مخطط كهربائي لمحطة الحماية الكاثودية. الحماية الكاثودية

تعد خطوط الأنابيب الوسيلة الأكثر شيوعًا لنقل ناقلات الطاقة. عيبهم الواضح هو قابليتهم للصدأ. ولهذا الغرض، يتم تنفيذ الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب الرئيسية من التآكل. ما هو مبدأ عملها؟

أسباب التآكل

يتم توزيع شبكات خطوط الأنابيب لأنظمة دعم الحياة في جميع أنحاء روسيا. وبمساعدتهم، يتم نقل الغاز والمياه والمنتجات البترولية والنفط بكفاءة. ومنذ وقت ليس ببعيد، تم مد خط أنابيب لنقل الأمونيا. تصنع معظم أنواع خطوط الأنابيب من المعدن، وعدوها الأساسي هو التآكل، ويوجد منه أنواع عديدة.

تعتمد أسباب تكوين الصدأ على الأسطح المعدنية على الخصائص بيئة، التآكل الخارجي والداخلي لخطوط الأنابيب. يعتمد خطر تآكل الأسطح الداخلية على:

1. التفاعل مع الماء.
2. وجود قلويات أو أملاح أو أحماض في الماء.

قد تنشأ مثل هذه الظروف على أنظمة إمدادات المياه الرئيسية، وإمدادات المياه الساخنة (DHW)، وأنظمة البخار والتدفئة. هناك عامل لا يقل أهمية وهو طريقة مد خط الأنابيب: فوق الأرض أو تحت الأرض. الأول أسهل في الحفاظ على أسباب تكوين الصدأ والقضاء عليها مقارنة بالثاني.

مع طريقة التثبيت من أنبوب إلى أنبوب، يكون خطر التآكل منخفضًا. عند تركيب خط أنابيب مباشرة في الهواء الطلق، قد يتشكل الصدأ بسبب التفاعل مع الغلاف الجوي، مما يؤدي أيضًا إلى تغيير في التصميم.

خطوط الأنابيب الموجودة تحت الأرض، بما في ذلك البخار و الماء الساخنالأكثر عرضة للتآكل. السؤال الذي يطرح نفسه هو مدى قابلية الأنابيب الموجودة في قاع مصادر المياه للتآكل، ولكن لا يوجد سوى جزء صغير من خطوط الأنابيب في هذه الأماكن.

حسب الغرض منها تنقسم خطوط الأنابيب المعرضة لخطر التآكل إلى:

• الخطوط الرئيسية؛
• صيد السمك؛
• لأنظمة التدفئة ودعم الحياة.
• لمياه الصرف الصحي من المؤسسات الصناعية.

القابلية للتآكل في شبكات خطوط الأنابيب الرئيسية

تمت دراسة تآكل خطوط الأنابيب من هذا النوع بشكل جيد وحمايتها من التعرض عوامل خارجيةمحددة بالمتطلبات القياسية. تناقش الوثائق التنظيمية طرق الحماية وليس أسباب تكوين الصدأ.

ومن المهم بنفس القدر أن نأخذ في الاعتبار أنه في هذه الحالة يتم أخذ التآكل الخارجي فقط في الاعتبار، والذي يكون الجزء الخارجي من خط الأنابيب عرضة له، حيث تمر الغازات الخاملة داخل خط الأنابيب. في هذه الحالة، فإن اتصال المعدن بالجو ليس خطيرًا جدًا.

للحماية من التآكل وفقًا لـ GOST، يتم أخذ عدة أقسام من خط الأنابيب بعين الاعتبار: زيادة و خطر كبير، وكذلك المسببة للتآكل.

تأثير العوامل الجوية السلبية على المناطق زيادة الخطرأو أنواع التآكل:

1. تنشأ التيارات الضالة من مصادر التيار المباشر.
2. التعرض للكائنات الحية الدقيقة.
3. الإجهاد الناتج يثير تكسير المعدن.
4. تخزين النفايات.
5. التربة المالحة.
6. درجة حرارة المادة المنقولة أعلى من 300 درجة مئوية.
7. تآكل ثاني أكسيد الكربون لأنابيب النفط.

يجب أن يعرف المثبت لحماية خطوط الأنابيب تحت الأرض من التآكل تصميم خط الأنابيب ومتطلبات SNiP.

التآكل الكهروكيميائي من التربة

بسبب الاختلاف في الفولتية المتكونة في الأقسام الفردية لخطوط الأنابيب، يحدث تدفق الإلكترون. تحدث عملية تكوين الصدأ وفقًا للمبدأ الكهروكيميائي. بناءً على هذا التأثير، يتشقق جزء من المعدن الموجود في المناطق الأنودية ويتدفق إلى قاعدة التربة. بعد التفاعل مع المنحل بالكهرباء، أشكال التآكل.

أحد المعايير المهمة لضمان الحماية من المظاهر السلبية هو طول الخط. على الطريق هناك التربة مع تكوين مختلفوالخصائص. كل هذا يساهم في ظهور فرق الجهد بين أجزاء خطوط الأنابيب الموضوعة. تتمتع الأنابيب الكهربائية بموصلية جيدة ، وبالتالي يحدث تكوين أزواج كلفانية بدرجة كبيرة إلى حد ما.

تحدث زيادة في معدل تآكل خطوط الأنابيب بسبب كثافة تدفق الإلكترون العالية. ولا يقل عمق الخطوط أهمية، لأنه يحتفظ بنسبة كبيرة من الرطوبة ولا يسمح لدرجة الحرارة بالانخفاض عن علامة "0". تبقى أيضًا قشور الطحن على سطح الأنابيب بعد المعالجة، مما يؤثر على ظهور الصدأ.

