Оценка эффективности электроизолирующих соединений с внутренним протектором

УДК620.193

A. А. Фатхуллин, Р. А. Кайдриков, Б. Л. Журавлев,

B. Э. Ткачева

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

С ВНУТРЕННИМ ПРОТЕКТОРОМ

Ключевые слова: электроизолирующее соединение, внутренняя коррозия, внутренний протектор.

Приведены результаты оценки количественных характеристик эффективности электроизолирующих соединений с внутренним протектором в системах электрохимической защиты трубопроводов в промысловых условиях.

Keywords: insulated pipe coupling, internal corrosion, internal protector.

Quantitative characteristics of efficiency of insulated pipe connections with an internal protector in electrochemical protection systems of pipelines in field conditions are discussed.

При реализации активного способа защиты трубопроводов (катодная защита) с целью повышения ее эффективности границы области защиты ограничитваются установкой электроизолирующих соединений (ЭИС) [1]. Однако при электрическом разъединении трубопроводов, транспортирующих электропроводную жидкость, только один из которых имеет электрохимическую защиту (ЭХЗ), возникает проблема внутренней коррозии, вследствие того, что трубопроводы по обе стороны от ЭИС работают как биполярный электрод. При этом скорость коррозии внутренней (анодной) части определяется величиной токов утечки по перекачиваемой среде [2 - б].

Повышение коррозионной стойкости ЭИС к внутренней коррозии обеспечивают путем включения в конструкцию ЭИС внутреннего протектора (рис. 1, 2).

Цель работы заключалась в оценке влияния внутреннего протектора на эффективность электроизолирующих соединений. Исследования проводили в условиях промыслового стенда.

Рис. 1 - ИФС высокого давления: 1 -фланец; 2 - уплотнительное кольцо из полимера; 3 - изолирующая

втулка; 4 - изолирующая шайба; 5 -полимерное покрытие; 6 - патрубок; 7 - протекторная втулка из

алюминиевого сплава АЦ5 Мг5

Рис. 2 - МЭСТ: 1 - патрубок; 2 -наружное полимерное покрытие; 3 -муфта; 4 - вкладыш; 5 - изолятор; 6 -полимерная футеровка; 7 -

стеклопластиковая вставка; 8 -

наконечник; 9 - протектор

Общий вид промыслового стенда для исследования параметров ЭИС, расположенного на территории САТП НГДУ «Альметьевнефть», представлен на рис. 3.

Рис. 3 - Общий вид промыслового стенда: 1 - трубопровод (байпас); 2 - ЭИС; 3 - узлы замера потенциала

Стенд состоит из подземного участка трубопровода диаметром 159 мм длиной 1 м и двух ЭИС, расположенных над поверхностью земли. Для возможности замены, исследуемые ЭИС снабжены фланцами.

Подземный участок трубопровода имеет качественную полиэтиленовую изоляцию. Протекторная группа состоит из шести протекторов марки ПМ-10У и соединяется с подземным участком трубопровода через добавочные сопротивления в контрольноизмерительной колонке. Для моделирования дефектов изоляции на подземном участке трубопровода, вдоль него смонтированы патрубки (имитаторы дефекта) диаметром 159 мм, длиной 0,1 м; 0,2 м; 0,5 м; 1 м, не имеющие наружной изоляции. Имитаторы дефекта могут соединяться с подземным участком стенда в контрольно-измерительной колонке (КИК). Схема промыслового стенда представлена на рис. 4.

Рис. 4 - Схема промыслового стенда: 1 - трубопровод; 2 - ЭИС; 3 - протектор ПМ 10У; 4 - имитаторы дефекта; 5 - узлы замера потенциалов; 6 - амперметр; 7 - реостат; 8 -секущая задвижка; 9 - манометр

Для измерения потенциалов внутренней поверхности трубопровода с обеих сторон от каждого ЭИС были установлены узлы замера потенциала в количестве пяти штук (рис. 5). Потенциалы внутренней поверхности трубопровода измеряли с помощью хлоридсеребрянного электрода сравнения.

