CC BY
104
DOI 10.5862/JEST.226.2 УДК 621.311.22(075.8)
В.Г. Киселёв
влияние удельного электрического сопротивления грунта
на выбор вида катодной защиты подземных трубопроводов
V.G. Kiselev
influence of the specific electric soil resistance
on the selection of the form of cathode protection of underground conduits
Проведен сравнительный анализ стоимости катодной защиты наложенным током и катодной гальванической защиты подземных металлических сооружений на примере трубопроводов. Выявлены экономические преимущества протекторной защиты, как минимум при использовании её для трубопроводов с современной качественной антикоррозионной изоляцией, обладающей высокими диэлектрическими характеристиками. Повышенное внимание уделено сравнительной оценке стоимости катодной защиты единицы длины подземного трубопровода, которая определяется при изменении удельного сопротивления грунта в интервале от нуля до 100 Ом-м.
КОРРОЗИЯ; ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ; ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ; ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ; ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА; КАТОДНАЯ ЗАЩИТА; ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА; ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА.
In the article is carried out the comparative analysis of the cost of cathode protection by the superimposed current and the cathodic galvanic protection of underground metallic construction based on the example of conduits. Are revealed the economic advantages of protector protection, as the minimum with its use for the conduits with the contemporary qualitative anticorrosive isolation, which possesses high dielectric characteristics. The increased attention is given to the comparative estimate of the cost of the cathode protection of the unit of the length of underground conduit, which is determined with a change of the specific resistance of soil in the range from zero to hundred Om-m
CORROSION, CORROSION PROTECTION, ELECTROCHEMICAL CORROSION; PROTECTION FROM THE ELECTROCHEMICAL CORROSION; ELECTROCHEMICAL PROTECTION; CATHODE PROTECTION; PROTECTOR PROTECTION; GALVANIC PROTECTION.
Постановка проблемы
При разработке и внедрении в производство новых изделий, оборудования, конструкций и сооружений различного типа существенную роль играет их коррозионная стойкость. Коррозия относится в основном к экономическим проблемам, так как связана с возможными потерями основных и оборотных фондов, а также предпринимательской прибыли. Для защиты от
коррозии подземных металлических сооружений все чаще используются методы электрохимической защиты, в частности протекторная защита. Однако существующие нормативные документы, например ГОСТ 9.602 — 2005 [1] и ГОСТ Р 51164 — 98 [2], далеко не всегда способствуют наиболее эффективному с экономической точки зрения разрешению проблемы защиты от коррозии подземных металлических
сооружений (ПМС). Решению этой задачи и посвящена данная статья.
Катодная защита от коррозии наложенным током подземных металлических сооружений
Катодная защита от коррозии наложенным током (в дальнейшем — катодная защита, или электрохимическая защита) в случае подземных металлических сооружений используется в основном для защиты от почвенной коррозии, а также и от коррозии, вызываемой постоянными и переменными блуждающими токами. Современные устройства катодной защиты представляют собой, как правило, выпрямители переменного тока, снабженные специальными блоками, которые обеспечивают автоматическое регулирование электрических характеристик электрохимической защиты (рис. 1). В качестве основного параметра, подлежащего регулировке, обычно принимают электрохимический потенциал защищаемого сооружения по отношению к грунту. При отсутствии особых условий агрессивности его поддерживают в границах от —0,85 до —1,15 В. Измерения в этом случае проводят с
использованием медно-сульфатных электродов сравнения.
В соответствии с DIN 30676 [3] необходимыми условиями для осуществления качественной электрохимической защиты от коррозии являются:
обеспечение высокой продольной проводимости трубопроводов (отсутствие изолирующих фланцев, устранение соединений в трубопроводе с высоким электрическим сопротивлением и т. д.);
отсутствие контактов с заземленными сооружениями (заземляющие устройства, арматура железобетонных фундаментов, другие подземные металлическе сооружения, не подлежащие катодной защите и т. д.);
наличие качественной диэлектрической изоляции.
