Elektrochemická ochrana procesních potrubí – technické vlastnosti
Při uložení izolovaného potrubí do výkopu a jeho následném zasypání může dojít k poškození izolačního povlaku a během provozu potrubí k jeho postupnému stárnutí (ztrácí své dielektrické vlastnosti, voděodolnost, přilnavost). Pro všechny způsoby instalace kromě nadzemních proto potrubí podléhá komplexní ochraně proti korozi pomocí ochranných nátěrů a elektrochemické ochrany (ECP) bez ohledu na korozní aktivitu zeminy.
Mezi prostředky ECP patří katodická, ochranná a elektrická odvodňovací ochrana.
Ochrana proti korozi půdy je dosažena katodickou polarizací potrubí. Pokud se katodická polarizace provádí pomocí externího stejnosměrného zdroje, pak se taková ochrana nazývá katodická, ale pokud se polarizace provádí připojením chráněného potrubí ke kovu, který má zápornější potenciál, pak se taková ochrana nazývá obětní.
Katodická ochrana
Základní schéma katodové ochrany je na obrázku.
Zdrojem stejnosměrného proudu je stanice 3 katodové ochrany, kde se pomocí usměrňovačů přeměňuje střídavý proud z podélného vedení 1 elektrického vedení přicházející přes trafostanici 2 na stejnosměrný proud.
Záporný pól zdroje je připojen k chráněnému potrubí 4 pomocí propojovacího vodiče 6 a kladný pól je připojen k anodové zemi 5. Při zapnutí zdroje proudu je elektrický obvod uzavřen přes půdní elektrolyt.
Schematické schéma katodové ochrany
1 — vedení pro přenos energie; 2 — bod transformátoru; 3 — stanice katodové ochrany; 4 — spojovací vodič; 5 – uzemnění anody; 6 – potrubí
Princip činnosti katodové ochrany je následující. Vlivem aplikovaného elektrického pole zdroje začíná pohyb polovolných valenčních elektronů ve směru „anoda uzemnění – zdroj proudu – chráněná struktura“. Ztrátou elektronů přecházejí atomy anodového uzemňovacího kovu do roztoku elektrolytu ve formě iontových atomů, tzn. anodické uzemnění je zničeno. Atomy iontů podléhají hydrataci a jsou odstraněny do hlubin roztoku. Chráněná konstrukce má vlivem provozu zdroje stejnosměrného proudu přebytek volných elektronů, tzn. jsou vytvořeny podmínky pro vznik kyslíkových a vodíkových depolarizačních reakcí, charakteristických pro katodu.
Podzemní komunikace skladů ropy jsou chráněny katodovými instalacemi s různými typy anodového uzemnění. Požadovaná síla ochranného proudu katodové instalace je určena vzorcem
kde j3 — požadovaná hodnota hustoty ochranného proudu; F3 — celková styčná plocha podzemních staveb se zemí; NA — koeficient exponovaných komunikací, jehož hodnota se určuje v závislosti na přechodovém odporu izolačního povlaku RNep a měrný elektrický odpor půdy pг podle grafu na obrázku níže.
Požadovaná hodnota hustoty ochranného proudu se volí v závislosti na vlastnostech zemin v místě skladu ropy podle níže uvedené tabulky.
Ochrana běhounu
Princip činnosti ochranné ochrany je podobný jako u galvanického článku.
Dvě elektrody: potrubí 1 a chránič 2, vyrobené z elektronegativnějšího kovu než je ocel, jsou spuštěny do půdního elektrolytu a spojeny drátem 3. Protože je materiál chrániče elektronegativnější, dochází vlivem rozdílu potenciálů k usměrněnému pohybu elektronů z chrániče do potrubí podél vodiče 3. Zároveň iontový materiál přechází do roztoku chrániče a jeho destrukce vede do roztoku chrániče. Síla proudu je řízena pomocí kontrolního a měřícího sloupce 4.