بإجراء عمل بحثيوقد ثبت وجود علاقة مباشرة بين عمق ومساحة الصدأ المتكون على المعدن. يعتمد هذا على حقيقة أن المعدن ذو المساحة السطحية الأكبر هو الأكثر عرضة للتأثيرات الخارجية المظاهر السلبية. تشمل الحالات الخاصة حدوث كميات أقل بكثير من الدمار على الهياكل الفولاذية تحت تأثير العملية الكهروكيميائية.

يتم تحديد عدوانية التربة للمعادن، أولاً وقبل كل شيء، من خلال مكوناتها الهيكلية والرطوبة والمقاومة والتشبع القلوي ونفاذية الهواء وعوامل أخرى. يجب أن يكون المثبت لحماية خطوط الأنابيب تحت الأرض من التآكل على دراية بمشروع إنشاء خطوط الأنابيب.

التآكل تحت تأثير التيارات الشاردة

يمكن أن ينشأ الصدأ من تدفق متناوب ومستمر للإلكترونات:

• تشكيل الصدأ تحت تأثير التيار المستمر. التيارات الشاردة هي تيارات موجودة في التربة وفي العناصر الهيكلية الموجودة تحت الأرض. أصلهم من صنع الإنسان. وهي تنشأ نتيجة تشغيل الأجهزة التقنية ذات التيار المباشر التي تنتشر من المباني أو الهياكل. يمكن أن تكون محولات لحام وأنظمة حماية الكاثود وأجهزة أخرى. يميل التيار إلى اتباع المسار الأقل مقاومة، ونتيجة لذلك، مع وجود خطوط الأنابيب الموجودة في الأرض، سيكون من الأسهل بكثير مرور التيار عبر المعدن. الأنود هو جزء من خط الأنابيب الذي يخرج منه التيار الشارد إلى سطح التربة. الجزء من خط الأنابيب الذي يدخل فيه التيار يعمل ككاثود. على الأسطح الأنودية الموصوفة، توجد تيارات زيادة الكثافةلذلك تتشكل في هذه الأماكن بقع تآكل كبيرة. معدل التآكل ليس محدودًا ويمكن أن يصل إلى 20 ملم سنويًا.
• تشكيل الصدأ تحت تأثير التيار المتردد. عند وضعها بالقرب من خطوط الكهرباء ذات جهد الشبكة أعلى من 110 كيلو فولت، وكذلك في الترتيب المتوازي لخطوط الأنابيب، يحدث التآكل تحت تأثير التيارات المتناوبة، بما في ذلك التآكل تحت عزل خطوط الأنابيب.

تكسير التآكل الإجهاد

إذا تعرض سطح معدني للخارج في نفس الوقت العوامل السلبيةوالجهد العالي من خطوط الكهرباء، مما يخلق قوى الشد، ومن ثم يحدث تكوين الصدأ. ووفقا للبحث الذي تم إجراؤه، فقد اكتسبت نظرية تآكل الهيدروجين الجديدة مكانتها.

وتتكون شقوق صغيرة عندما يتم تشبع الأنبوب بالهيدروجين، مما يؤدي بعد ذلك إلى زيادة الضغط من الداخل إلى مستويات أعلى من المعادل المطلوب لرابطة الذرات والبلورات.

تحت تأثير انتشار البروتون، تحدث هدرجة الطبقة السطحية تحت تأثير التحلل المائي عند مستويات مرتفعةالحماية الكاثودية والتعرض المتزامن للمركبات غير العضوية.

بعد فتح الشق، تتسارع عملية صدأ المعدن، والتي يتم توفيرها بواسطة المنحل بالكهرباء الأرضي. ونتيجة لذلك، تحت تأثير التأثيرات الميكانيكيةالمعدن يخضع لتدمير بطيء.

التآكل بسبب الكائنات الحية الدقيقة

التآكل الميكروبيولوجي هو عملية تكوين الصدأ على خط الأنابيب تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة. يمكن أن تكون هذه الطحالب والفطريات والبكتيريا، بما في ذلك الأوليات. لقد ثبت أن تكاثر البكتيريا يؤثر بشكل كبير على هذه العملية. للحفاظ على النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة، من الضروري تهيئة الظروف، وهي النيتروجين والرطوبة والماء والأملاح. والشروط أيضاً هي:

1. مؤشرات درجة الحرارة والرطوبة.
2. ضغط.
3. توافر الإضاءة.
4. الأكسجين.

الكائنات الحية التي تنتج الظروف الحمضية يمكن أن تسبب التآكل أيضًا. تحت تأثيرها تظهر تجاويف على السطح وهي سوداء اللون و رائحة كريهةكبريتيد الهيدروجين. توجد البكتيريا المحتوية على الكبريتات في جميع أنواع التربة تقريبًا، لكن معدل التآكل يزداد مع زيادة أعدادها.

ما هي الحماية الكهروكيميائية

الحماية الكهروكيميائية لخطوط الأنابيب من التآكل هي مجموعة من التدابير التي تهدف إلى منع تطور التآكل تحت تأثير المجال الكهربائي. يتم استخدام مقومات متخصصة لتحويل التيار المباشر.

تتم الحماية ضد التآكل عن طريق إنشاء مجال كهرومغناطيسي، ونتيجة لذلك يتم الحصول على إمكانات سلبية أو تعمل المنطقة ككاثود. وهذا يعني أن قسمًا من خطوط الأنابيب الفولاذية، المحمي من تكوين الصدأ، يكتسب شحنة سالبة، ويصبح التأريض إيجابيًا.

الحماية الكاثوديةتكون الحماية من التآكل لخطوط الأنابيب مصحوبة بحماية إلكتروليتية مع موصلية كافية للوسيط. يتم تنفيذ هذه الوظيفة عن طريق التربة عند وضع الطرق السريعة المعدنية تحت الأرض. يتم الاتصال بالأقطاب الكهربائية من خلال العناصر الموصلة.