Будем считать, что все эти требования выполнены, и приступим к собственно расчету катодной защиты и оценке ее технико-экономической эффективности как функции удельного сопротивления грунта при наличии у ПМС современной диэлектрической изоляции. В качестве объекта защиты выберем отдельно распо-
Сеть 220 В
I
uie л
d0
ю
cib
3
Рис. 1. Схема катодной защиты: 1 — катодная станция (преобразователь); 2 — БДР (блок диодно-резистор-ный); 3 — аноды (контур анодного заземления); 4 — контурный кабель;
5 — электрод сравнения; 6 — водопровод; 7 — теплоноситель; 8 — телефонные кабели; 9 — силовые кабели высокого напряжения
1
2
5
ложенный трубопровод, находящийся в грунте и имеющий качественное, например полиэтиленовое, антикоррозионное покрытие.
Основные принципы катодной защиты хорошо известны, а ее особенности, связанные с различными свойствами диэлектрической изоляции трубопровода, изложены, например, в публикации «Основные принципы проектирования катодной защиты подземных металлических сооружений» [4]. Воспользуемся некоторыми данными, полученными в этой работе, для оценки экономической эффективности катодной защиты как функции удельного сопротивления грунта при наличии у ПМС высококачественной полимерной изоляции. Пусть, например, трубопровод характеризуется следующими параметрами: удельное сопротивление материала (сталь) рв равно 1,8 Ом-м; наружный диаметр трубопровода d — 321 мм; 5 — толщина стенки трубопровода ^ = 6 мм). В соответствии со справочными данными [5] удельный защитный токв этом случае для трубопроводов, проложенных в грунте, изменяется в пределах от 10-5 до 10-6 А/м2.
Технические параметры катодной защиты, определяемые при различных плотностях защитного тока, представлены в таблице 2 статьи [4]. Нас интересуют часть двух нижних строк данной таблицы, соответствующих выбранным плотностям защитного токаА/м2, которые, в свою очередь, определяют протяженность 2L, км, зоны катодной защиты трубопровода и защитный ток I, А, трубопровода. Воспроизведём их в табл. 1 с целью использования в дальнейших вычислениях.
Таблица 1
Основные параметры, характеризующие зону защиты трубопровода
Л, А/м2 2Ь, км 10 А
10-5 10-6 89,443 282,800 0,902 0,285
номическую эффективность катодной защиты трубопровода для выбранных нами значений защитной плотности тока как функцию удельного сопротивления грунта в пределах его изменения от нуля до100 Ом-м.
В соответствии с приведенными данными для выбранного значения плотности защитного тока реальные изменения коснутся прежде всего таких величин, как оптимальное количество пк анодов в анодном заземлении, сопротивление Яв растекания анодного заземления, мощность преобразователя Жи необходимый расход электроэнергии Wэ в единицу времени.
Рассчитаем значения этих величин в соответствии с формулами, использованными нами ранее в работе [4]. Полученные результаты представим в табличной форме.
Определение оптимального количества электродов в анодном заземлении
Оптимальное количество электродов в анодном заземлении может быть определено по следующей формуле, взятой из монографии [6]:
Пи = 10,
^^ рШТ
На основании этих данных в зависимости от выбранных нами значений плотности защитного токаможно рассчитать основные технические и экономические характеристики катодной защиты. Проведем эти расчеты, основываясь на схеме действий, приведенной в работе [4]. Для этого определим технические параметры и эко-
Ко Р0и
где Г — фактор взаимовлияния анодов, определяющий увеличение сопротивления анодного устройства в результате взаимного экранирования отдельных анодов. Эго величина обычно колеблется в пределах от 1 до 2,5. В наших расчетах для большей наглядности мы примем Г = 1; I — количество часов в году (I = 8760 час.); Т — расчетный срок эксплуатации анодного заземления (годы). Мы принимаем Т = 10 лет; р — удельное сопротивление грунта в районе расположения анодного заземления (оно может колебаться в очень широких пределах; мы будем считать, что р изменяется от нуля до 100 Ом • м с шагом 10 Ом • м); k—стоимость электроэнергии (в текущем году она составляет 3, 39 рубля за 1 кВт/ч.); Ко — стоимость отдельного анода, включая его установку; примем ее равной 10 000 рублей; w — коэффициент полезного действия преобразователя (примем его равным 0,5); Р0 — удельное сопротивление грунта, равное 10 Ом-м; Яо — сопротивление растекания отдельного анода при удельном сопротивлении грунта р0. Для случая вертикальных анодов длиной I, диаметром d и глубиной заложения I = 0 оно
может быть вычислено по следующей формуле
[5]:
До =^lnA±. 2nl d
(2)
Пусть I = 1,2 м, d = 0,06 м; тогда R0 « 5,83 Ом.
