Катодний захист від корозії трубопроводів: обладнання, принцип роботи

Засоби захисту від корозії дозволяють продовжити термін служби металевої конструкції, а також зберегти її техніко-фізичні властивості в процесі експлуатації. Незважаючи на різноманітність методів протикорозійного забезпечення дії, повністю уберегти об'єкти від ураження іржею вдається лише в окремих випадках. Ефективність такого захисту залежить не тільки від якості протекторної технології, але і від умов її застосування. Зокрема, для заощадження металевої структури трубопроводів свої найкращі властивості демонструє електрохімічний захист від корозії, заснована на роботі катодів. Запобігання утворення іржі на таких комунікаціях, зрозуміло, не єдина сфера застосування даної технології, але за сукупністю характеристик цей напрям можна розглядати як найбільш актуальне для електрохімічної протекції.

Загальні відомості про електрохімічного захисту

Захист металів від іржі за допомогою електрохімічного впливу ґрунтується на залежності величини електродного потенціалу матеріалу від швидкості процесу корозії. Металеві конструкції повинні експлуатуватися в тому діапазоні потенціалів, де їх анодне розчинення буде нижче припустимої межі. Останній, до речі, визначається технічною документацією з експлуатації споруди. На практиці електрохімічна захист від корозії передбачає підключення до готового виробу джерела з постійним струмом. Електричне поле на поверхні і в структурі захищеного об'єкта формує поляризацію електродів, за рахунок якої управляється і процес корозійного ураження. В сутності, анодні зони на металевій конструкції стають катодними, що дозволяє зміщувати негативні процеси, забезпечуючи збереження структури цільового об'єкта.

Принцип роботи катодного захисту

Існує катодна і анодна захист електрохімічного типу. Найбільшу популярність все ж отримала перша концепція, яка і застосовується для захисту трубопроводів. За загальним принципом, при реалізації даного методу до об'єкта підводиться струм з негативним полюсом від зовнішнього джерела. Зокрема, таким чином може захищатися труба сталева або мідна, в результаті чого відбуватиметься поляризація катодних ділянок з переходом їх потенціалів в анодне стан. У підсумку корозійна активність конструкції, що захищається буде зведена практично до нуля. При цьому і катодний захист може мати різні варіанти виконання. Широко практикується вищеописана техніка поляризації від зовнішнього джерела, але ефективно діє і метод деаерації електроліту із зменшенням швидкості катодних процесів, а також створенням протекторного бар'єру. Вже не раз відзначалося, що принцип катодного захисту реалізується за рахунок зовнішнього джерела струму. Власне, в його роботі і полягає головна функція антикорозійного захисту. Виконують ці завдання спеціальні станції, які, як правило, входять у загальну інфраструктуру технічного обслуговування трубопроводів.

Станції катодного захисту від корозії

Головна функція катодної станції полягає у стабільному забезпеченні струмом цільового металевого об'єкта у відповідності з методом катодної поляризації. Використовують таке обладнання в інфраструктурі підземних газо - і нафтопроводів, в трубах водопостачання, теплових мережах і т. д.
Існує безліч різновидів таких джерел, при цьому найбільш поширене пристрій катодного захисту передбачає наявність у складі:

обладнання перетворювача струму;

дроти для підводки до захищеного об'єкта;

анодного заземлювача.

При цьому існує поділ станцій на інверторні і трансформаторні. Мають місце й інші класифікації, але вони орієнтовані на сегментацію установок або за сферами застосування, або ж за технічними характеристиками і параметрами вхідних даних. Базові принципи роботи найбільш яскраво ілюструють позначені два типи катодних станцій.