مؤشر تحديد مؤشرات التآكل هو الفولتميتر عالي الجهد أو مقياس التآكل. باستخدام هذا الجهاز يتم مراقبة المؤشر الموجود بين الإلكتروليت والتربة، خصيصًا لهذه الحالة.

كيف يتم تصنيف الحماية الكهروكيميائية؟

يتم التحكم في التآكل وحماية خطوط الأنابيب الرئيسية والخزانات منه بطريقتين:

• يتم توصيل المصدر الحالي بالسطح المعدني. تكتسب هذه المنطقة شحنة سالبة، أي أنها تعمل ككاثود. الأنودات هي أقطاب كهربائية خاملة لا علاقة لها بالتصميم. تعتبر هذه الطريقة الأكثر شيوعًا ولا يحدث تآكل كهروكيميائي. تهدف هذه التقنية إلى منع الأنواع التالية من التآكل: التنقر بسبب وجود التيارات الشاردة، والنوع البلوري من الفولاذ المقاوم للصدأ، وكذلك تكسير العناصر النحاسية.
• الطريقة الجلفانية. تتم حماية خطوط الأنابيب الرئيسية أو حماية المداس باستخدام ألواح معدنية ذات درجة عاليةالشحنات السالبة المصنوعة من الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم أو سبائكها. الأنودات عبارة عن عنصرين، ما يسمى بالمثبطات، بينما يساعد التدمير البطيء للحامي في الحفاظ على تيار الكاثود في المنتج. نادرًا ما يتم استخدام الحماية الوقائية. يتم تنفيذ ECP على الطلاء العازل لخطوط الأنابيب.

حول ميزات الحماية الكهروكيميائية

السبب الرئيسي لتدمير خطوط الأنابيب هو نتيجة تآكل الأسطح المعدنية. بعد تكوين الصدأ تتشكل الشقوق والتمزقات والتجاويف التي يزيد حجمها تدريجياً وتساهم في تمزق خط الأنابيب. تحدث هذه الظاهرة في كثير من الأحيان بالقرب من الطرق السريعة الموضوعة تحت الأرض أو الملامسة للمياه الجوفية.

مبدأ الحماية الكاثودية هو خلق فرق الجهد وعمل الطريقتين الموصوفتين أعلاه. وبعد إجراء عمليات القياس مباشرة في موقع خط الأنابيب تبين أن الجهد المطلوب للمساعدة في إبطاء عملية التدمير يجب أن يكون 0.85 فولت، وبالنسبة للعناصر الموجودة تحت الأرض تكون هذه القيمة 0.55 فولت.

لإبطاء معدل التآكل، يجب تقليل جهد الكاثود بمقدار 0.3 فولت. في هذه الحالة، لن يتجاوز معدل التآكل 10 ميكرون/سنة، مما سيؤدي إلى إطالة عمر خدمة الأجهزة التقنية بشكل كبير.

إحدى المشاكل المهمة هي وجود تيارات طائشة في التربة. تنشأ مثل هذه التيارات من تأريض المباني والهياكل ومسارات السكك الحديدية وغيرها من الأجهزة. علاوة على ذلك، من المستحيل إجراء تقييم دقيق للمكان الذي قد تظهر فيه.

لإنشاء تأثير مدمر، يكفي شحن خطوط الأنابيب الفولاذية ذات الإمكانات الإيجابية فيما يتعلق بالبيئة الإلكتروليتية، بما في ذلك خطوط الأنابيب الموضوعة في الأرض.

من أجل تزويد الدائرة بالتيار، من الضروري توفير جهد خارجي، تكون معلماته كافية لاختراق مقاومة أساس التربة.

وكقاعدة عامة، تكون هذه المصادر عبارة عن خطوط كهرباء ذات معدلات طاقة تتراوح من 6 إلى 10 كيلووات. إذا لم يكن من الممكن توفير التيار الكهربائي، فيمكن استخدام مولدات الديزل أو الغاز. يجب أن يكون فني تركيب حماية خطوط الأنابيب تحت الأرض من التآكل على دراية بحلول التصميم قبل أداء العمل.

الحماية الكاثودية

لتقليل نسبة الصدأ على سطح الأنابيب يتم استخدام محطات حماية القطب الكهربائي:

1. الأنود، مصنوع على شكل موصلات التأريض.
2. محولات تدفقات الإلكترون الثابتة.
3. معدات لمراقبة العمليات ورصد هذه العملية.
4. توصيلات الكابلات والأسلاك.

تعتبر محطات الحماية الكاثودية فعالة للغاية، فعند توصيلها مباشرة بخط كهرباء أو مولد، فإنها توفر تأثيرًا مثبطًا للتيارات. وهذا يضمن حماية عدة أقسام من خط الأنابيب في وقت واحد. يمكن تعديل المعلمات يدويًا أو تلقائيًا. في الحالة الأولى، يتم استخدام اللفات المحولات، وفي الثانية - الثايرستور.

الأكثر شيوعا في روسيا هو تركيب التكنولوجيا الفائقة - Minevra -3000. قوتها كافية لحماية 30.000 متر من الطرق السريعة.

مزايا الجهاز الفني:

• خصائص الطاقة العالية
• تحديث وضع التشغيل بعد التحميل الزائد في ربع دقيقة؛
• وباستخدام التنظيم الرقمي، تتم مراقبة معلمات التشغيل؛
• ضيق الاتصالات الحرجة للغاية.
• توصيل الجهاز بجهاز التحكم عن بعد في العملية.

يتم استخدام ASKG-TM أيضًا، على الرغم من انخفاض قوتها، إلا أن معداتها المزودة بمجمع القياس عن بعد أو جهاز التحكم عن بعد تسمح لها بأن تكون أقل شعبية.

يجب أن يكون الرسم التخطيطي للعزل الرئيسي لإمدادات المياه أو خط أنابيب الغاز متاحًا في موقع العمل.