Результаты расчета оптимального количества анодов в анодном заземлении представлены в табл. 2.
Определение величины сопротивления растекания для анодного заземления. При осуществлении дальнейших вычислений потребуется знание величины сопротивления растекания анодного заземления, которое определяется следующей формулой [6]:
^ = F^.
П Ро
(3)
Rt = —'—, т h
Выбор оптимального сечения дренажного кабеля. Выбор оптимального сечения кабеля постоянного тока обычно производят при помощи специального графика (см., например, справочник [5]) исходя из величины защитного тока и срока службы установки электрохимической защиты или по величине максимально допустимого падения напряжения на нем. Кроме того, оптимальное сечение кабеля п0, мм2, может быть определено и по следующей, разработанной нами ранее формуле [4]:
n0 =10,
RktT I Kw '
(5)
В нашем случае р — удельное сопротивление грунта в районе расположения анодного заземления. Оно может колебаться в очень широких пределах. Мы будем считать, что р изменяется от нуля до 100 Ом • м с шагом 10 Ом • м; Вычисления произведены с помощью формулы (3) и полученные данные помещены в табл. 2.
Определение входного сопротивления трубопровода. В соответствии с широко распространенным в немецкоязычном пространстве справочником [5] и работой [7] расчет входного сопротивления трубопровода будем производить по следующей формуле:
где К1 — стоимость одного погонного метра кабеля сечением 1 мм2 совместно с ценой его монтажа (пусть она составляет 1000 рублей за погонный метр кабеля сечением 1 мм2; в дальнейшем мы будем приближенно считать, что стоимость пропорционально возрастает с ростом сечения кабеля и его длиной); R1 — сопротивление одного погонного метра кабеля сечением 1 мм2, которое, в свою очередь, определяется формулой
R = Рж'-K,
(6)
(4)
где I0 — при заданных значениях плотности защитного тока (см. табл. 1) и геометрических параметров трубопровода является константой (в нашем случае I0 = 0,902 А). Размерный коэффициент 0,9 В обусловлен критерием NASE [5], в соответствии с которым, во-первых, «кажущееся удельное сопротивление изоляции трубопровода приблизительно равно удельному поляризационному сопротивлению в дефектах изоляции» и, во-вторых, считается, что «стационарный потенциал положительнее защитного потенциала на 0,3 В». В то же время падение потенциала в трубопроводе от его минимального значения —0,85 В до его максимальной величины —1,15 В составляет 0,3 В. Следовательно, общий потенциал в точке дренирования трубопровода относительно грунта составит 0,9 В. Данные расчета представлены в табл. 2.
где рк — удельное сопротивление меди (рк = = 1,75 • 10-8 Ом • м); 1К — длина кабеля (в нашем случае 1к = 1 м); SK — сечение кабеля (в нашем случае равное 10-6 м2); k — стоимость электроэнергии (примем ее равной 3, 39 рубля за 1 кВт-час); w — коэффициент полезного действия преобразователя (принимаем w = 0,5); Т — срок службы установки электрохимической защиты (принимаем Т = 10 лет).
Подстановка всех указанных величин в расчетную формулу (5) и проведение вычислений дают следующее оптимальное значение сечения кабеля: п0 = 2,91-10-6 м2.
