Проектирование катодной защиты

Проектирование катодной защиты трубопроводов, резервуаров и подземных металлических сооружений

 

Катодная защита является одним из основных методов предотвращения электрохимической коррозии подземных и подводных металлических сооружений. Эффективность системы электрохимической защиты напрямую зависит от правильности исходных данных, инженерных расчетов, выбора оборудования и размещения элементов системы.

Компания «Газэнергоимпорт» выполняет проектирование систем катодной защиты (ЭХЗ) для трубопроводов, резервуаров, технологических коммуникаций и других металлических сооружений.

Проектирование выполняется с учетом характеристик защищаемого объекта, состояния изоляционного покрытия, коррозионной активности грунта, наличия блуждающих и наведенных токов, существующих систем электрохимической защиты и особенностей эксплуатации объекта.

Для каких объектов проектируется катодная защита

Системы катодной защиты могут применяться для:

• магистральных и промысловых трубопроводов;
• технологических трубопроводов предприятий;
• газопроводов, нефтепроводов и продуктопроводов;
• водоводов и систем технического водоснабжения;
• подземных металлических резервуаров;
• днищ вертикальных стальных резервуаров;
• противопожарных трубопроводов;
• металлических конструкций;
• подводных трубопроводов и переходов;
• портовых и гидротехнических сооружений;
• других металлических объектов, контактирующих с грунтом или водой.

Для новых объектов система ЭХЗ может разрабатываться одновременно с проектированием сооружения. Для действующих объектов проектирование обычно начинается с обследования существующего состояния защиты.

Исходные данные для проектирования

Перед выполнением расчетов собираются технические характеристики объекта.

Для трубопроводов учитываются диаметр, протяженность, толщина стенки, материал трубы, глубина заложения, тип и состояние изоляционного покрытия.

Для резервуаров анализируются диаметр днища, конструкция основания, материалы, состояние покрытия и электрические связи с другими сооружениями.

Особое значение имеют характеристики окружающей среды.

В рамках предпроектного обследования могут выполняться:

• измерение удельного электрического сопротивления грунта;
• измерение потенциала «сооружение – земля»;
• оценка состояния существующей катодной защиты;
• определение электрической непрерывности сооружения;
• обследование изолирующих соединений;
• измерение постоянных и переменных токов;
• оценка влияния соседних сооружений;
• поиск источников блуждающих токов.

Для действующих трубопроводов дополнительно могут применяться методы CIPS, DCVG, PCM и Pearson, позволяющие получить более полное представление о состоянии изоляционного покрытия и эффективности электрохимической защиты.

Расчет требуемого защитного тока

Одним из основных этапов проектирования является определение требуемого защитного тока.

Расчет производится с учетом площади защищаемой поверхности, качества изоляционного покрытия, срока эксплуатации сооружения, характеристик грунта и требуемых защитных потенциалов.

В общем виде требуемый ток определяется как:

I = S × j × k

где:

I — требуемый защитный ток, А;
S — площадь поверхности защищаемого сооружения, м²;
j — расчетная плотность защитного тока, А/м²;
k — коэффициент, учитывающий состояние изоляционного покрытия и условия эксплуатации.

Для действующих объектов расчетные значения целесообразно сопоставлять с результатами фактических измерений.

Выбор типа системы электрохимической защиты

В зависимости от характеристик объекта может применяться несколько вариантов защиты.

Катодная защита с внешним источником тока

Система включает станцию катодной защиты, анодное заземление, кабельные линии, контрольно-измерительные пункты и другие элементы.

Станция катодной защиты обеспечивает регулируемый защитный ток и позволяет поддерживать требуемый потенциал сооружения.

Такой вариант особенно эффективен для протяженных трубопроводов и крупных промышленных объектов.

Протекторная защита

В качестве источника защитного тока используются гальванические аноды — протекторы.

Протекторная защита не требует внешнего источника электроэнергии и может применяться для отдельных участков трубопроводов, резервуаров, подводных сооружений и объектов относительно небольшой площади.

При проектировании рассчитываются количество протекторов, их масса, сопротивление растеканию, срок службы и расположение относительно защищаемого сооружения.

Электродренажная защита

При воздействии блуждающих постоянных токов может потребоваться установка дренажных устройств.

