Патент на изобретение №2308545

(54) СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к защите подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для корректировки режима катодной защиты подземных трубопроводов с учетом электролитического наводороживания их. Способ включает регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, при этом дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода, сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода и принимаемым не более 50, а в случае превышения предельно допустимого отношения указанных токов изменяют режим катодной защиты или устраняют повреждения изоляционного покрытия трубопровода. Технический результат: повышение эффективности катодной защиты подземных трубопроводов. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к защите подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано для корректировки режима работы катодной защиты трубопроводов с учетом электролитического наводороживания их.

Известен способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий подключение отрицательного полюса источника постоянного тока к трубопроводу и положительного полюса к аноду – заземлению и поддержание поляризационного потенциала / Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров / М.В.Кузнецов и др. – М.: Недра, 1992. – С.113-114/.

Недостаток способа заключается в том, что при корректировке режима катодной защиты не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода, что приводит к водородному охрупчиванию металла и авариям на трубопроводе.

Известен способ катодной защиты подземных сооружений, включающий создание на всей поверхности этих сооружении поляризационных потенциалов заданной величины / Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / Стрижевский И.В. и др. – М.: Недра, 1981. – С.91/.

Недостаток способа заключается в том, что при поддержании поляризационных потенциалов также не учитывается интенсивность наводороживания стенки трубопровода.

Недостаток этого способа заключается в том, что при наличии локальных повреждений покрытия трубопровода увеличение поляризационного потенциала приводит к существенному увеличению тока катодной защиты, что вызывает интенсивное электролитическое наводроживание стенки трубопровода.

Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты подземных стальных трубопроводов.

Технический результат заключается в снижении аварийности при эксплуатации трубопроводов.

Для получения такого результата в предложенном способе катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающем регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, согласно изобретению дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты, причем предельно допустимое отношение указанных токов принимают не более 50.

Сущность данного предложения заключается в том, что периодически контролируют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы в зависимости от отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода. Определяют предельно допустимое отношение указанных токов /не более 50/ и критический режим катодной защиты, превышение которого опасно стресс-коррозионным разрушением трубопровода, и, в случае превышения текущего отношения токов предельно допустимой величины изменяют режим катодной защиты.

Механизм электрохимического процесса заключается в следующем. При режимах катодной защиты, когда идет интенсивное электролитическое наводороживание стенки трубопровода, весь кислород, являющийся основным коррозионным элементом в грунте, «связывается» электронами, в избытке поступающими от источника тока катодной защиты: О₂+Н₂О+4е=2ОН^–/ОН^– – ион гидроксила/. При протекании этой реакции водорода на катодно-защищаемой поверхности еще нет. Однако, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода, избыточные электроны захватывают молекулы воды: Н₂О+4е=Н_адс+ОН^– и на катоднозащищаемой поверхности трубопровода образуются атомы водорода /Н_адс/, что приводит к последующему электролитическому наводороживанию стенки трубопровода и появлению стресс-коррозионных трещин. Площадь катодно-защищаемой поверхности, покрытая адсорбционным водородом, является функцией тока катодной защиты, следовательно, количество водорода, который диффундируется в сталь, также является функцией величины тока катодной защиты.

На чертеже показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии.

Способ реализуется следующим образом. Определяют предельный ток электровосстановления кислорода. Для этого используют коррозионно-индикаторный зонд с рабочим и вспомогательным электродами. Зонд устанавливают над трубопроводом и погружают на уровень его укладки. Рабочий электрод, выполненный из трубной стали, подключают к источнику тока, величина которого после установления характеризует предельный ток электровосстановления кислорода. Затем источник тока отключают, а рабочий электрод подключают к катодной защите стального трубопровода и определяют величину защитного тока /по микроамперметру/. Определяют отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнивают это отношение с предельно допустимой величиной. Для определения предельно допустимой величины указанных токов предварительно выполняют экспериментальные исследования с применением индикатора контроля наводороживания подземных трубопроводов /Индикатор контроля наводороживания подземных газопроводов ДН-1. Петров Н.А. и др. Каталог научно-технических разработок. М.: Издательство ВНИИГАЗ, 1998. – с.88-89/ и метода вакуумной экстракции, который используют для определения объемного электролитического наводороживания образцов из трубной стали при различных режимах катодной защиты. Метод вакуумной экстракции основан на обратимости равновесного содержания водорода в металле в зависимости от парциального давления в газовой фазе.

Результаты исследования приведены в табл.1 и 2. Как вытекает из приведенных данных /табл.1/, когда ток катодной защиты превышает предельный ток электровосстановления кислорода менее чем в 20 раз, интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода незначительная /0,0035 мг/100 г сут/ и степень наводороживания также незначительная. При изменении отношении указанных токов в пределах от 20 до 50 интенсивность электролитического наводороживания составляет 0,0175 мг/100 г сут и степень наводороживания стенки является средней. Отношение тока катодной 7 защиты к предельному току электровосстановления кислорода 50 и более является недопустимым, а режим катодной защиты критическим, превышение которого опасно стесс-коррозионным разрушением трубопровода.

На чертеже графически показано влияние режима катодной защиты на интенсивность электролитического наводороживания стенки трубы и на остаточную скорость коррозии: кривая 1 – интенсивность наводороживания стенки трубы; кривая 2 – остаточная скорость коррозии. Как видно из графика, с увеличением отношения тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода интенсивность наводороживания стенки трубы после 50 резко увеличивается, в то же время остаточная скорость коррозии изменяется незначительно. Это наглядно показывает нецелесообразность применения такого режима катодной защиты.

Пример.

Величина поляризационного потенциала катодной защиты на магистральном трубопроводе вблизи станции катодной защиты составляет – 1,05 В /по медно-сульфатному электроду сравнения/. В зоне действия катодной станции /20 км/ имеется контрольная точка, где обеспечивается доступ к трубопроводу. При помощи коррозионно-индикаторного зонда здесь определяют предельный ток электровосстановления кислорода /1,88 мкА/ и ток катодной защиты, который равен 103,4 мкА. Отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода равно 103,4:1,88=55. Сравнивание полученного отношения токов /55/ с табличными данными /см. табл.1/, полученными ранее, показывает, что интенсивность электролитического наводороживания стенки трубопровода составляет 0,0175 мг/100 г сут, что соответствует высокой степени электролитического наводороживания и показывает необходимость изменения режима катодной защиты путем уменьшения тока катодной защиты либо устранения повреждения изоляционного покрытия трубопровода.

Таким образом, периодическое контролирование отношения тока катодной зашиты к предельному току электровосстановления кислорода и сравнение этого отношения с предельно допустимой величиной, определяемой с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода, позволяет своевременно уменьшить интенсивность наводороживания и повысить эффективность катодной защиты трубопровода.

Формула изобретения

Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов, включающий регулирование поляризационного потенциала на трубопроводе, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину предельного тока электровосстановления кислорода, тока катодной защиты и отношение тока катодной защиты к предельному току электровосстановления кислорода, сравнивают это отношение с предельно допустимым отношением указанных токов, определяемым с учетом интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода и принимаемым не более 50, при этом, в случае превышения текущего отношения указанных токов предельно допустимого отношения их, изменяют режим катодной защиты или устраняют повреждения изоляционного покрытия трубопровода.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.05.2008

Извещение опубликовано: 10.06.2010 БИ: 16/2010