Определение общего сопротивления дренажного кабеля. Общее сопротивление дренажного кабеля может быть рассчитано с использованием широко известной из курса физики формулы [7]
Rk =Pk1jl ,
(7)
где рК — удельное сопротивление меди (рК = = 1,75 • 10-8 Ом • м); 1К — длина кабеля. В нашем случае принимаем для большей наглядности вычислений во всех рассматриваемых вариантах
о
0
электрохимической защиты 1К = 100 м; п0 — оптимальное сечение кабеля, м2, (в соответствии с расчетом для данной плотности тока оно составляет 2,9110-6 м2).
Определим общее сопротивления кабеля протяженностью 100 метров для выбранной плотности тока по формуле (7) и поместим полученные результаты вычислений в табл. 2.
Расчет общего сопротивления низковольтной цепи установки защиты, затрат на электроэнергию и мощности преобразователя. Вычисления будем производить с использованием следующих формул: Я = ЯА + Як + Ят; (8)
Ж = ^Я; (9)
Ж = ^2/Я; (10)
Здесь kl — коэффициент, учитывающий потери мощности при преобразовании электрического тока из переменного в постоянный; примем его равным 2 (коэффициент полезного действия 0,5); k2—коэффициент, учитывающий запас мощности преобразователя, принятый при проектировании катодной защиты, и возможное снижение сопротивления изоляции трубопровода со временем; примем его равным 1,5; Я — общее сопротивление в цепи постоянного тока, которое вычисляется по формуле
(11)
Я=ЯА + Як+Ят,
где ЯА — сопротивление растекания для анодного заземления, включающее омическое и поля-
ризационное сопротивления; Як — омическое сопротивление кабеля постоянного тока; Ят — входное сопротивление трубопровода, включающее омическое и поляризационное сопротивления.
Полученные данные внесем в табл. 2.
Расчет экономических параметров установки катодной защиты. Рассчитаем удельные годовые расходы на обеспечение катодной защиты участка трубопровода единичной длины (1 км) по следующей формуле [4]:
Ц = Ц/2Д (12)
где Ц1 определяется известным соотношением Ц=К/Т+ С. (13)
В свою очередь, К и С рассчитываются по следующим формулам:
(14)
(15)
где К — капитальные затраты на сооружение установки катодной защиты. Этот вид затрат зависит в первую очередь от мощности установки катодной защиты, и его удобно разбить на три составные части:
к=ка + кк+ кп. (16)
Здесь КА — капитальные затраты, израсходованные на сооружение анодного заземления (10000 рублей на один анод); КК—капитальные затраты на покупку и монтаж дренажного кабеля (1000 рублей на покупку и прокладку 1 м кабеля сече-
К = КА + КК +
С=С,+СЭ>
Таблица 2
Основные параметры, характеризующие катодную защиту трубопровода при плотности защитного тока
js = 10-5А/м2
р, п , Яо, Як, Я, Ж, Ж, КК, К, С , р' С, э С, Цр Ц^
Ом-м шт Ом Ом Ом Ом Вт Вт тыс. тыс. тыс. тыс. тыс. тыс. тыс. тыс. тыс.
руб. руб. руб. руб. руб. руб. руб. руб. руб.