فيديو: الحماية الكاثودية ضد التآكل - ما هي وكيف يتم تنفيذها؟

الحماية من التآكل عن طريق تركيب الصرف

يجب أن يكون فني تركيب الحماية من التآكل لخطوط الأنابيب تحت الأرض على دراية بنظام الصرف. يتم تنفيذ هذه الحماية ضد تكوين الصدأ لخطوط الأنابيب من التيارات الضالة بواسطة جهاز تصريف ضروري لتحويل هذه التيارات إلى قسم آخر من الأرض. هناك العديد من خيارات الصرف.

أنواع التنفيذ:

1. يتم تنفيذها تحت الأرض.
2. مستقيم.
3. مع الأقطاب.
4. عززت.

عند إجراء الصرف الأرضي، يتم تثبيت الأقطاب الكهربائية في مناطق الأنود. لضمان وجود خط صرف مستقيم، يتم عمل وصلة كهربائية تربط خط الأنابيب بالقطب السلبي للمصادر الحالية، على سبيل المثال، التأريض من مبنى سكني.

يتمتع الصرف المستقطب بموصلية أحادية الاتجاه، أي أنه عندما تظهر شحنة موجبة على الحلقة الأرضية، فإنه ينطفئ تلقائيًا. يعمل الصرف المحسن من محول تيار متصل بشكل إضافي رسم بياني كهربائي، وهذا يحسن إزالة التيارات الشاردة من الخط الرئيسي.

تتم الزيادة في تآكل خطوط الأنابيب عن طريق الحساب، وفقًا لـ RD.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الحماية المثبطة، أي أنه يتم استخدام تركيبة خاصة على الأنابيب للحماية من البيئات العدوانية. يحدث التآكل المتوقف عندما تكون معدات الغلايات في وضع الخمول لفترة طويلة، ومن الضروري منع حدوث ذلك صيانةمعدات.

يجب أن يتمتع القائم بتركيب حماية خطوط الأنابيب تحت الأرض من التآكل بالمعرفة والمهارات، وأن يتم تدريبه على القواعد ويخضع بشكل دوري لفحص طبي ويجتاز الاختبارات بحضور مفتش من Rostechnadzor.

تسمى حماية المعدن من التآكل عن طريق تطبيق تيار كهربائي خارجي مباشر، والذي يغير بشكل جذري إمكانات القطب الكهربائي للمادة ويغير معدل تآكلها، بالحماية الكهروكيميائية. إنه يحمي الأسطح من التآكل بشكل موثوق، ويمنع تدمير الخزانات تحت الأرض، وخطوط الأنابيب، وقيعان السفن، وخزانات الغاز، والهياكل الهيدروليكية، وخطوط أنابيب الغاز، وما إلى ذلك. يتم استخدام هذه الطريقة في الحالات التي يكون فيها احتمال التآكل في منطقة شديدة الاضمحلال أو أثناء التخميل أي عند حدوث التدمير النشط للهياكل المعدنية.

مبدأ التشغيل للحماية الكهروكيميائية

يتم توصيل مصدر ثابت بالهيكل المعدني من الخارج. التيار الكهربائي. على سطح المنتج، يشكل تيار كهربائي استقطابًا كاثوديًا للأقطاب الكهربائية، ونتيجة لذلك يحدث تبادل وتتحول المناطق الأنودية إلى مناطق كاثودية. نتيجة لذلك، تحت تأثير البيئة المسببة للتآكل، يتم تدمير الأنود، وليس المادة المصدر. ينقسم هذا النوع من الحماية إلى كاثودية وأنودية، ويعتمد ذلك على الاتجاه (السلبي أو الإيجابي) الذي تتغير فيه إمكانات المعدن.

الحماية من التآكل الكاثودي

مثال: (+0.8) Au/Fe(-0.44)

لزيادة ثبات الأجزاء المعدنية عند ملامستها لأي بيئة عدوانية أو أثناء التشغيل مع التعرض لها مياه البحرأو التربة، يتم تطبيق الحماية من التآكل الكاثودي. في هذه الحالة، يتم تحقيق الاستقطاب الكاثودي للمعدن المخزن عن طريق تكوين زوج جلفاني صغير مع معدن آخر (الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم)، أو تقليل سرعة العملية الكاثودية (نزع الهواء من المنحل بالكهرباء) أو تطبيق تيار كهربائي من مصدر خارجي .

تستخدم هذه التقنية عادة للحفاظ على المعادن الحديدية، لأن معظم الأشياء الموجودة في التربة والمياه مصنوعة منها - على سبيل المثال، الأرصفة، وهياكل الخوازيق، وخطوط الأنابيب. تطبيق واسعتم العثور على هذه الطريقة أيضًا في الهندسة الميكانيكية، في منع عمليات التآكل للمركبات الجديدة والمستخدمة، عند معالجة جسم السيارة، وتجويف الأعضاء الجانبية، ومكونات الهيكل، وما إلى ذلك. وتجدر الإشارة إلى أن هذه الطريقة نفسها تحمي بشكل فعال الجزء السفلي من السيارة، والذي غالبًا ما يتعرض للتعرض لبيئات عدوانية.

الحماية الكاثودية، مع العديد من المزايا، لا تزال لها عيوب. واحد منهم هو فائض الحماية، ويتم ملاحظة هذه الظاهرة عندما يتم تحويل إمكانات المنتج المخزن بقوة في الاتجاه السلبي. والنتيجة هي هشاشة المعدن وتآكل المواد وتدمير جميع الطلاءات الواقية. نوعه هو حماية المداس. عند استخدامه، يتم ربط المعدن ذو الإمكانات السلبية (الحامي) بالمنتج المخزن، والذي يتم تدميره لاحقًا، مع الحفاظ على الكائن.