Závislost expozičních koeficientů podzemních potrubí na přechodovém odporu izolačního povlaku pro zeminy se specifickým odporem, Ohm-m
1 — 100; 2 — 50; 3-30; 4-10; 5 – 5
Závislost hustoty ochranného proudu na vlastnostech půdy
Mokrá jílovitá půda:
– s příměsí písku
Mokrá rašelina (pH <8)
Suchá jílovitá půda
Schematické schéma ochranné ochrany
1 — potrubí; 2 — ochránce; 3 — spojovací vodič; 4 – kontrolní a měřící kolona
Stále tedy dochází k destrukci kovu. Ale ne potrubí, ale chránič.
Teoreticky lze všechny kovy nacházející se nalevo od železa v elektrochemické řadě použít k ochraně ocelových konstrukcí před korozí, protože jsou elektronegativnější. V praxi jsou chrániče vyráběny pouze z materiálů, které splňují následující požadavky:
- potenciální rozdíl mezi materiálem chrániče a železem (ocelí) by měl být co největší;
- proud získaný při elektrochemickém rozpouštění jednotkové hmotnosti chrániče (proudový výstup) musí být maximální;
- poměr hmoty chrániče vynaložené na vytvoření ochranného proudu k celkové ztrátě hmotnosti chrániče (faktor využití) by měl být největší.
Tyto požadavky splňují v největší míře slitiny na bázi hořčíku, zinku a hliníku.
Ochrannou ochranu zajišťují koncentrované a rozšířené chrániče. V prvním případě by měrný elektrický odpor půdy neměl být větší než 50 Ohm-m, ve druhém – ne více než 500 Ohm m.
Elektrická drenážní ochrana potrubí
Způsob ochrany potrubí před zničením bludnými proudy, který zajišťuje jejich odvedení (odvodnění) z chráněné konstrukce do konstrukce, která je zdrojem bludných proudů nebo speciální uzemnění, se nazývá elektrická drenážní ochrana.
Používá se přímá, polarizovaná a zesílená drenáž.
Schémata elektrického odvodňovacího jištění
a – přímá drenáž; b – polarizovaná drenáž; in – zvýšená drenáž
Přímé elektrické odvodnění je dvoucestné vodivé odvodňovací zařízení. Přímý elektrický drenážní obvod obsahuje: reostat K, spínač K, pojistku Pr a signální relé C. Proud v okruhu „potrubí-kolejnice“ je regulován reostatem. Pokud hodnota proudu překročí přípustnou hodnotu, pojistka se spálí a proud bude protékat vinutím relé, které po zapnutí spustí zvukový nebo vizuální signál.
Přímé elektrické odvodnění se používá v případech, kdy je potenciál potrubí trvale vyšší než potenciál železniční sítě, kde dochází k odklonu bludných proudů. V opačném případě se drenáž změní na kanál pro bludné proudy, které proudí do potrubí.
Polarizovaná elektrická drenáž je drenážní zařízení, které má jednosměrnou vodivost. Polarizovaná drenáž se od přímé drenáže liší přítomností jednosměrného vodivého prvku (ventilového prvku) VE. U polarizované drenáže proud teče pouze z potrubí do kolejnice, čímž se eliminuje tok bludných proudů do potrubí drenážním drátem.
Zesílená drenáž se používá v případech, kdy je potřeba z potrubí nejen odstranit bludné proudy, ale také na něm zajistit požadovanou úroveň ochranného potenciálu. Posílená drenáž je konvenční katodová stanice, připojená záporným pólem k chráněné konstrukci a kladným pólem – nikoli k uzemnění anody, ale ke kolejnicím elektrifikované dopravy.
Díky tomuto schématu zapojení je zajištěno: za prvé polarizovaná drenáž (díky provozu ventilových prvků ve schématu SCS), za druhé katodová stanice udržuje potřebný ochranný potenciál potrubí.
Po uvedení potrubí do provozu se upraví provozní parametry systému pro jeho ochranu před korozí. V případě potřeby lze s přihlédnutím ke skutečnému stavu uvést do provozu další stanice katodové a odvodňovací ochrany, jakož i ochranná zařízení.