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
10 16,79 0,347 0,998 0,602 1,947 3,168 4,752 167,9 291 100 558,9 100 0,094 100,1 156,0 1,744
20 23,74 0,491 0,998 0,602 2,091 3,402 5,103 237,4 291 100 628,4 100 0,101 100,1 162,9 1,821
30 29,08 0,601 0,998 0,602 2,201 3,581 5,372 290,8 291 100 681,8 100 0,107 100,1 169,3 1,893
40 33,58 0,694 0,998 0,602 2,294 3,732 5,598 335,8 291 100 726,8 100 0,111 100,1 172,8 1,932
50 37,54 0,777 0,998 0,602 2,377 3,867 5,800 375,4 291 100 766,4 100 0,115 100,1 176,7 1,976
60 41,13 0,850 0,998 0,602 2,450 3,986 5,979 411,3 291 100 802,3 100 0,119 100,1 181,3 2,027
70 44,42 0,919 0,998 0,602 2,519 4,098 6,147 444,2 291 100 835,2 100 0,122 100,1 183,6 2,053
80 47,50 0,982 0,998 0,602 2,598 4,227 6,341 475,0 291 100 866 100 0,126 100,1 186,6 2,086
90 50,19 1,045 0,998 0,602 2,645 4,303 6,455 501,9 291 100 892,9 100 0,128 100,1 190,4 2,129
100 53,09 1,098 0,998 0,602 2,698 4,390 6,585 530,9 291 100 921,9 100 0,131 100,1 192,4 2,151
нием 1 мм2); КП — капитальные затраты на покупку и установку преобразователя (в силу относительно небольшого вклада этой величины в общие капитальные затраты примем КП равным 100 000 рублей для плотностей тока от 10-5 до 10-6 А/м2); С — годовые эксплуатационные затраты, рассчитанные на одну установку катодной защиты; их удобно разбить на следующие составные части:
С = Ср + Сэ, (17)
где Ср — затраты на профилактику установки катодной защиты, проведение различных измерений, капитального и текущего ремонтов и т. д. (для конкретной установки их можно принять постоянными в течение всего периода эксплуатации катодной защиты). Они мало изменяются при изменении мощности установки электрохимической защиты. Мы примем их условно равными 100 000 руб./год; Сэ — годовые затраты на электроэнергию, для конкретной установки их можно принять постоянными в течение всего периода эксплуатации катодной защиты, но они очень сильно зависят от величины защитного тока и определяются формулой Сэ = k t Жэ, (18)
где k — стоимость электроэнергии (принимаем её равной 3,39 рубль/кВт • час; t — количество
часов в году (8760 час); Жэ — мощность, потребляемая на входе преобразователя электрохимической защиты.
Полученные данные поместим в табл. 2.
Гальваническая антикоррозионная защита
подземных металлических трубопроводов
Протекторная защита основана на использовании принципа работы гальванических элементов. Так, например, если к стальному подземному сооружению присоединить электрод из более электроотрицательного металла, чем сталь, то будет образована коррозионная пара, в которой защищаемое сооружение будет катодом, а электрод—анодом. В силу этого протекторную защиту часто называют катодной защитой гальваническими анодами. Принцип ее работы очевиден из рис. 2. Он основывается на том, что вследствие разности потенциалов протектора и металлического сооружения в цепи защитной установки возникает электрический ток, который смещает потенциал защищаемого сооружения в отрицательном направлении, что и создает эффект катодной защиты.
Основные закономерности работы гальванической защиты хорошо известны, а ее особен-
.'.3
• * •
Катодная зона
1
I -, . . |- —¡-^--.. _
' т 1 ^ 70 мм (для одного протектора) .
■ * - .*
Рис. 2. Схема протекторной защиты: 1 — протектор; 2 — активатор; 3 — пути движения защитного тока в грунте; 4 — трубопровод; 5 — соединительный кабель;
6 — контрольный пункт
6
ности, связанные с различным качеством диэлектрической изоляции трубопровода, изложены, например, в публикации «Основные принципы проектирования протекторной защиты подземных металлических сооружений» [7].
Воспользуемся данными, полученными в этой работе, для оценки экономической эффективности протекторной защиты как функции удельного сопротивления грунта при наличии высококачественной полимерной изоляции. В соответствии со справочными данными [5] удельный защитный ток в этом случае — для трубопроводов, проложенных в грунте, — изменяется от 10-5 до 10-6 А/м2. Ряд технических параметров катодной защиты, определяемых при различных плотностях защитного тока, представлен в табл. 1. Очевидно, что они в равной степени применимы и для протекторной защиты. Рассчитаем, основываясь на этих данных, основные технические и экономические характеристики установок протекторной защиты.
Расчет основных технических и экономических параметров установки протекторной защиты. На практике оценка величины защитного тока 1Л одного протектора для магниевых протекторов обычно происходит с использованием следующей хорошо известной эмпирической формулы из справочника [5]:
¿А=0,6/Я, (19)
где величина 0,6 характеризует движущее напряжение, т. е. напряжение между защищаемым сооружением с поляризационным потенциалом
—0,85 В и поляризационным потенциалом гальванического анода, которые измерены относительно медно-сульфатного электрода сравнения. Для цинкового анода эта величина обычно составляет 0,2 В, а для алюминиевого — 0,3 В [5]. Под обозначением Я понимают омическое со-
^ п
противление в цепи установки протекторной защиты, которое, в свою очередь, определяется следующей формулой:
Яп = ЯЯ + Я» + *К> (20)
где Я5 — омическое сопротивление растекания защищаемого сооружения; Яв — омическое сопротивление растекания одиночного гальванического анода; Як — омическое сопротивление кабеля.