حماية انوديك

مثال: (-0.77)الكادميوم/الحديد(-0.44)

يتم استخدام الحماية الأنودية ضد التآكل المعدني للمنتجات المصنوعة من السبائك الحديدية عالية السبائك والكربون والفولاذ المقاوم للأحماض، الموجودة في بيئات قابلة للتآكل مع التوصيل الكهربائي الجيد. مع هذه الطريقة، تتحول إمكانات المعدن إلى جانب إيجابيحتى تصل إلى حالة مستقرة (سلبية).

يشتمل التركيب الكهروكيميائي للأنود على: مصدر تيار، وكاثود، وقطب كهربائي مرجعي، وجسم مخزن.

لكي تكون الحماية فعالة قدر الإمكان لأي عنصر محدد، يجب اتباع قواعد معينة:

تقليل عدد الشقوق والشقوق والجيوب الهوائية.

يجب أن تكون جودة اللحامات واتصالات الهياكل المعدنية الحد الأقصى؛

يجب وضع الكاثود والقطب المرجعي في المحلول والبقاء هناك بشكل دائم

تخضع خطوط الأنابيب التي تعمل تحت الأرض للآثار المدمرة للتآكل. يؤثر تآكل خطوط الأنابيب على الأنابيب المعدنية عندما تنشأ الظروف التي يمكن أن تصبح فيها ذرات المعدن أيونية.

لكي تتحول الذرة المحايدة إلى أيون، لا بد من التخلي عن إلكترون، وهذا ممكن إذا كان هناك أنود سيقبله. هذا الموقف ممكن عندما يحدث فرق محتمل بين الأقسام الفردية للأنبوب: قسم واحد هو الأنود، والآخر هو الكاثود.

أسباب التفاعلات الكهربية

هناك عدة أسباب لتكوين فرق محتمل (حجم قيمته) في الأقسام الفردية للأنبوب:

• تكوينات التربة المختلفة وفقا للخصائص الفيزيائية والكيميائية.
• عدم تجانس المعادن
• رطوبة التربة؛
• معنى درجة حرارة التشغيلالمادة المنقولة؛
• مؤشر حموضة التربة بالكهرباء.
• مرور خط نقل كهربائي مما يؤدي إلى ظهور تيارات شاردة.

مهم! يتم تحديد المناطق التي تتطلب الحماية في مرحلة تصميم المنشأة. يتم بناء جميع الهياكل اللازمة بالتوازي مع مد الأنابيب.

ونتيجة لذلك، يمكن أن يحدث نوعان من أضرار التآكل:

• سطحية لا تؤدي إلى تدمير خط الأنابيب؛
• محليًا، مما يؤدي إلى تكوين قشور وشقوق وتشققات.

أنواع الحماية من التآكل

لحماية الأنابيب من التدمير، يتم استخدام الحماية من التآكل لخطوط الأنابيب.

هناك طريقتان رئيسيتان للحماية:

• سلبي، حيث يتم إنشاء غلاف واقي حول الأنابيب، ويفصلها تمامًا عن الأرض. عادةً ما يكون هذا طلاءًا مصنوعًا من البيتومين أو راتنجات الإيبوكسي أو شريط البوليمر.
• نشط، مما يسمح لك بالتحكم في العمليات الكهروكيميائية التي تحدث عند نقاط الاتصال بين الأنبوب والكهارل الأرضي.

تنقسم الطريقة النشطة إلى ثلاثة أنواع من الحماية:

• الكاثود.
• منبسط؛
• تصريف المياه

يحمي الصرف خطوط الأنابيب من التآكل الناجم عن التيارات الشاردة. يتم تحويل هذه التيارات في اتجاه المصدر الذي ينشئها أو مباشرة في طبقة التربة. يمكن أن يكون الصرف ترابيًا (تأريض مناطق الأنود لخط الأنابيب) ومباشرًا (الانفصال عن القطب السالب لمصدر التيار الضال). يتم استخدام الصرف المستقطب والمعزز بشكل أقل تكرارًا.

طرق تنظيم الحماية الكاثودية

تتشكل الحماية الكاثودية لخط الأنابيب ضد التآكل إذا تم استخدام مجال كهربائي خارجي لتنظيم الاستقطاب الكاثودي لخط الأنابيب، ويتم نقل الضرر إلى الأنود الخارجي، الذي سيتعرض للتدمير.

وينقسم الكاثود إلى نوعين:

• كلفاني باستخدام الأنودات الواقية، لتصنيع سبائك المغنيسيوم والألومنيوم والزنك؛
• كهربائي، والذي يستخدم مصدر تيار مباشر خارجي مع مخطط اتصال: ناقص الأنبوب، بالإضافة إلى الأنود المؤرض.

أساس الطريقة الجلفانية للحماية الكاثودية: استخدام خاصية المعادن ذات الإمكانات المختلفة عند استخدامها على شكل قطب كهربائي. إذا كان المنحل بالكهرباء يحتوي على معدنين مع معنى مختلفالمحتملة، ثم سيتم تدمير الشخص ذو القيمة الأقل.

يتم اختيار مادة المداس بحيث يتم استيفاء متطلبات معينة:

• إمكانات سلبية ذات قيمة كبيرة مقارنة بإمكانيات خط الأنابيب؛
• كفاءة كبيرة
• ارتفاع الناتج الحالي محددة.
• انخفاض الاستقطاب الأنودي، بحيث لا تتشكل أفلام الأكسيد.

ملحوظة! أعلى كفاءة هي للأنودات المصنوعة من الزنك وسبائك الألومنيوم، والأدنى للمغنيسيوم.

لزيادة كفاءة وفعالية الحماية، يتم غمر الواقيات في المنشط، مما يقلل من تآكل الحامي ومقدار مقاومة التيار المنتشر من الحامي، ويقلل من قابلية الاستقطاب الأنودي.

يتكون التركيب الوقائي للحامي من حامي، ومنشط، وموصل يربط الحامي وخط الأنابيب، ونقطة لمراقبة وقياس المعلمات الكهربائية.