Такие системы позволяют уменьшить опасное стекание тока с металлического сооружения и снизить скорость электрохимической коррозии.

Проектирование анодного заземления

Анодное заземление является одним из основных элементов системы катодной защиты с внешним источником тока.

При проектировании определяются:

• тип анодных заземлителей;
• количество анодов;
• глубина установки;
• расстояние между анодами;
• расстояние от защищаемого сооружения;
• расчетное сопротивление растеканию;
• допустимая токовая нагрузка;
• расчетный срок службы.

В зависимости от условий объекта могут применяться поверхностные, глубинные, распределенные или локальные анодные заземления.

Неправильный выбор места установки анодов может привести к неравномерному распределению защитного тока и взаимному влиянию соседних металлических сооружений.

Контрольно-измерительные пункты

Проект системы ЭХЗ предусматривает размещение контрольно-измерительных пунктов, позволяющих контролировать работу системы после ввода объекта в эксплуатацию.

Через КИП могут выполняться измерения:

• потенциала трубопровода;
• защитного тока;
• параметров изолирующих соединений;
• токов протекторов;
• влияния соседних сооружений;
• переменного напряжения;
• параметров дренажных установок.

При необходимости предусматривается установка стационарных электродов сравнения и систем дистанционного мониторинга.

Защита от блуждающих и наведенных токов

При проектировании необходимо учитывать влияние внешних источников электрического воздействия.

К ним относятся электрифицированный железнодорожный транспорт, системы тягового электроснабжения, промышленные установки, высоковольтные линии электропередачи и соседние системы катодной защиты.

Воздействие постоянных и переменных токов может существенно изменить распределение потенциалов и в отдельных случаях привести к ускоренной коррозии.

По результатам измерений могут проектироваться дренажные устройства, заземляющие системы, поляризационные устройства и другие средства защиты.

Что входит в проект катодной защиты

В зависимости от объекта проектная документация может включать:

• техническое описание системы;
• результаты обследования и исходные данные;
• расчет требуемого защитного тока;
• расчет зоны действия катодной защиты;
• подбор станции катодной защиты;
• расчет анодного заземления;
• расчет протекторной защиты;
• выбор кабелей;
• размещение КИП;
• схемы электрических соединений;
• решения по контролю защитных потенциалов;
• мероприятия по защите от блуждающих токов;
• спецификацию оборудования и материалов;
• чертежи размещения элементов системы;
• требования к монтажу и пусконаладочным работам;
• программу контроля эффективности ЭХЗ.

Реконструкция существующей катодной защиты

Отдельным направлением является проектирование реконструкции действующих систем ЭХЗ.

Необходимость модернизации может возникнуть при недостаточном защитном потенциале, увеличении протяженности трубопровода, старении изоляционного покрытия, выходе из строя анодного заземления или изменении электрических условий эксплуатации объекта.

Перед реконструкцией выполняется обследование эффективности электрохимической защиты.

На основании результатов измерений определяется необходимость замены или установки дополнительных станций катодной защиты, анодных заземлений, КИП, протекторов и других элементов системы.

Комплексный подход к проектированию ЭХЗ

Для надежной защиты сооружения недостаточно только установить станцию катодной защиты и обеспечить необходимый ток.

Необходимо рассматривать комплексную систему:

изоляционное покрытие → катодная защита → электрическая изоляция → контроль потенциалов → диагностика покрытия → мониторинг → анализ коррозионных рисков.

Такой подход позволяет обеспечить требуемый уровень защиты металлического сооружения и своевременно выявлять участки повышенного коррозионного риска.

Проектирование катодной защиты от «Газэнергоимпорт»

Компания «Газэнергоимпорт» выполняет комплексные работы в области электрохимической защиты и диагностики коррозионного состояния металлических сооружений.

Мы можем выполнить:

обследование объекта → инструментальные измерения → сбор исходных данных → инженерные расчеты → проектирование ЭХЗ → подбор оборудования → техническое сопровождение монтажа → пусконаладочные работы → проверку эффективности катодной защиты.

Комплексное применение расчетных и диагностических методов позволяет разрабатывать системы катодной защиты с учетом реальных условий эксплуатации объекта.