ЭИС 1

анодная часть катодная часть

подземный (защищенный) участок

ЭИС 2

катодная часть анодная часть

/тот

ЧЛ/ЧЛЛ/1

5 4 32

А ґ\ Л /\ /\ А К)|ЛЛЛ/к/к

V/ \/ V/ V/ V/ \/ Ю|\ЛЛЛЛ/

2 3 4 5

5 4 3 2

2 3 4 5

Рис. 5 - Схема расположения узлов замера потенциала на промысловом стенде: 1 - 5 -обозначение узлов замера потенциала

Эффективность электроизолирующих свойств различных конструкций ЭИС, в том числе снабженных внутренними протекторными втулками, оценивали путем измерения токов утечки через ЭИС и токов короткого замыкания. Для этого при разомкнутых ключах Кі и К2 (рис. 4) с помощью МЭС измеряли естественную разность потенциалов “труба - земля” (потенциалы наружной поверхности трубопровода) до и после ЭИС высокоомным вольтметром с интервалом 24 часа до установления стационарного потенциала. Затем к трубопроводу подключали наружную протекторную защиту. Для ЭИС без внутренних протекторных втулок, изменяя добавочные сопротивления в КИК, устанавливали падение напряжения на ЭИС не менее 300 мВ. Не ранее, чем через 24 часа после подключения установки протекторной защиты, корректировали падение напряжения до 300 (500) мВ. Эта операция повторяется до установления стабильного падения напряжения, равного 300 (500) мВ. Проверяли значение потенциала со стороны подземного изолированного участка трубопровода относительно МЭС, которое должно быть не менее 0,9 В по абсолютной величине, если же оно имело меньшее значение, то уменьшали добавочное сопротивление в КИК.

Для ЭИС, снабженных протекторными втулками, порядок проведения испытаний отличается. В этом случае устанавливали значение потенциала со стороны подземного изолированного участка трубопровода относительно МЭС не менее 0,9 В по абсолютной величине и измеряли падение напряжения на ЭИС.

Ток протекторной защиты, расходуемый на защиту действующей внешней линии трубопровода при отсутствии ЭИС (Ізам), измерялся при замкнутых контактах Кі и К2 (принимали, что ток протекторной защиты, расходуемый на подземный изолированный участок стенда, равен 0). Ток замыкания, протекающий через каждый закороченный ЭИС, равен Ізам/2. Ток замыкания измерялся непосредственным включением миллиамперметра с внутренним сопротивлением не более 0,1 Ом в разрыв цепи дренажного провода.

Ток протекторной защиты, расходуемый на защиту действующей внешней линии трубопровода при наличии ЭИС (ток утечки Іу), измерялся амперметром при разомкнутых контактах К1 и К2. При этом ток утечки, протекающий через каждый ЭИС, считали равным

Іу/2.

Количественную характеристику эффективности электроизолирующих свойств испытуемых ЭИС рассчитывали как отношение разности токов замыкания и утечки к току замыкания, протекающему через один ЭИС:

I -1

Кэфф = -ЗАМ~^ *100%

1 ЗАМ

В табл. 1, 3 приведены результаты измерения стационарных потенциалов на

изолирующем фланцевом соединении (ИФС) при выключенной системе ЭХЗ, а в табл. 2, 4 -результаты измерения потенциалов на ИФС при включении ЭХЗ.

Вид измерения ЭИС № 1 ЭИС № 2

Потенциал со стороны незащищенного участка (анодная часть ЭИС), Ф1 , В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2, В Потенциал со стороны незащищенного участка (анодная часть ЭИС), Ф1, В

Потенциал наружной поверхности на ЭИС, (МЭС) -0,583 -0,573 -0,548 -0,556

Разность потенциалов (смещение) на ЭИС Дф=0,010 Дф =0,008

Стационарный (естественный) потенциал внутренней поверхности, (х.с.э.) -0,542 -0,522 -0,564 -0,564

-0,546 -0,524 -0,569 -0,565

-0,547 -0,527 -0,571 -0,563

-0,549 -0,533 -0,569 -0,564

-0,549 -0,538 -0,569 -0,568

Таблица 2 - Результаты измерения потенциалов на ИФС без внутренней протекторной втулки при включении ЭХЗ

Вид измерения ЭИС № 1 ЭИС № 2

Потенциал со стороны незащищенного участка (анодная часть ЭИС), Ф1, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2, В Потенциал со стороны не защищенного участка (анодная часть ЭИС), ф1, В

Потенциал наружной поверхности на ЭИС, (МЭС) -0,604 -0932, -0,905 -0,577

Разность потенциалов (смещение) на ЭИС Дф =0,328 ДФ=0,328

Потенциал внутренней поверхности, (х.с.э.) -0,468 -0,580 -0,619 -0,512

-0,483 -0,549 -0,590 -0,522

-0,493 -0,538 -0,578 -0,527

-0,505 -0,537 -0,571 -0,535

-0,515 -0,540 -0,569 -0,544

Примечания:

1. 1у = 88,6 мА - Ток, протекающий по трубопроводу при разомкнутом ключе (ток утечки);

