие на физико-химические свойства транспортируемого продукта и на торможение анодно-катодных процессов происходит бесконтактно. Недостатком способа (п-т РФ № 2268593; 29.04.2004 г.) является то, что антикоррозионный эффект воздействия магнитного поля достигается не за счет повышения устойчивости металлического трубопровода к внутренней коррозии, а за счет уменьшения бактериальной и физико-химической активности добываемого и транспортируемого продукта и его отложений по отношению к поверхности трубопровода. Этот недостаток проявляется в том, что результат антикоррозионного воздействия МО на отдельные компоненты транспортируемого продукта различный. Соответственно, выбор оптимальной величины напряженности магнитного поля и длительность обработки конкретного компонента разделившегося продукта должны быть различными. В связи с этим эффективная одновременная антикоррозионная защита трубопровода от агрессивных компонентов транспортируемого продукта невозможна.
Суть другого способа (п-т РФ № 2347012; 20.02.2009 г.) состоит в том, что участок защищаемого трубопровода размещается в переменном электромагнитном поле, что приводит к возникновению в трубопроводе индукционного тока, обусловленного возникающим в проводнике переменным электрическим полем. Результатом взаимодействия наведенного индукционного тока с коррозионным током гальванических пар на поверхности трубопровода является предупреждение
образования новых коррозионных пар (анод - катод) и прекращение активности действующих. Указанный результат достигается тем, что знакопеременные индукционные токи, создавая в определенные моменты времени суперпозицию постоянным коррозионным токам отдельных макро- и микропар, приводят к нарушению физико-химических условий их образования, требующих после электромагнитного воздействия длительного времени релаксации.
Недостатком этого способа является то, что для достижения антикоррозионного эффекта необходима низкая частота излучения переменного электромагнитного поля, наводящего знакопеременные индукционные токи от воздействия маг-
нитной составляющей для оптимальной временной скоррелированности процесса суперпозиции коррозионным токам отдельных макро- и микрогальванопар защищаемой конструкции и нарушения физико-химических условий их образования, а так как по закону Фарадея:
8 =
dФ„
dt
индуцированная ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока, то эффективность наведения индукционных токов для низких частот будет крайне мала.
Авторы статьи предлагают альтернативный способ антикоррозионной защиты металлических трубопроводов от вну-
Рис. 1
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ диагностика \\ 35
диагностика
31„іп™г
Рис. 2
Рис. 3
тренней и внешней коррозии, который заключается в контактном наложении переменного тока низкой частоты на защищаемые участки трубопроводных систем, электрически разделенных с помощью стандартной изолирующей вставки (ВЭИ). Воздействие наложенного переменного тока на коррозионные токи гальванических пар на внутренней и наружной поверхностях защищаемых участков трубопровода позволяет предупредить образование новых коррозионных пар (анод - катод) и прекратить активность действующих. Указанный результат достигается тем, что наложенный переменный ток, изменяя поляризацию защищаемых участков трубопроводной системы, контактирующих с внешним (окружающим грунтом) и внутренним (транспортируемым продуктом) электролитом одновременно, создает суперпозицию постоянным коррозионным токам отдельных макро- и микропар, приводит к изменению условий протекания окислительно-восстановительных электродных реакций и нарушению процессов образования
коррозионных пар за счет повышения отрицательной поляризации катодных зон и пассивации анодных зон за счет положительной поляризации последних в определенные моменты времени. Способ является универсальным для защиты от коррозии как внутренней, так и наружной стенки трубопроводов. Универсальность определяется именно тем, что из цепи защиты исключаются проводник «земля» и проводник «внутренний продукт», при этом достигается и необходимая адресность защиты, без негативного воздействия на соседние сооружения, так как противокоррозионное наложение переменного тока осуществляется непосредственно на конкретном защищаемом объекте.
В ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика» разработан и изготовлен опытный рабочий образец устройства для реализации способа антикоррозионной защиты внутренней и внешней поверхностей металлических трубопроводов наложением переменного тока. Он успешно прошел комплекс полевых испытаний в эксплуа-
тационных условиях в одной из ведущих нефтяных компаний страны.
Были определены критерии контроля и радиус (плечо) действия противокоррозионной защиты. Электроизмерения проводились как на входе сигнала от устройства БИП-2 на фланцах ВЭИ (рис. 1), так и на участках контролируемого трубопровода, удаленных на 1 км от точки подключения БИП-2 (рис. 2). В качестве запоминающего прибора использовался серийно выпускаемый измеритель-регистратор ИР-1 «Менделеевец». Схема включения устройства БИП-2 для наложения переменного тока защиты от коррозии представлена на рисунке 3. При этом штатная катодная защита на участке отключена.
Графики изменения естественной поляризации трубопровода представлены на рисунках 1-2.
Среди возможных критериев оценки эффективности способа противокоррозионной защиты переменным током на предварительных этапах проведения эксплуатационных испытаний был выбран потенциальный, как наиболее прикладной и визуализируемый с точки зрения работоспособности методики реализации способа защиты от коррозии. Изменение «дельты» результирующей катодно-анодных гальванопар естественного потенциала на порядок (рис. 1-2) показывает неоспоримую физическую обоснованность антикоррозионного эффекта разработанного способа.
Очевидные преимущества: универсальность метода (защита от внутренней и внешней коррозии), высокая технеологичность (от-стутствие анодных заземлений , питающих и соединительных линий), энергетическая независимость (1 Вт на 10 км подземного Ду 219), экологическая чистота - 100% позволяют реализовать метод без капвложений во всех производственных системах - газотранспортных, коммунальных, химических, пищевых и т.д., использующих металлические трубопроводы.
ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика» 119991, г. Москва,
Ленинский пр-т, д. 63/2, корп. 1 Тел/факс: +7 (495) 781-59-18/17 е-mail: [email protected]
на правах рекламы
на правах рекламы
ВЫСОТЕХНОЛОГИЧНАЯ ЗАЩИТА ОТ ОГНЯ МАТЕРИАЛАМИ «УНИПОЛ» НА 45, 60, 90, 120 МИНУТ
ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ «УНИПОЛ»®
*■ нанесение от -25°С до +35°С
• эксплуатация от -60°С до +6СГС
• грунт-эмали 2 в 1
- простота нанесения
- одноупаковоннос=ь составов
- подтвержденные срони службы от 15 лет
ВИДЫ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ «УНИПОЛ»®
* атмосферостойкие
* водостойкие
* х т стой кие
* маслобензостойние
* термостойкие
* огнезащитные
ОТРАСЛЕВАЯ СЕРТИФИКАЦИЯ ПОКРЫТИЙ «УНИПОЛ»®
* ОАО * Газпром-
* ОАО АК «Транснефть^
* ОАО «РЖД-
* ГК «Трансстрой»
* ОАО «Трест Гидромонтаж*
Разработчик и производитель ЗАО «НПК «КоррЗащита»
ГТочтваый адрес: 117218, г. Моснва, ул. Большая Черемушкинская. д. 21 (а/я 53) Контактный тел.: +7(495) 730-66-09 Интернет сайт: www.korrzashita.ru Электронная почта: [email protected]
