СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРЕВЫШЕНИЯ ДОПУСТИМОЙ ПЛОТНОСТИ ЗАЩИТНОГО ТОКА И ЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЕ СТАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
METHOD OF CONTROLLING EXCESS TOLERABLE DENSITY OF PROTECTIVE CURRENT AND ITS DISTRIBUTION IN CATHODE PROTECTION OF STEEL STRUCTURES

Изобретение относится к строительству и ремонту объектов добычи, транспортировки, переработки и хранения газа, нефти и воды.
Анализ статистики отказов оборудования нефтегазовых систем (Табл.1) показывает, что коррозия является доминирующим фактором этих отказов.
Таблица 1
Система
Виды отказа
Коррозия
Брак строительно-монтажных работ
Брак материалов
Механические повреждения
Нарушение эксплуатации
Нефтеперерабатывающая пром-сть и транспорт нефти
70%
15%
2%
10%
3%
Газопроводы
36,7%
10%
13,3%
13,9%
26,1%
Внутрипромысловые трубопроводы
95%
Поэтому борьба с коррозией, разработка новых и совершенствование старых способов контроля коррозионных процессов является первоочередной задачей для обеспечения безаварийной работы трубопроводного транспорта.
Американский изобретатель Джеймс Вюртель (Wuertele) разработал весьма совершенный детектор коррозии [1], позволяющий объективно оценивать опасность коррозионных повреждений, обусловленных токами утечки. Этот детектор успешно может быть применен на объектах, соединенных с источниками энергоснабжения силовыми кабелями постоянного и переменного тока, однако он не позволяет контролировать почвенную коррозию, обусловленную недостаточностью плотности защитного тока, или стресс-коррозию, обусловленную, наоборот, избытком защитного тока, приводящим к наводораживанию защищаемой металлоконструкции.
Российский изобретатель Львович В.А. предложил способ коррозионного кросс-мониторинга подземных металлических сооружений [2]. Этот способ позволяет производить интегральную оценку целостности защитного покрытия участка трубопровода путем частотной модуляции и последующей регистрации на концах этого участка величины защитного тока и динамики изменения поляризационного потенциала вблизи поверхности защищаемого объекта. Этот метод предполагает накопление данных за довольно продолжительный промежуток времени и их последующую математическую обработку, что требует наличия подготовленного персонала и серьезного технического оснащения, что не всегда оправдано с экономической точки зрения. Кроме того, информация только о состоянии изоляции не всегда достаточна для принятия решения о целесообразности выполнения ремонтных работ или изменении режимов защиты на рассматриваемом участке трубопровода, что ограничивает применение этого способа.
Известен способ контроля коррозионных повреждений стальных объектов, помещенных в грунт и защищающихся установками катодной защиты посредством установки вблизи этих объектов свидетелей коррозии в виде стальных пластинок, электрически соединенных с защищаемыми объектами [3]. Изучение вынутых из грунта свидетелей коррозии позволяет оценить недостаточность величины плотности защитного тока, величину и характер коррозионных разрушений. Однако такой способ контроля не позволяет обнаруживать переизбыток плотности защитного тока, приводящий к наводораживанию стали и ее последующему охрупчиванию, а также судить о равномерности распределения защитного тока по поверхности защищаемых объектов.
Для устранения указанных недостатков предлагается способ контроля превышения допустимой плотности защитного тока и его распределения при катодной защите стальных сооружений, размещенных в земле или водной среде. Способ заключается в размещении на поверхности защищаемых сооружений ленты из терморасширенного графита и ее последующем исследовании спустя определенный период эксплуатации на предмет обнаружения окраски и вздутий на ее поверхности. Установлено, что окраска графитовой ленты возникает тогда, когда потенциал на ее поверхности достигает значения потенциала разложения хлора (Фиг.1). Естественно предположить, что через области одинакового цвета протекал ток одинаковой плотности, а плотность тока через неокрашенную область была недостаточной для разложения хлора. Поэтому распределение окраски на поверхности графитовой ленты можно сопоставить с распределением плотности тока. Вздутия ленты возникают из-за разложения воды при достижении потенциала на ее поверхности 1,15 В. Получающиеся при разложении воды положительно заряженные ионы водорода под действием электрического поля отрицательно заряженной ленты проникают в ее толщу, где, взаимодействуя между собой, образуют молекулярный (газообразный) водород, который вследствие малой механической прочности ленты из терморасширенного графита производит ее вспучивание (Фиг.2).
Применение способа на магистральных газопроводах поясняется Фиг.3. Ленту из терморасширенного графита 1 оборачивают вокруг трубопровода 2 на проблемном участке газопровода, например, вблизи точки подключения к станции катодной защиты 3, где ожидается достижение максимального потенциала поляризации. Затем эту ленту соединяют кабелем с одним из выводов монтажной платы 4 контрольно-измерительного пункта (КИП) 5. На другие выводы монтажной платы выводят провода от пластинки из трубной стали (свидетеля коррозии) 6, измерительного электрода (электрода сравнения) 7 и анодных заземлителей 8. Перед засыпкой грунтом точки соединения элементов катодной защиты с кабелями тщательно изолируют.
По истечении установленного контрольного времени эксплуатации газопровода, находящегося под катодной защитой, место установки ленты из терморасширенного графита разрывают и изучают состояние ее поверхности. Если на поверхности ленты обнаружатся вздутия, то это явно указывает на недопустимо высокую плотность защитного тока, приводящую к наводораживанию трубной стали и снижению ее прочности. Делается заключение о снижении защитного тока. Если лента из терморасширенного графита с одной стороны приобрела синеватый или, что еще хуже, коричневатый оттенок, а с другой стороны осталась неизменной светло-серого цвета, то это свидетельствует о неравномерном распределении защитного тока. Делается вывод об изменении конфигурации анодных заземлителей или дополнительной установке новых анодных заземлителей со стороны светло-серого участка ленты из терморасширенного графита. Если есть сомнения в равномерности распределения защитного тока, например, в местах пересечения трубопроводов или при сложной их конфигурации, то и в этих случаях применим предложенный способ контроля: место закладки ленты из терморасширенного графита проливается водопроводной (хлорированной) водой, через три дня отрывается шурф, изучается лента по изложенной выше методике и делаются соответствующие выводы.
Литература
1. Патент США №4280124, G08B 21/00, 21.07.1981.
2. Патент РФ №159891 (C1), F16L 58/00, 30.11.1999.
3. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М., Физматлит, 2002, с.141-142, 148.