2. 1зам = 212 мА - Ток, протекающий по трубопроводу при замкнутом ключе

Кэф = >зам- 1у  100% = 212 88,6 • 100 = 58,2%

* Ізам. 212 1

Вид измерения ЭИС № 1 ЭИС № 2

Потенциал со стороны не защищенного участка (анодная часть ЭИС), Ф1, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), Ф2', В Потенциал со стороны не защищенного участка (анодная часть ЭИС), ф1, В

Потенциал наружной поверхности на ЭИС, (МЭС) -0,561 -0,574 -0,562 -0,548

Разность потенциалов (смещение) на ЭИС Дф = 0,013 В Дф = 0,014 В

Стационарный (естественный) потенциал внутренней поверхности, (х.с.э.) -0,765 -0,798 -0,800 -0,799

-0,753 -0,698 -0,743 -0,794

-0,735 -0,628 -0,684 -0,786

-0,700 -0,595 -0,637 -0,766

-0,672 -0,579 -0,608 -0,752

Таблица 4 - Результаты измерения стационарных потенциалов на ИФС с внутренней протекторной втулкой при включенной ЭХЗ

Вид измерения ЭИС № 1 ЭИС № 2

Потенциал со стороны не защищенного участка (анодная часть ЭИС), ф1, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), ф2, В Потенциал со стороны защищенного участка (катодная часть ЭИС), ф2 ', В Потенциал со стороны не защищенного участка (анодная часть ЭИС), ф1 , В

Потенциал наружной поверхности на ЭИС, (МЭС) -0,589 -0,920 -0,910 -0,580

Разность потенциалов (смещение) на ЭИС Дф = 0,331 Дф = 0,330

Потенциалы внутренней поверхности в момент включения протекторной защиты, (х.с.э.) -0,781 -0,851 -0,837 -0,791

-0,777 -0,729 -0,757 -0,790

-0,761 -0,647 -0,692 -0,783

-0,731 -0,602 -0,640 -0,764

-0,705 -0,582 -0,608 -0,750

Примечания:

1. |у=1 12,3 мА - ток, протекающий по трубопроводу при разомкнутом ключе (ток утечки);

2. Ізам =169,3 мА - ток, протекающий по трубопроводу при замкнутом ключе

Кф = Ізам - Іу  100% = 169,3 -112,3  100 = 33,6% эф. Ізам. 169,3 ’

Как видно из представленных выше таблиц, наличие внутреннего протектора снижает эффективность работы ЭИС. Для рассматриваемого случая эффективность работы ЭИС снижается с 58% до 33%.

Таким образом, результаты электрохимического исследования работы ЭИС в условиях промыслового стенда показали, что наличие внутреннего протектора, обеспечивая защиту от внутренней коррозии, существенно снижает при этом эффективность электроизолирующих соединений.

Литература

1. Фатхуллин, А.А. Электроизолирующие соединения в системах электрохимической защиты: учеб. пособие / А.А. Фатхуллин, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, В.Э. Ткачева. - Казан. гос. технол. ун-т., Казань, 2011. - 132 с.

2. Фатхуллин, А.А. Распределение токов в системах протекторной защиты трубопроводов с электроизолирующими соединениями / А.А. Фатхуллин, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, С.С. Виноградова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - № 4. - С. 240 - 243.

3. Фатхуллин, А.А. Результаты лабораторных исследований токов утечки в системах протекторной защиты трубопроводов с ЭИС / А.А. Фатхуллин, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, С.С. Виноградова // Практика противокоррозионной защиты. - 2010. - №1. - С. 39-46.

4. Фатхуллин, А.А. Результаты лабораторных исследований эффективности электроизолирующих соединений / А.А. Фатхуллин, Ф.Ш. Шакиров, Р.М. Шаммасов // сб. науч. трудов ТатНИПИнефть. -2009.- С. 458 - 466.

5. Фатхуллин, А.А. Электроизолирующие соединения в системах электрохимической защиты / А.А. Фатхуллин, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, В.Э. Ткачева // Международная конф., посвящ. 110-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР Г.В. Акимова «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии»: тезисы докладов. - Москва, 2011. - С. 136.

6. Фатхуллин, А.А. Выявление причин ускоренного выхода из строя электроизолирующих соединений в системах электрохимической защиты промысловых трубопроводов / А.А. Фатхуллин, Ф.Ш. Шакиров, Р.М. Шаммасов, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, В.Э. Ткачева // Коррозия территории нефтегаз. - М., 2011. - С. 38 - 40.

© А. А. Фатхуллин - вед. инж. ин-та ТатНИПИнефть, г. Бугульма, ttzk@tatnipi.ru; Р. А. Кайдриков -д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, krust@kstu.ru; Б. Л. Журавлев - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, bgur@kstu.ru; В. Э. Ткачева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.