Трансформаторні установки катодного захисту

Відразу слід зазначити, що даний вид станцій є застарілими. На його зміну як раз і приходять інверторні аналоги, які мають як плюси, так і мінуси. Так чи інакше, трансформаторні моделі застосовуються навіть на нових пунктах забезпечення електрохімічного захисту. В якості основи таких об'єктів використовується низькочастотний трансформатор на 50 Гц і тиристорний перетворювач. Для системи керування тиристорами застосовуються найпростіші пристрої, серед яких фазоимпульсние регулятори потужності. Більш відповідальний підхід до вирішення завдань управління передбачає використання контролерів з широким функціоналом. Сучасна катодний захист від корозії трубопроводів з таким оснащенням дозволяє регулювати параметри вихідного струму, показники напруги, а також вирівнювати захисні потенціали. Що стосується недоліків трансформаторного обладнання, то вони зводяться до високого ступеня пульсації струму на виході при низькому коефіцієнті потужності. Пояснюється цей ефект не синусоїдою формою струму. Вирішити проблему з пульсацією в певній мірі дозволяє впровадження в систему низькочастотного дроселя, але його габарити відповідають розмірам самого трансформатора, що не завжди робить можливим таке доповнення.

Інверторна станція катодного захисту

Встановлення інверторного типу базуються на високочастотних імпульсних перетворювачах. Одним з головних переваг від використання станцій цього типу є високий ККД, що досягає 95%. Для порівняння, у трансформаторних установок цей показник в середньому сягає 80%. Іноді на перший план виходять і інші достоїнства. Наприклад, невеликі габарити інверторних станцій розширюють можливості для їх застосування на складних ділянках. Є фінансові переваги, які підтверджує практика застосування такого обладнання. Так, інверторна катодний захист від корозії трубопроводів швидко окупається і потребує мінімальних вкладень у технічне утримання. Втім, ці якості виразно помітні лише при порівнянні з трансформаторними установками, але вже сьогодні з'являються більш ефективні нові засоби забезпечення струму для трубопроводів.

Конструкції катодних станцій

Таке обладнання представлено на ринку в різних корпусах, формах і розмірах. Звичайно, поширена і практика індивідуального проектування таких систем, що дозволяє не тільки отримати оптимальну для конкретних потреб конструкцію, але і забезпечити необхідні експлуатаційні параметри. Строгий розрахунок характеристик станції дозволяє в подальшому оптимізувати витрати на її встановлення, транспортування і зберігання. Наприклад, для невеликих об'єктів цілком підійде катодний захист від корозії трубопроводів на інверторної основі масою 10-15 кг і потужністю 12 кВт. Обладнання з такими характеристиками можна обслужити і легковим автомобілем, однак для масштабних проектів можуть застосовуватися і більш масивні і важкі станції, що вимагають підключення вантажної техніки, підйомного крана і бригад монтажників.

Захисний функціонал

Особливу увагу при розробці катодних станцій приділяється захисту самого обладнання. Для цього інтегруються системи, що дозволяють охороняти станції від короткого замикання і обриву навантажень. У першому випадку використовуються спеціальні запобіжники, які дозволяють обробляти аварійні режими роботи установок. Що стосується стрибків і обривів напруги, то станція катодного захисту навряд чи серйозно постраждає від них, але зате може виникнути небезпека поразки струмом. Наприклад, якщо в звичайному режимі обладнання експлуатується невеликим напругою, то після обриву стрибок у показниках може довести до 120 Ст.

Інші види електрохімічного захисту

Крім катодного захисту практикуються і технології електричного дренажу, а також протекторні методи запобігання корозії. Найбільш перспективним напрямком вважається саме спеціальна протекція від утворення корозії. В даному випадку також до цільового об'єкту підключаються активні елементи, що забезпечують перетворення поверхні з катодами допомогою струму. Наприклад, труба сталева в складі газопроводу може бути захищена цинковими або алюмінієвими циліндрами.

Висновок

Способи електрохімічного захисту можна віднести до новим і, тим більше, інноваційним. Ефективність застосування подібних методик у боротьбі з процесами іржавіння освоєна давно. Проте, широкого поширення цього способу перешкоджає один серйозний недолік. Справа в тому, що катодний захист від корозії трубопроводів неминуче виробляє так звані блукаючі струми. Вони не небезпечні для цільової конструкції, але можуть чинити негативний вплив на близкорасположенние об'єкти. Зокрема, блукаючий струм сприяє розвитку тієї ж корозії на металевій поверхні сусідніх труб.