Проведем вычисление необходимой величины защитного тока с использованием этих формул. Воспользуемся упрощенным вариантом расчета сопротивления растекания пятикилограммовых магниевых анодов, изготовленных в форме блоков и помещенных в мешки с активатором. В этом случае в силу малой протяженности кабельных прокладок (что влечет за собой их относительно низкую стоимость), а также возможности выбора практически любого необходимого сечения кабеля можно принять, что Як<< Яв. В то же время для расчета омического сопротивления растекания трубопровода можно принять, что Я3=0,3 Ом [5]. Следовательно, мы можем переписать формулу (19) в следующем виде:
Jл
0,6
RG + 0,3
(21)
Таблица 3
Основные параметры, характеризующие протекторную защиту трубопровода при плотности защитного тока
j =10-5 А/м2
р, Ом-м Яд, Ом п , шт гр' Кпр, тыс. руб. С , тыс. руб. Ц1пр, тыс. руб. ^ тыс. руб.
0 0 0 0 0 0 0 0
10 6 0,100 9,020 90,20 8 17,02 0,190
20 12 0,049 18,41 164,0 8 24,40 0,273
30 18 0,033 27,33 237,4 8 31,74 0,355
40 24 0,025 36,08 311,0 8 39,10 0,437
50 30 0,020 45,10 392,2 8 47,22 0,528
60 36 0,017 53,06 474,7 8 55,47 0,620
70 42 0,014 64,43 530,6 8 61,06 0,683
80 48 0,012 75,17 601,3 8 68,13 0,762
90 54 0,011 82,00 693,8 8 77,38 0,865
100 60 0,010 90,20 751,7 8 73,17 0,818
Установлено [5], что сопротивление растекания для протектора выбранной нами формы в основном определяется следующей эмпирической формулой:
RG = 0,6 р [Ом-м/м], (22)
где р — удельное сопротивление грунта, Ом-м.
Проведем соответствующие вычисления RG и I, результаты поместим в табл. 3.
Расчет количества протекторов. В случае, если все указанные мероприятия не позволяют обеспечить требующийся защитный ток /0, (в нашем случае согласно табл. 1 его величина составляет 0,902 А), необходимо использовать несколько протекторов. Очевидно, что при использовании п одиночных протекторов защитный ток, получаемый от них, увеличивается в п раз. Однако на практике с целью сокращения объема земляных работ используют групповое размещение протекторов, при котором наблюдается некоторый рост омического сопротивления растекания по сравнению с одиночным заложением протекторов, что учитывается коэффициентом экранирования п. При обычных методах закладки гальванических анодов его величина мало отличается от 0,85. Количество пгр протекторов, установленных групповым способом в таком случае можно определить по формуле
"гр =
а
(23)
п - ^ "гр т
т А
(24)
Проведем соответствующие вычисления п , результаты поместим в табл. 3.
Проектирование протекторной защиты предполагает и определение срока её службы по следующей формуле:
mgЦпПи
Т -
8760J '
(25)
где Т — срок службы протектора (годы); т — масса протектора; g —токоотдача материала протектора (теоретическая); пп — коэффициент, учитывающий собственную коррозию анода; П — коэффициент, учитывающий неравномер-
ность коррозии анода; I — среднее значение силы тока в цепи «протектор — ПМС» за весь период Т эксплуатации протектора.
Будем считать, что данное требование выполняется. В противном случае оно легко исправимо простым увеличением массы протекторов. Остальные параметры протекторной защиты при этом изменяются мало, и можно принять, что они остаются практически неизменными и не влияющими на экономические и технические параметры гальванической защиты ПМС от коррозии.
