Способ катодной защиты подземного объекта
METHOD FOR CATHODIC PROTECTION OF AN UNDERGROUND FACILITY

Изобретение относится к катодной защите подземных металлических сооружений от коррозии, может использоваться при электрохимической защите трубопроводов, проложенных в грунте.
Известна система катодной защиты группы скважин и устройство для обнаружения дефектов скважин с двойным анодом по патенту Китая CN208995604, C23F13/10, C23F13/22, 2019г. Данный аналог содержит устройство дистанционного мониторинга, шкаф цифрового мониторинга, скважину с двойным анодом. Двойной анод состоит из корпуса вспомогательного анода и корпуса основного анода, причем корпус вспомогательного анода устанавливают внутри корпуса основного анода. Вспомогательный анод выполняют из жаропрочного алюминиевого сплава, основной анод выполняют из высококремнистого чугуна. Система катодной защиты не обладает достаточной надежностью. При изменении внешних условий происходит ухудшение работы такого двойного анода, это приводит к тому, что характеристики анодного поля не стабильны во времени.
Известен способ эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения по патенту РФ №2303122, E21B 41/02, C23F 13/00, 2007г. Данный аналог включает монтаж установки катодной защиты, создание разности потенциалов между трубопроводами и анодными заземлителями. Анодные заземлители устанавливают по обе стороны от трубопровода. При включении катодной защиты и установке необходимой величины защитного тока формируется защитная зона, которая защищает трубопровод от коррозии. Недостатком является возможность ухудшения анодного поля при сезонных изменениях погодных условий, невысокая эффективность защиты в определенные периоды работы установки катодной защиты.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ защиты от электрохимической коррозии участка стального подземного сооружения, находящегося в агрессивной окружающей среде по патенту РФ №2609121, C23F13/02, 2017г. Данный способ включает в себя установку дополнительных источников постоянного тока с точками дренирования, установку дополнительных анодных заземлителей, формирование защитных зон. Анодные заземлители выполняют из материалов, стойких к электролитическому растворению, а количество анодных заземлителей определяют, исходя из величины переходного сопротивления анодного заземления и требуемой величины катодного тока для защиты сооружения. Каждый дополнительный источник тока, подключенный к основной электрозащитной установке, обеспечивает свою эффективную зону защиты сооружения. В аналоге исключают образование на защищаемом подземном сооружении анодных зон, приводящих к коррозионным разрушениям. Это достигают за счет увеличения количества анодных заземлителей. Однако анодное поле, создаваемое анодами одного типа, изменяет защитные свойства в разные периоды работы при изменении внешних условий. В какие-то периоды времени возможно ускоренное растворение анодов и неравномерность характеристик защиты. Недостатком является малая эффективность коррозионной защиты, необходимость использования средств для управления и регулирования защитными характеристиками.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности катодной защиты подземного объекта.
Технический результат достигается за счет того, что в способе катодной защиты подземного объекта, включающем соединение защищаемого объекта со станцией катодной защиты и формирование анодного поля защищаемого объекта, согласно изобретению, анодное поле формируют, размещая вблизи защищаемого объекта не менее двух анодных заземлителей, связанных с единой станцией катодной защиты, при этом используют анодные заземлители, у которых материал выполнения одного анодного заземлителя отличается от материала другого анодного заземлителя.
Технический результат обеспечивается тем, что используют анодные заземлители, выполненные из разных материалов и обладающие разными свойствами. Использованием различных типов анодов создают единое анодное поле объекта. Защитные характеристики металлических, графитовых, графитопластовых, полимерных анодных заземлителей неодинаковы при одних и тех же внешних условиях работы, таких как влажность грунта, проводимость, удельное сопротивление, сопротивление растеканию электрического тока. Сочетание анодных заземлителей из разных материалов, применяемых в одной системе катодной защиты, позволяет повысить эффективность действия анодного поля на защищаемый объект. Так, например, возможность держать большие токовые нагрузки и малое сопротивление растеканию в низкоомных грунтах обеспечивают за счет использования металлических анодов, малое сопротивление растеканию в высокоомных грунтах, малую растворимость и долгий срок службы обеспечивают применением полимерных анодов. В различное время года меняется удельное сопротивление грунта, весной и осенью сопротивление грунта низкое, зимой - высокое, в результате изменяется и созданное анодное поле электрохимической защиты. Использование хотя бы двух анодных заземлителей из разных материалов, например, из металла и полимера, или из металла и графита, позволяет получить стабильные защитные характеристики, в частности, стабильные характеристики сопротивления растеканию. Материалы анодов для конкретного участка выбирают исходя их свойств этого участка таким образом, чтобы сочетание создаваемых электрических характеристик обеспечивало эффективную защиту объекта на данном участке при любом изменении внешних условий.
