Способ катодной защиты трубопровода от коррозии Советский патент 1992 года по МПК C23F13/22 

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, а более конкретно - к способам катодной защиты одновременно наружной и внутренней поверхностей подземных, наземных и подводных трубопроводов от коррозии, и найдет-применение в нефтегазовой промышленности и в. коммунальном хозяйстве.

Известен способ катодной защиты наружной поверхности трубопроводов от грунтовой коррозии, включающий приложение постоянного напряжения между трубопроводом и анодным заземлителем в грунте.

Недостатком этого способа является невозможность одновременной защиты внутренней поверхности трубопроводов от коррозии.

Известен способ катодной защиты внутренней поверхности трубопроводов, включающий приложение постоянного напряжения между трубопроводом и анодами, соединенными с токотфоводом, проложенным в трубопроводе по всей его длине.

Недостатками этого способа являются необходимость в низком продольном сопротивлении токопровода, требующая большого расхода цветного металла для его изготовления, и невозможность одновременной защиты наружной поверхности трубопровода.

Наиболее близким к предлагаемому является способ катодной защиты наружной и внутренней поверхностей трубопровода от коррозии, включающий подачу защитного тока от источника постоянного тока к трубопроводу посредством анодного заземли- теля для защиты наружной поверхности трубопровода и отвод части тока, стекающего с анодного заземлителя на анод, размещенный внутри трубопровода, посредством катодных заземлителей, расположенных вне трубопровода и соединенных с внутренними анодами, для защиты внутренней поверхности трубопровода

СО

С

XI 00

ь. о

ю

Этот способ позволяет одной катодной установкой защищать одновременно наружную и внутреннюю поверхности трубопровода. Однако из-за высокого сопротивления (омического и поляризаци- онного) цепей катодных заземлителей и внутренних анодов требуется приложение высокого напряжения на трубопровод, что приводит к перезащите наружной поверхности трубопровода А это вызывает разру- шение изоляции трубопровода выделяющимися на оголенных участках водородом и щелочью и снижение механиче- ской прочности металла за счет наводороживания этим же водородом, т.е. в конечном счете к снижению эффективности защиты,

Цель изобретения - повышение эффективности защиты трубопровода от коррозии.

Эта цель достигается тем, что в способе катодной защиты трубопровода от коррозии, включающем приложение постоянного электрического напряжения между трубопроводом и анодом, размещенным в трубоп- роводе, через землю посредством катодных заземлителей, соединенных с внутренним анодом, новым является то, что параллельно к постоянному напряжению прикладывают знакопеременное напряжение с амплитудой, превышающей величину постоянного напряжения, причем токи в цепях катодных заземлителей выпрямляют.

При изучении других известных решений в данной области техники признаки, Отличающие заявленное изобретение от прототипа, не выявлены. Некоторую аналогию имеет способ катодной защиты подземных трубопроводов, включающий подачу на трубопровод посредством анодного зазем- л ителя постоянного напряжения, получаемого двухполупериодным выпрямителем по мостовой схеме. При этом на выходе выпря- мителя получается, строго говоря, не постоянное по величине, а пульсирующее напряжение, которое можно рассматривать как Сумму постоянного и знакопеременного несинусоидального напряжений. Однако из-за того, что амплитуда переменной составляющей равна величине постоянной со- ставляющей, в сумме получается знакопостоянное пульсирующее напряжение. Такое напряжение при катодной защите действует точно так же, как и постоянное напряжение, если его среднее значение равно величине постоянного напряжения. В предложенном способе к постоянному или знакопостоянному напряжению прикладывают знакопеременное напряжение, амплитуда которого превышает величину

постоянного или среднее значение знакопостоянного напряжения, При этом в сумме получается знакопеременное напряжение с постоянной составляющей. В предложенном способе именно наличие напряжений противоположного знака придает способу новое свойство - препятствует избыточной поляризации наружной поверхности трубопровода, не снижая поляризацию внутренней поверхности за счет выпрямления тока, отводящегося для защиты внутренней поверхности трубопровода.

На фиг, 1 изображена схема катодной защиты наружной и внутренней поверхностей подземного трубопровода, перекачивающего агрессивную воду; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на выходе источника тока; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжения, приложенного к внутреннему аноду.

Способ осуществляется следующим образом.

