СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2007 года по МПК C23F13/04 

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 1Интенсивность электролитического наводороживания стенки катоднозащищаемого трубопроводаОтношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислородаСкорость диффузии водорода, мг/м² сутИнтенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода, мг/м² сут Степень наводороживания стенки трубопровода при заданном режиме катодной защитыДо 200,40,0035незначительнаяОт 20 до 500,960,0087средняяОт 50 до 1001,920,0175высокая

Таблица 2Зависимость остаточной скорости коррозии трубной стали от отношения тока катодной защиты к предельному току восстановления кислорода№ п/пПредельный ток электровосстановления кислорода, мкАСкорость коррозии трубопровода без катодной защиты, мм/годОтношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислородаОстаточная скорость коррозии трубопровода при заданном режиме катодной защиты, мм/год10,320,0171,00,01320,50,0265,00,0130,630,034100,00640,750,041150,005550,880,047200,004161,00,053250,00571,130,068300,003281,250,069350,003691,380,074400,0034101,50,083450,0033111,630,087500,0036121,880,114550,0033132,50,132600,0032143,10,163650,0032153,80,213700,0032164,40,247750,0033175,00,2641000,0032

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.

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.