Расчет основных экономических параметров установки протекторной защиты. Рассчитаем удельные годовые расходы на обеспечение протекторной защиты участка трубопровода единичной длины (1 км) по следующей формуле [4]:
ЦХпр -
Ц
1пр
2L
где Ц1пр, определяется соотношением
Цщ, - ^+с,
т
пр'
(23)
(24)
Вместе с тем в наших расчетах с целью более адекватного сравнения экономических параметров двух методов защиты (катодного и протекторного) будем считать, что п = 1, т. е. будем использовать следующую упрощенную формулу:
Кпр — капитальные затраты на сооружение установки протекторной защиты (10000 рублей на один гальванический анод); Спр — годовые эксплуатационные затраты, рассчитанные на одну установку протекторной защиты и расходуемые на её профилактику, проведение различных измерений, ремонтов и т. д. В соответствии с п. 4.7.7 «Инструкции по защите городских подземных трубопроводов от коррозии» [8] профилактические осмотры установок протекторной защиты производятся два раза в год. Осмотры уже установок катодной защиты осуществляют два раза в месяц. Соответственно можно принять (особенно учитывая то обстоятельство, что технически протекторная защита значительно проще катодной), что стоимость ее будет не более 8 % от соответствующей стоимости обслуживания установок катодной защиты. Стоимость годового обслуживания установки катодной защиты нами была оценена ранее в 100000 рублей. Следовательно, стоимость годового обслуживания установки протекторной защиты можно принять равной 8000 рублей.
Полученные данные поместим в табл. 3.
Обсуждение результатов и выводы
Оценка экономической эффективности антикоррозионных мероприятий сопряжена с целым рядом методологических трудностей. Действительно, наиболее часто используемый метод годовых приведенных затрат предполагает, что степень защищённости ПМС при любом виде применяемых антикоррозионных мероприятий остается практически постоянной. В действительности это не так. Следовательно, учет изменения скорости коррозионного процесса на ПМС при использовании различных методов антикоррозионной защиты требует развития соответствующих модельных представлений и прогнозов коррозионного состояния ПМС, что резко снижает точность расчётов экономической эффективности антикоррозионной защиты.
Счастливым исключением из этого общего правила является сравнительная оценка технико-экономической эффективности протекторной защиты и катодной защиты наложенным током [9, 10]. В этом случае эффективность антикоррозионных мероприятий определяется одним и тем же параметром, а именно достижением защитного потенциала —0,85 В по медно-сульфатному электроду сравнения, и, следовательно, может не учитываться при экономическом сравнении обоих методов защиты. В этом случае можно ограничится рассмотрением приведенных затрат по вариантам электро-
химической защиты, осуществленной для одного и того же подземного металлического сооружения. Практически это означает сравнение величин Ц и Ц , т. е. годовых приведённых затрат на защиту одного километра трубопровода установками соответственно катодной и протекторной защит при одинаковых условиях. Сопоставление последних строк табл. 2 и 3, где определены эти параметры, позволяет сделать однозначный выбор в пользу протекторной защиты для трубопроводов с современной, например полиэтиленовой, изоляцией, обладающей хорошими диэлектрическими свойствами в рассмотренном интервале изменения сопротивления грунта.
Выводы
Предложена методика расчета сравнительной экономической эффективности протекторной и катодной защит подземных металлических сооружений, использующая практические формулы, выработанные в процессе развития методов электрохимической защиты. Она позволяет:
оценить влияние удельного сопротивления грунта на экономическую эффективность протекторной и катодной защит;
выбрать вариант электрохимической защиты с минимальной стоимостью путем сравнения годовых приведенных затрат на один километр защищаемого трубопровода в вариантах протекторной и катодной защиты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 9.602 — 2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. М.: Стандартин-форм, 2006. 55 с.
2. ГОСТ Р 51164 — 98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. М.: Госстандарт России. 1998. 41 с.
3. DIN 30 676. Planung und Anwendung des kathodischen Korrosionsschutzes für den Außenschütz.
4. Киселев В.Г. Основные принципы проектирования катодной защиты подземных металлических сооружений// Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического института. 2011. № 4(135) . С. 111-116.