كفاءة حماية المداسيعتمد تآكل خطوط الأنابيب على قيمة مقاومة التربة. يعمل بشكل جيد إذا كان هذا المؤشر لا يتجاوز 50 أوم*م، فإذا كانت القيمة أعلى تكون الحماية جزئية. لزيادة الكفاءة، يتم استخدام واقيات الشريط.

إن القيود المفروضة على استخدام الحماية المضحية هي الاتصال الكهربائي لخط الأنابيب والاتصالات الموسعة المجاورة.

محطات الحماية الكاثودية

أكثر تعقيدًا من حيث التنظيم، ولكن الأكثر فعالية هو الكهربائي. لتنظيمه، يتم إنشاء مصدر تيار مباشر خارجي - محطة الحماية الكاثودية. في المحطة الكهربائية، يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر.

عناصر الحماية الكاثودية:

• التأريض الأنودي
• خط اتصال العاصمة.
• التأريض الوقائي
• مصدر العاصمة؛
• محطة الكاثود.

الطريقة الكهربائية هي نظير لعملية التحليل الكهربائي.

تحت تأثير المجال الخارجي للمصدر الحالي، تتحرك إلكترونات التكافؤ بعيدًا عن تأريض الأنود باتجاه المصدر الحالي والأنبوب. يتم تدمير الأنود المؤرض تدريجيا. وبالقرب من خط الأنابيب من مصدر تيار مباشر، يؤدي الفائض الوارد من الإلكترونات الحرة إلى إزالة الاستقطاب (مثل الكاثود أثناء التحليل الكهربائي).

لمنع التدمير التآكل للعديد من الأنابيب، تم إنشاء عدة محطات وتركيب عدد مناسب من الأنودات.

يتم ضمان حماية الأنابيب من التأثيرات المسببة للتآكل باستخدام تقنيات مختلفة. واحدة من أكثر تقنيات فعالةيتم أخذ المعالجة الكهروكيميائية بعين الاعتبار، بما في ذلك الحماية الكاثودية. في معظم الحالات، يتم استخدام هذا الخيار معًا، إلى جانب معالجة الهياكل المعدنية بالمركبات العازلة.

الأنواع الرئيسية للحماية الكاثودية

تم تطوير الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب ضد التآكل في القرن التاسع عشر. هذه التكنولوجيا هي الأولى تم استخدامها في صناعة بناء السفن- تم تغليف هيكل السفينة العائمة بواقيات الأنود، مما قلل من عمليات التآكل لسبائك النحاس. وبعد ذلك بقليل، بدأ استخدام هذه التكنولوجيا بنشاط في مجالات أخرى. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام التقنية الكاثودية حالياًتعتبر التكنولوجيا الأكثر فعالية لمكافحة التآكل.

هناك نوعان من الحماية الكاثودية للسبائك المعدنية:

يعتبر الخيار الأول هو الأكثر شيوعا اليوم، لأنه أسرع وأبسط. بمساعدة هذه التكنولوجيا يمكنك التعامل معها أنواع مختلفةتآكل:

• بين البلورات.
• تكسير النحاس بسبب الإجهاد المفرط.
• التآكل الناجم عن تأثير التيارات الكهربائية الشاردة.
• تأليب التآكل ، الخ.

تجدر الإشارة إلى أن التقنية الأولى تسمح بمعالجة الهياكل المعدنية كبيرة الحجم، والحماية الكهربائية الكيميائية الغلفانية مخصصة فقط للمنتجات الصغيرة.

تحظى التكنولوجيا الكلفانية بشعبية كبيرة في الولايات المتحدة، ولكن في بلدنا لا يتم استخدامها تقريبًا، نظرًا لأن تقنية بناء خطوط الأنابيب في الاتحاد الروسي لا تتضمن معالجة عزل خاصة، وهو أمر ضروري للحماية الكلفانية.

بدون مثل هذا الطلاء، يزداد تآكل الفولاذ تحت تأثير المياه الجوفية، وهو أمر مهم للغاية في فصلي الخريف والربيع. في فترة الشتاءبعد تجميد الماء، تتباطأ عملية التآكل بشكل ملحوظ.

وصف التكنولوجيا

يتم تنفيذ الحماية من التآكل الكاثودي باستخدام تيار كهربائي مباشر مطبق على قطعة العمل، مما يجعل احتمالية قطعة العمل سلبية. غالبا ما تستخدم المعدلات لهذا الغرض.

يعتبر الجسم المتصل بمصدر التيار الكهربائي "السالب" أي الكاثود، والأرض المتصلة هي الأنود أي "الموجب". الشرط الرئيسي هو وجود بيئة جيدة التوصيل للكهرباء. بالنسبة للأنابيب تحت الأرض، هذه هي التربة.

عند تطبيق هذه التقنية، يجب الحفاظ على اختلاف في جهد التيار الكهربائي بين التربة (الوسط الموصل للكهرباء) والجسم الذي تتم معالجته. يمكن تحديد قيمة هذا المؤشر باستخدام الفولتميتر عالي المقاومة.

مميزات العمل الفعال

غالبًا ما يكون التآكل هو السبب وراء انخفاض الضغط في خط الأنابيب. بسبب الأضرار التي لحقت بالهيكل المعدني، تتشكل الشقوق والتجاويف والتمزقات على الهيكل. هذه المشكلة ذات صلة للغاية بخطوط الأنابيب تحت الأرض، لأنها على اتصال دائم بالمياه الجوفية.

في هذه الحالة، تسمح التقنية الكاثودية بتقليل عملية انحلال وأكسدة السبيكة المعدنية عن طريق تغيير احتمالية التآكل الأولية.

تشير نتائج الاختبار العملي إلى أن إمكانات الاستقطاب للسبائك المعدنية باستخدام التقنيات الكاثودية تبطئ التآكل.