На фигуре представлена структурная схема катодной защиты трубопровода с применением анодов из различных материалов.
Анодные заземлители 1, 2, 3 состоят из токопроводящих электродов, корпуса которых выполнены из разных токопроводящих материалов, таких как, металл, графит, полимерный токопроводящий материал, возможно использование композитного материала, содержащего соединение металла или полимера с электропроводящим графитом или техуглеродом. Например, в анодах марки «Менделеевец» применяют металл или сплавы металла, в анодах ЭГТ применяют графит и композиты или полимеры с электропроводящим графитом,  в анодах АЗП-РА - композиты или полимеры с электропроводящим техническим углеродом.
Способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений осуществляют следующим образом.
*
−5
3
К защищаемому объекту, например, трубопроводу 4, находящемуся в почве, от отрицательного полюса источника тока 5 подводят кабель. В качестве источника тока 5 может использоваться катодная станция. Положительный полюс источника тока 5 соединяют с анодными заземлителями 1, 2, 3 выполненными из разных токопроводящих материалов и размещенными в грунте ниже защищаемого трубопровода 4. Необходимое количество анодных заземлителей и материалы заземлителей определяют исходя из требуемых значений защитных электрических характеристик и свойств грунта на участке вблизи защищаемого объекта 4. После подключения анодных заземлителей 1, 2, 3 к положительному полюсу источника тока 5, а защищаемого сооружения 4 - к отрицательному полюсу, защищаемый объект 4 становится катодом. Ток идет по цепи: анодный заземлитель 1, 2, 3 - почвенный электролит - объект защиты от коррозии 4. В процессе защиты электроды 1, 2, 3 растворяются и разрушаются, сохраняя неповрежденным объект защиты 4. Правильный выбор материалов заземлителей позволяет обеспечивать эффективность катодной защиты, тем самым гарантируя долговечность и работоспособность защищаемой металлической конструкции 5. Каждый из анодных заземлителей 1, 2, 3 выполняют из материла отличного от соседнего анодного заземлителя. Могут использовать металл, графит, полимерный токопроводящий материал, или композитный материал, содержащий соединение металла или полимера с электропроводящим графитом или техуглеродом. Различные типы анодов обладают различными уникальными свойствами. Помимо металлических анодных заземлителей используют слаборастворимые железокремнистые или ферросилидовые материалы. Условия эксплуатации ферросилидовых электродов - это среды с высокой и средней коррозионной агрессивностью при удельном электрическом сопротивлении грунта до 100 Ом*м. В качестве материала анодов могут применять магнетит, он имеет очень низкую скорость растворения до 0,04 кг/А⋅год. В связи с низкой скоростью растворения геометрические размеры такого заземлителя во время эксплуатации изменяются незначительно, что обеспечивает практически стабильное сопротивление растеканию тока. Ввиду большой допустимой плотности тока, магнетит используют в разное время года, в различных грунтах с широким спектром свойств, в морской и пресной воде, а также в прочих средах с высокой коррозионной агрессивностью. В качестве малорастворимого материала анодного заземлителя могут использовать графит, электронная проводимость с удельным электрическим сопротивлением, которого равна 2÷510Ом*м, плотность - 1600-2100 кг/м. Скорость растворения графита слабо зависит от плотности анодного тока. Условия эксплуатации графитовых электродов - это грунты с пониженной влажностью. Применяя различные типы анодов в системе катодной защиты, относящейся, например, к одному участку, на котором работает одна станция катодной защиты, получают стабильные характеристики сопротивления растеканию. Эффективность работы системы катодной защиты повышается за счет того, что при использовании анодов различных по составу, создаются стабильные защитные характеристики на протяжении всего времени работы анодных заземлителей вне зависимости от погодных условий и состава грунта.
Таким образом, предлагаемый способ электрохимической защиты позволяет повысить эффективность работы системы катодной защиты.