Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов

Авторы патента:

C23F13/04 - управление или регулирование требуемыми параметрами

Владельцы патента RU 2308545:

Хижняков Валентин Игнатьевич (RU)

Изобретение относится к защите подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для корректировки режима катодной защиты подземных трубопроводов с учетом электролитического наводороживания их. Способ включает регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, при этом дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода, сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода и принимаемым не более 50, а в случае превышения предельно допустимого отношения указанных токов изменяют режим катодной защиты или устраняют повреждения изоляционного покрытия трубопровода. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты подземных трубопроводов. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к защите подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для корректировки режима работы катодной защиты трубопроводов с учетом электролитического наводороживания их.

Известен способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий подключение отрицательного полюса источника постоянного тока к трубопроводу и положительного полюса к аноду - заземлению и поддержание поляризационного потенциала / Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров / М.В.Кузнецов и др. - М.: Недра, 1992. - С.113-114/.

Недостаток способа заключается в том, что при корректировке режима катодной защиты не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода, что приводит к водородному охрупчиванию металла и авариям на трубопроводе.

Известен способ катодной защиты подземных сооружений, включающий создание на всей поверхности этих сооружении поляризационных потенциалов заданной величины / Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / Стрижевский И.В. и др. - М.: Недра, 1981. - С.91/.

Недостаток способа заключается в том, что при поддержании поляризационных потенциалов также не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода.

Известен также способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе / Электрохимическая защита подземных трубопроводов от внешней коррозии / И.С.Хретинин и др. // ЭИ сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. М.: ВНИИОЭНГ, 1993. - с.6-11/.

Недостаток этого способа заключается в том, что при наличии локальных повреждений покрытия трубопровода увеличение поляризационного потенциала приводит к существенному увеличению тока катодной защиты, что вызывает интенсивное электролитическое наводроживание стенки трубопровода.

Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты подземных стальных трубопроводов.

Технический результат заключается в снижении аварийности при эксплуатации трубопроводов.

Для получения такого результата в предложенном способе катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающем регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, согласно изобретению дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты, причем предельно допустимое отношение указанных токов принимают не более 50.

Сущность данного предложения заключается в том, что периодически контролируют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы в зависимости от отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют предельно допустимое отношение указанных токов /не более 50/ и критический режим катодной защиты, превышение которого опасно стресс-коррозионным разрушением трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения токов предельно допустимой величины изменяют режим катодной защиты.

Механизм электрохимического процесса заключается в следующем. При режимах катодной защиты, когда идет интенсивное электролитическое наводороживание стенки трубопровода, весь кислород, являющийся основным коррозионным элементом в грунте, «связывается» электронами, в избытке поступающими от источника тока катодной защиты: О₂+Н₂О+4е=2ОН^-/ОН^- - ион гидроксила/. При протекании этой реакции водорода на катодно-защищаемой поверхности еще нет. Однако, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода, избыточные электроны захватывают молекулы воды: Н₂О+4е=Н_адс+ОН^- и на катоднозащищаемой поверхности трубопровода образуются атомы водорода /Н_адс/, что приводит к последующему электролитическому наводороживанию стенки трубопровода и появлению стресс-коррозионных трещин. Площадь катодно-защищаемой поверхности, покрытая адсорбционным водородом, является функцией тока катодной защиты, следовательно, количество водорода, который диффундируется в сталь, также является функцией величины тока катодной защиты.

На чертеже показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии.

Способ реализуется следующим образом. Определяют предельный ток электровосстановления кислорода. Для этого используют коррозионно-индикаторный зонд с рабочим и вспомогательным электродами. Зонд устанавливают над трубопроводом и погружают на уровень его укладки. Рабочий электрод, выполненный из трубной стали, подключают к источнику тока, величина которого после установления характеризует предельный ток электровосстановления кислорода. Затем источник тока отключают, а рабочий электрод подключают к катодной защите стального трубопровода и определяют величину защитного тока /по микроамперметру/. Определяют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимой величиной. Для определения предельно допустимой величины указанных токов предварительно выполняют экспериментальные исследования с применением индикатора контроля наводороживания подземных трубопроводов /Индикатор контроля наводороживания подземных газопроводов ДН-1. Петров Н.А. и др. Каталог научно-технических разработок. М.: Издательство ВНИИГАЗ, 1998. - с.88-89/ и метода вакуумной экстракции, который используют для определения объемного электролитического наводороживания образцов из трубной стали при различных режимах катодной защиты. Метод вакуумной экстракции основан на обратимости равновесного содержания водорода в металле в зависимости от парциального давления в газовой фазе.