من أجل تحقيق حماية فعالة، تحتاج إلى استخدام تيار كهربائي مباشر لتقليل جهد الكاثود للمادة التي تم استخدامها لإنشاء خط الأنابيب. وفي هذه الحالة لن يتجاوز معدل تآكل المعدن عشرة ميكرومترات في السنة.

بالإضافة إلى ذلك فإن الحماية الكاثودية هي الحل الأمثل لحماية خطوط الأنابيب تحت الأرض من تأثير التيارات الكهربائية الشاردة. التيارات الشاردة عبارة عن شحنة كهربائية تخترق التربة أثناء تشغيل مانعة الصواعق وحركة القطارات الكهربائية وما إلى ذلك.

لتوفير الحماية ضد التآكل، يمكن استخدام خطوط الكهرباء أو المولدات المحمولة التي تعمل بوقود الديزل أو الغاز.

معدات خاصة

لأغراض الحماية، يتم استخدام محطات خاصة. يتضمن هذا الجهاز عدة وحدات:

• مصدر التيار الكهربائي.
• الأنود (التأريض) ؛
• نقطة القياس والتحكم والإدارة؛
• ربط الأسلاك والحبال.

محطة حماية انوديكيسمح لك بتوفير الحماية للعديد من خطوط الأنابيب الموجودة بجانب بعضها البعض في وقت واحد. يمكن أن يكون ضبط التيار الكهربائي المزود تلقائيًا أو يدويًا.

يحظى تثبيت Minerva-3000 بشعبية خاصة في بلدنا. مؤشرات الطاقة الخاصة بـ SCP كافية لحماية ما يقرب من 40 كيلومترًا من خطوط الأنابيب تحت الأرض من التآكل.

تشمل مزايا التثبيت ما يلي:

يتم التحكم عن بعد في المعدات باستخدام وحدات GPRS المدمجة في التصميم.

م. إيفانوف، دكتوراه ن.

يسبب تآكل المعادن، وخاصة الحديد والصلب غير السبائكي ضررا كبيراالأجهزة وخطوط الأنابيب التي تعمل على اتصال بالماء والهواء. وهذا يؤدي إلى انخفاض في عمر الخدمة للمعدات ويخلق بالإضافة إلى ذلك ظروفًا لتلوث المياه بمنتجات التآكل.

يمكنك الاشتراك في المقالات على

كما هو معروف، التآكل هو عملية كهروكيميائية تحدث فيها أكسدة المعدن، أي إطلاق ذراته للإلكترونات. تتم هذه العملية في جزء مجهري من السطح يسمى المنطقة الأنودية. يؤدي إلى انتهاك سلامة المعدن الذي تدخل ذراته التفاعلات الكيميائيةتنشط بشكل خاص في وجود الأكسجين والرطوبة في الغلاف الجوي.

وبما أن المعادن موصلة جيدة للكهرباء، فإن الإلكترونات المنطلقة تتدفق بحرية إلى منطقة مجهرية أخرى، حيث تحدث تفاعلات الاختزال في وجود الماء والأكسجين. وتسمى هذه المنطقة الكاثود.

تسرب التآكل الكهروكيميائييمكن مواجهتها عن طريق تطبيق جهد من مصدر تيار مباشر خارجي لتحويل جهد القطب الكهربائي للمعدن إلى قيم لا تحدث عندها عملية التآكل.

وعلى هذا الأساس، تم بناء أنظمة الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب والخزانات والهياكل المعدنية الأخرى تحت الأرض. إذا تم تطبيق جهد كهربائي على المعدن المحمي، يتم إنشاء هذه القيم المحتملة على كامل سطح الهيكل المعدني حيث يمكن أن تحدث عمليات كاثود الاختزال فقط: على سبيل المثال، ستقبل الكاتيونات المعدنية الإلكترونات وتتحول إلى أيونات ذات مستوى أقل حالة الأكسدة أو الذرات المحايدة.

ومن الناحية الفنية تتم طريقة الحماية الكاثودية للمعادن على النحو التالي ( أرز. 1). يتم إمداد الهيكل المعدني بسلك لحمايته، على سبيل المثال خط أنابيب فولاذي، والذي يتم توصيله بالقطب السالب لمحطة الكاثود، ونتيجة لذلك يصبح خط الأنابيب هو الكاثود. على مسافة معينة من الهيكل المعدني، يوجد قطب كهربائي في الأرض، والذي يتم توصيله بواسطة سلك بالقطب الموجب ويصبح الأنود. يتم إنشاء فرق الجهد بين الكاثود والأنود بطريقة تقضي تمامًا على حدوث عمليات الأكسدة على الهيكل المحمي. في هذه الحالة، سوف تتدفق تيارات ضعيفة عبر التربة الرطبة بين الكاثود والأنود في سمك التربة. تتطلب الحماية الفعالة وضع العديد من أقطاب الأنود على طول خط الأنابيب بالكامل. إذا كان من الممكن تقليل فرق الجهد بين الهيكل المحمي والتربة إلى 0.85-1.2 فولت، فسيتم تقليل معدل تآكل خط الأنابيب إلى قيم منخفضة بشكل ملحوظ.

لذلك، يتضمن نظام الحماية الكاثودية مصدرًا للتيار الكهربائي المباشر ونقطة تحكم وتأريض الأنود. عادة، تتكون محطة الحماية الكاثودية من محول تيار متردد ومقوم الصمام الثنائي. كقاعدة عامة، يتم تشغيله من شبكة 220 فولت؛ كما توجد محطات تعمل بخطوط الجهد العالي (6-10 كيلو فولت).

ل عمل فعالمحطة الكاثود، يجب أن يكون فرق الجهد بين الكاثود والأنود الناتج عنها 0.75 فولت على الأقل. وفي بعض الحالات، يكون حوالي 0.3 فولت كافيًا للحماية الناجحة. وفي الوقت نفسه، المعايير الفنيةتستخدم محطات الحماية الكاثودية القيم الاسمية لتيار الخرج وجهد الخرج. وبالتالي، عادة ما يكون جهد الخرج المقدر للمحطات من 20 إلى 48 فولت مسافة طويلةبين الأنود والجسم المحمي، تصل القيمة المطلوبة لجهد خرج المحطة إلى 200 فولت.