5. Baeckmann W. Taschenbuch für den kathodischen Korrosionsschutz. Essen.: Vulkan-Verlag, 1996. 339 S.
6. Baeckmann W., SchwenkW. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. Weinheim.: Verlag Chemie. 1980. 465 S.
7. Киселев В.Г. Основные принципы проектирования протекторной защиты подземных металлических сооружений // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического института. 2011. № 3(130). С. 75-80.
8. РД 153-39.4-091-01 Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии. Санкт-Петербург: Изд-во ДЕАН, 2002. 240 с.
9. Киселев В.Г., Медяный С.А. Методы оценки экономической эффективности антикоррозионных мероприятий// Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического института. 2008. № 2 (54). С. 215-218.
10. Киселев В.Г. Совершенствование методики оценки экономической эффективности антикоррозионных мероприятий// Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического института. 2009. № 4 (89). Т. 2. С. 107-112.
REFERENCES
1. GOST 9.602 - 2005. Yedinaya sistema zashchity ot korrozii i stareniya. Sooruzheniya podzemnyye. Obshchiye trebovaniya k zashchite ot korrozii [United system for corrosion protection and aging. Construction are underground. General requirements for the corrosion protection] M.: Standartinform, 2006. 55 s. (rus.)
2. GOST R 51164 - 98. Truboprovody stalnyye magistralnyye. Obshchiye trebovaniya k zashchite ot korrozii [Conduits are steel main. General requirements for the corrosion protection]. M.: Gosstandart Rossii, 1998. 41 s. (rus.)
3. DIN 30 676. Planung und Anwendung des kathodischen Korrosionsschutzes für den Außenschütz [Planning and application of the cathodic corrosion protection for the external contactor].
4. Kiselev V.G. Osnovnyye printsipy proyektirovaniya katodnoy zashchity podzemnykh metallicheskikh sooruzheniy [Basic principles of the design of the cathode protection of the underground metallic construction]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo instituta. 2011. № 4 (135). S. 111-116. (rus.)
5. Baeckmann W. Taschenbuch für den kathodischen Korrosionsschutz [Paperback for the cathodic corrosion protection]. Essen.: Vulkan-Verlag, 1996. 339 s.
6. Baeckmann W., Schwenk W. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes [Manual of the cathodic corrosion protection]. Weinheim.: Verlag Chemie. 1980. 465 s.
7. Kiselev V.G. Osnovnyye printsipy proyektirovaniya protektornoy zashchity podzemnykh metallicheskikh sooruzheniy[Basic principles of the design of the protector protection of the underground metallic construction]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo instituta. 2011. № 3 (130). S. 75-80. (rus.)
8. RD 153-39.4-091-01. Instruktsiya po zashchite gorodskikh podzemnykh truboprovodov ot korrozii [Instruction on the protection of urban underground conduits from the corrosion]. Sankt-Peterburg.: Izd-vo DEAN, 2002. 240 s. (rus.)
9. Kiselev V.G. Sovershenstvovaniye metodiki otsenki ekonomicheskoy effektivnosti antikorrozionnykh meropriyatiy [Methods of the estimation of economic effectiveness in the anticorrosive measures]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo instituta. 2009. № 4-2 (89). T. 2. S. 107 - 112. (rus.)
10. Kiselev V.G., Medyanyy S.A. Metody otsenki ekonomicheskoy effektivnosti antikorrozionnykh meropriyatiy [Improvement of the procedure of the estimation of economic effectiveness in the anticorrosive measures]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo instituta. 2008. № 2 (54). S. 215 - 218. (rus.)
СВЕДЕНИЯ ОБ ABTOPAX/AUTHORS
КИСЕЛЕВ Владимир Геннадьевич — доктор технических наук профессор Санкт-Петербургского
политехнического университета Петра Великого.
195251, Россия, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.
E-mail: [email protected]
KISELEV Vladimir G. — Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. 29 Politechnicheskaya St., St. Petersburg, 195251, Russia. E-mail: [email protected]