Результаты исследования приведены в табл.1 и 2. Как вытекает из приведенных данных /табл.1/, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода менее чем в 20 раз, интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода незначительная /0,0035 мг/100 г сут/ и степень наводороживания также незначительная. При изменении отношении указанных токов в пределах от 20 до 50 интенсивность электролитического наводороживания составляет 0,0175 мг/100 г сут и степень наводороживания стенки является средней. Отношение тока катодной 7 защиты к предельному току электровосстановления кислорода 50 и более является недопустимым, а режим катодной защиты критическим, превышение которого опасно стесс-коррозионным разрушением трубопровода.

На чертеже графически показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии: кривая 1 - интенсивность наводороживания стенки трубы; кривая 2 - остаточная скорость коррозии. Как видно из графика, с увеличением отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода интенсивность наводороживания стенки трубы после 50 резко увеличивается, в то же время остаточная скорость коррозии изменяется незначительно. Это наглядно показывает нецелесообразность применения такого режима катодной защиты.

Пример.

Величина поляризационного потенциала катодной защиты на магистральном трубопроводе вблизи станции катодной защиты составляет - 1,05 В /по медно-сульфатному электроду сравнения/. В зоне действия катодной станции /20 км/ имеется контрольная точка, где обеспечивается доступ к трубопроводу. При помощи коррозионно-индикаторного зонда здесь определяют предельный ток электровосстановления кислорода /1,88 мкА/ и ток катодной защиты, который равен 103,4 мкА. Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода равно 103,4:1,88=55. Сравнивание полученного отношения токов /55/ с табличными данными /см. табл.1/, полученными ранее, показывает, что интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода составляет 0,0175 мг/100 г сут, что соответствует высокой степени электролитического наводороживания и показывает необходимость изменения режима катодной защиты путем уменьшения тока катодной защиты либо устранения повреждения изоляционного покрытия трубопровода.

Таким образом, периодическое контролирование отношения тока катодной зашиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнение этого отношения с предельно допустимой величиной, определяемой с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, позволяет своевременно уменьшить интенсивность наводороживания и повысить эффективность катодной защиты трубопровода.

Таблица 1
Интенсивность электролитического наводороживания стенки катоднозащищаемого трубопровода
Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода	Скорость диффузии водорода, мг/м² сут	Интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода, мг/м² сут	Степень наводороживания стенки трубопровода при заданном режиме катодной защиты
До 20	0,4	0,0035	незначительная
От 20 до 50	0,96	0,0087	средняя
От 50 до 100	1,92	0,0175	высокая

Таблица 2
Зависимость остаточной скорости коррозии трубной стали от отношения тока катодной защиты к предельному току восстановления кислорода
№ п/п	Предельный ток электровосстановления кислорода, мкА	Скорость коррозии трубопровода без катодной защиты, мм/год	Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода	Остаточная скорость коррозии трубопровода при заданном режиме катодной защиты, мм/год
1	0,32	0,017	1,0	0,013
2	0,5	0,026	5,0	0,01
3	0,63	0,034	10	0,006
4	0,75	0,041	15	0,0055
5	0,88	0,047	20	0,0041
6	1,0	0,053	25	0,005
7	1,13	0,068	30	0,0032
8	1,25	0,069	35	0,0036
9	1,38	0,074	40	0,0034
10	1,5	0,083	45	0,0033
11	1,63	0,087	50	0,0036
12	1,88	0,114	55	0,0033
13	2,5	0,132	60	0,0032
14	3,1	0,163	65	0,0032
15	3,8	0,213	70	0,0032
16	4,4	0,247	75	0,0033
17	5,0	0,264	100	0,0032

Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода, сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода и принимаемым не более 50, при этом, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты или устраняют повреждения изоляционного покрытия трубопровода.