Для катодной защиты от грунтовой коррозии трубопровода 1 (см. фиг. 1) диаметром ,3 м, длиной 2 км, с сопротивлением наружной изоляции 1000 Ом.м между анодным заземлителем 4 с сопротивлением 0,5 Ом,удаленным от трубопровода 1 на 200 м и представляющим собой графитовый электрод диаметром 100 мм, длиной 50 м, уложенный в грунт судельным сопротивлением 15 на (лубине 2 м от поверхности земли, и трубопроводом 1 посредством источника 3 прикладывают постоянное напряжение U 1 В, обеспечивающее наложенную разность потенциалов труба- земля около ,5 В и среднюю плотность тока защиты ,5 мЛ/м2.

При отсутствии изоляции внутренней поверхности трубопровода 1, транспортирующего нефтепромысловую сточную воду 2, для полной защиты внутренней поверхности требуется плотность тока мА/м2. Для обеспечения такой плотности тока внутри трубопровода по всей его длине устанавливают титановый проволочный анод 6 диаметром 5 мм с анодностойким покрытием толщиной 10 мкм из двуокиси рутения, который через каждый м соединяют с катодными заземлителями 5, размещенными вертикально в грунте на расстоянии 20 м от трубопровода и представляющими собой стальные трубчатые электроды диаметром 100 мм и длиной 10 м, через диоды 7. Суммарное сопротивление каждой секции внутреннего анода с диодом и катодным заземлителем составляет при указанных параметрах ,5 Ом. Защитный ток трубопровода в пределах каждой секции длиной

м составляет I3 лгЬЦ л 0,3 200 0, А. Величина тока, втекающего в каждый катодный заземлитель, определяется разностью потенциалов грунта, где расположен катодный зэземлитель, и трубы, которая, как приведено выше, составляет 0,5 В, и сопротивлением цепи катодного заземлителя, составляющим 1,5 Ом. Следовательно, источник постоянного тока 3 с вы- ходным напряжениемU 1 В,

обеспечивающий разность потенциалов грунт-труба ,5 В, создает ток для защиты внутренней поверхности трубы в цепи каждого катодного заземлителя всего l ,5/1,,33 А вместо требуемых 8 А, Поэтому для полной защиты внутренней поверхности необходимо дополнительно к постоянному напряжению приложить знакопеременное синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц с амплитудой В со средним значением напряжения при одно- полупериодном выпрямлении В. Такое напряжение создает разность потенциалов грунт-труба, равную

U9T

Д/ -$Ј- Ар р 0,,5 В, которая обесв цепи каждого диода ,5/1,,7 А. Суммарный ток будет равен 1с-1+11 0,33+7,,03 А, что близко к требуемому, равному А, Сле- довательно, амплитуда переменного напряжения найдена правильно.

Количественно превышение амплитуды переменного напряжения над напряжением постоянного тока зависит от многих фак- торов и определяется расчетом. Но основными исходными параметрами трубопровода, от которых зависит это превышение, являются плотность защитного тока внутренней поверхности трубопровода, со- противление цепи каждого катодного заземлителя с соответствующей частью внутреннего анода, расстояние между калечит ток 11.

тодными заземлителями. Покажем это на другом примере с иными основными исходными параметрами трубопровода (обозначения прежние): мА/м2, м, Ом, остальные параметры те же, Тогда защитный ток для одной секции, включающей одно катодное заземление и соответствующую часть внутреннего анода, будет равен з л 0,3 100 0,,94 А. из них 0,33 А обеспечивается постоянным напряжением, следовательно, наложением переменного напряжения требуется получить еще ,94-0,,67 А, что потребует создания дополнительной разности потенциалов грунт-труба ,61 1,,915 В. Для этого необходимо наложить переменное напряжение со средним

значением

В а

амплитуда такого напряжения при однопо- лупериодном выпрямлении составит Um 1,,75 В.

Как видно, в последнем примере амплитуда знакопеременного напряжения превышает постоянное напряжение всего Um/U 5J5/1 5,75 раза.

Формула изобретения Способ катодной защиты трубопровода от коррозии, включающий приложение постоянного электрического напряжения мег:- ду трубопроводом и анодом, размещенным в трубопроводе, через землю посредством катодных заземлителей, соединенных с внутренним анодом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, параллельно к постоянному напряжению прикладывают знакопеременное напряжение с амплитудой, превышающей величину постоянного напряжения, причем токи в цепях катодных заземлителэй выпрямляют.

Сущность изобретения: способ включает приложение постоянного электрического напряжения между трубопроводом и анодом, размещенным в трубопроводе, через землю посредством катодных заземли- телей, соединенных с внутренним анодом, и преломление параллельно к постоянному напряжению знакопеременного напряжения с амплитудой, превышающей величину постоянного напряжения, причем токи в цепях катодных заземлителей выпрямляют. 3 ил.