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для защиты протяженных трубопроводов, металлических резервуаров, а также в качестве источника тока в различных областях техники.

Электронный дренаж // 2266981

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты трубопроводов от блуждающих токов, вызываемых рельсовым электротранспортом. .

Устройство защиты от коррозии импульсным током // 2223346

Изобретение относится к области катодной защиты от коррозии. .

Устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций // 2149220

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлоконструкций, постоянно или периодически эксплуатирующихся в природных средах, преимущественно корпуса судна, находящегося в морской воде.

Устройство для компенсации переменного напряжения, индуцированного в металлическом трубопроводе и направленного вдоль указанного трубопровода, расположенного в среде и окруженного слоем или оболочкой электроизоляционного материала // 2114934

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. .

Установка катодной защиты // 2089668

Изобретение относится к средствам электрохимической защиты подземных сооружений. .

Установка катодной защиты // 2063479

Изобретение относится к оборудованию для защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при реализации автоматической катодной защиты для трубопроводов различного назначения.

Устройство для защиты от атмосферной коррозии // 2032768

Патент 411174 // 411174

Патент 402587 // 402587

Способ регулирования параметров катодной защиты участков подземных трубопроводов // 2327821

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии, в частности, к регулированию потенциалов катодной защиты участков подземных трубопроводов

Аккумуляторный водонагреватель с регулируемой катодной защитой // 2365681

Изобретение относится к аккумуляторному водонагревателю и способу защиты резервуара водонагревателя от электрохимической коррозии

Система защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока // 2446234

Изобретение относится к области защиты металлических изделий от коррозии

Способ антикоррозионной защиты внутренней и внешней поверхностей металлических трубопроводов наложением переменного тока // 2533467

Изобретение относится к антикоррозионной защите металлических трубопроводов для предотвращения коррозионного разрушения их внутренних и наружных поверхностей и может быть использовано в нефтегазовой промышленности, сфере коммунального хозяйства для снижения аварийности при эксплуатации трубопроводов, транспортирующих коррозионно-активные вещества, проложенных подземным, наземным и надземным способом. На защищаемые участки трубопроводных систем контактно воздействуют током инфранизкой частоты, при этом участки трубопровода электрически разделяют с помощью изолирующей вставки. Повышается устойчивость металлического трубопровода к внутренней и внешней коррозии. 3 ил.

Система защиты трубопровода от воздействия натекающих и стекающих постоянного и переменного токов, наводимых от внешних источников блуждающих токов // 2549800

Изобретение относится к области защиты металлических изделий от коррозии. Устройство для защиты трубопровода от воздействия натекающих и стекающих постоянного и переменного токов, наводимых от внешних источников блуждающих токов, содержит конденсаторный блок для фильтрации переменного тока, размещенный в электрическом шкафу, при этом оно выполнено с возможностью подключения к станции катодной защиты (СКЗ) и дополнительно содержит выпрямительный диодный мост с возможностью подключения между анодным заземлителем СКЗ и защищаемым трубопроводом параллельно выходу СКЗ, и балластный нагрузочный резистор, подсоединенный к выходу выпрямительного диодного моста параллельно конденсаторному блоку. Технический результат: повышение надежности устройства защиты трубопровода от воздействия внешних источников постоянного и переменного токов и упрощение его конструкции. 1 ил.

Адаптивная активная катодная защита // 2550467

Изобретение относится к области катодной защиты металлических объектов от коррозии и может быть использовано для объектов, находящихся в контакте с электропроводной жидкостью. Устройство содержит антенный электрод для подачи электрического нагрузочного тока в электропроводную жидкость, защитный электрод, источник защитного тока, электрически связанный с проводящей частью поверхности и защитным электродом, при этом источник защитного тока выполнен с возможностью изменения защитного тока в ответ на изменение в нагрузочном токе. Способ включает подачу нагрузочного тока в электропроводную жидкость, изменение защитного тока в ответ на изменение в нагрузочном токе, причем защитный ток протекает между электропроводной частью поверхности и защитным электродом. Процессорное устройство содержит компьютерную программу для осуществления управления катодной защитой объекта указанным способом. Изобретение позволяет повысить эффективность коррозионной защиты. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ регулирования параметров катодной защиты сложноразветвленных подземных трубопроводов // 2555301

Изобретение относится к области защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для защиты трубопроводов, проложенных на территории компрессорных и насосных станций. Способ включает определение коэффициента влияния каждой станции катодной защиты (СКЗ) на потенциал в контрольных точках трубопроводов по формуле Aji=ΔUji/Ij, где ΔUji - наложенный потенциал, B, при силе тока Ij, A, в j-й станции, измеренный в i-й точке контроля, расчет оптимальных значений силы тока каждой станции при значении потенциала в контрольных точках, близком к критериальному значению, и установку оптимальных значений силы тока на выходе СКЗ, при этом выявляют наиболее нагруженную СКЗ по максимальной силе катодного тока на выходе станции, определяют периодическими измерениями в течение года максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе выявленной наиболее нагруженной СКЗ до регулирования параметров катодной защиты и текущее значение силы тока, измеренное на момент регулирования, и определяют критериальное значение потенциала по формуле: где Umax и Umin - максимальный и минимальный по модулю защитные потенциалы, B; Iиз, Imax, Imin - текущее, максимальное и минимальное годовые значения силы тока на выходе наиболее нагруженной станции, A. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты подземных трубопроводов в условиях изменения электрических свойств грунта. 1 табл., 1 пр.

Способ совместной защиты металлических сооружений от грозовых разрядов и электрохимической коррозии // 2584834

Изобретение относится к области защиты металлических сооружений от электрохимической коррозии и грозовых разрядов. Способ включает использование системы катодной защиты от коррозии, содержащей источник постоянного тока и углеграфитовое анодное заземление, с системой молниезащиты, содержащей стержневой молниеприемник и токоотвод, посредством контактного устройства и стального электрода сравнения, при этом углеграфитовое анодное заземление системы катодной защиты используют в качестве контура заземления молниезащиты, устанавливают режимы работы «режим без грозы» и «режим гроза», причем катодную поляризацию металлических объектов обеспечивают в постоянном режиме, а режим грозоотведения подключают к системе катодной защиты в период опасности грозовых разрядов, при этом обеспечивают отведение грозовых разрядов от защищаемого объекта путем наведения на систему молниезащиты положительного электрохимического потенциала, величина которого не превышает 90 В относительно стального электрода сравнения. Технический результат - обеспечение сохранности производственных объектов от грозовых разрядов, предотвращение коррозионных разрушений элементов системы молниезащиты, защищаемых сооружений и подземных трубопроводов. 3 ил., 3 табл.

Способ катодной защиты // 2596571

Изобретение относится к области катодной защиты металлической поверхности от коррозии в грунте или другой токопроводящей среде и может быть использовано в системе трубопроводного транспорта. Способ включает пропускание постоянного электрического тока между сооружением и группой анодов с обеспечением защитного потенциала на сооружении за счет постепенного растворения анодов, при этом периодически проводят электрохимическую активацию группы анодов путем подачи между анодами переменного тока одновременно с подачей постоянного тока с помощью станции катодной защиты. В качестве источника переменного тока используют вторичную обмотку понижающего трансформатора станции катодной защиты, а периодическую подачу переменного тока осуществляют в течение 15 минут в час. Технический результат изобретения - снижение сопротивления растеканию анодов катодной защиты при эксплуатации за счет активации анодов переменным током. 1 пр., 1 ил.

Устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций // 2618968

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлоконструкций и может быть использовано для защиты корпуса корабля, находящегося в морской воде. Система катодной защиты от коррозии корпуса корабля содержит источник эталонного напряжения, отрицательный выход которого соединен с корпусом корабля, электрод сравнения и аноды, при этом источник эталонного напряжения соединен с одним входом дифференциального операционного усилителя (ОУ), второй вход которого соединен с электродом сравнения, а выход соединен первым входом измерительного ОУ, второй вход которого соединен с выходом опорного напряжения фазосдвигающего ШИМ-конвертора, вход которого соединен с выходом измерительного ОУ, выходы которого через последовательно включенный разделительный конденсатор соединены с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные выпрямитель и фильтр соединена положительным выводом с анодами, а отрицательным выводом - с корпусом корабля. Технический результат: повышение скрытности корабля за счет снижения пульсаций выходного тока, снижение габаритов и веса устройства. 2 ил.