يتم استخدام الأقطاب الكهربائية الخاملة المساعدة كأنودات. أقطاب التأريض الأنود، على سبيل المثال، نموذج AZM-3X المصنعة من قبل JSC Katod (قرية Razvilka، منطقة موسكو)، عبارة عن مصبوبات مصنوعة من سبيكة مقاومة للتآكل، ومجهزة بسلك خاص ذو قلب نحاسي في عزل مقوى، بالإضافة إلى وصلة محكمة الغلق للتوصيل بالكابل الرئيسي لمحطة الحماية الكاثودية. من الأكثر عقلانية استخدام أقطاب التأريض في بيئات ذات نشاط تآكل مرتفع ومعتدل مع مقاومة للتربة تصل إلى 100 أوم.م. من أجل التوزيع الأمثل لقوة المجال وكثافة التيار في جميع أنحاء جسم المعدات، يتم وضع شاشات خاصة على شكل ردم من الفحم أو فحم الكوك حول الأنودات.

لتقييم كفاءة محطة الحماية الكاثودية، يلزم وجود نظام يتكون من قطب قياس وقطب مرجعي وهو الجزء الرئيسي من نقطة التحكم والقياس. واستنادا إلى قراءات هذه الأقطاب الكهربائية، يتم تنظيم فرق جهد الحماية الكاثودية.

تصنع أقطاب القياس من الفولاذ عالي السبائك والحديد الزهر السيليكوني والنحاس أو البرونز البلاتيني والنحاس. الأقطاب الكهربائية المرجعية هي كلوريد الفضة أو كبريتات النحاس. وفقًا لتصميمها، يمكن أن تكون الأقطاب الكهربائية المرجعية غاطسة أو بعيدة. يجب أن يكون تكوين المحلول المستخدم فيها قريبًا من تكوين الوسط، من تأثيرات مؤذيةالتي تحتاج إلى حماية المعدات.

يمكن ملاحظة الأقطاب الكهربائية المرجعية ثنائية المعدن طويل المفعولنوع EDB، تم تطويره بواسطة VNIIGAZ (موسكو). وهي مصممة لقياس فرق الجهد بين جسم معدني تحت الأرض (بما في ذلك خط الأنابيب) والأرض للتحكم تلقائيًا في محطة الحماية الكاثودية في ظل ظروف الحمل الثقيل وعلى أعماق كبيرة، أي حيث لا تستطيع الأقطاب الكهربائية الأخرى ضمان الصيانة المستمرة لعنصر معين. محتمل.

يتم توفير معدات الحماية الكاثودية بشكل رئيسي من قبل الشركات المصنعة المحلية. وبالتالي فإن الشركة المساهمة العامة “Kathod” المذكورة تقدم محطة “Minerva-3000” ( أرز. 2) مصممة لحماية شبكات إمدادات المياه الرئيسية. طاقة الخرج المقدرة هي 3.0 كيلو واط، جهد الخرج 96 فولت، تيار الحماية 30 أمبير. دقة الحفاظ على إمكانات الحماية وقيمة التيار هي 1 و 2٪، على التوالي. قيمة التموج لا تزيد عن 1٪.

تقوم شركة تصنيع روسية أخرى، Energomera OJSC (Stavropol)، بتوريد وحدات من العلامات التجارية MKZ-M12 وPNKZ-PPCh-M10 وPN-OPE-M11، والتي توفر حماية كاثودية فعالة للهياكل المعدنية تحت الأرض في المناطق المعرضة لخطر التآكل العالي. تحتوي وحدة MKZ-M12 على تيار مقنن يبلغ 15 أو 20 أمبير؛ جهد الخرج المقدر هو 24 فولت. بالنسبة للنماذج MKZ-M12-15-24-U2، جهد الخرج هو 30 فولت. تصل دقة الحفاظ على إمكانات الحماية إلى ±0.5%، والتيار المحدد هو ±1%. المورد الفني هو 100 ألف ساعة، وعمر الخدمة لا يقل عن 20 سنة.

تقدم شركة "Electronic Technologies" (Tver) محطات الحماية الكاثودية "Tvertsa" ( أرز. 3) ، مجهز بمعالج دقيق مدمج ونظام تحكم عن بعد ميكانيكي. تم تجهيز نقاط التحكم والقياس بأقطاب مقارنة طويلة المفعول غير مستقطبة مع أجهزة استشعار محتملة كهروكيميائية، والتي توفر قياس إمكانات الاستقطاب على خط الأنابيب. تشتمل هذه المحطات أيضًا على مصدر قابل للتعديل لتيار الكاثود وكتلة من أجهزة الاستشعار للمعلمات الكهربائية للدائرة، والتي يتم توصيلها من خلال وحدة تحكم بجهاز وصول عن بعد. يتم تصنيع محول هذه المحطة على أساس النوى الفريتية من نوع Epcos. يتم أيضًا استخدام نظام التحكم في محول الجهد استنادًا إلى الدائرة الدقيقة UCC 2808A.

تنتج شركة Kurs-OP (موسكو) محطات الحماية الكاثودية Elkon، التي يتراوح جهد الخرج فيها من 30 إلى 96 فولت، وتيار الخرج في النطاق من 20 إلى 60 أمبير. تموج جهد الخرج - لا يزيد عن 2 % . تم تصميم هذه المحطات لحماية خطوط الأنابيب أحادية الجديلة من تآكل التربة، ومع استخدام وحدة الحماية المشتركة، يتم إنشاء خطوط الأنابيب متعددة الجدائل في المناطق التي لا توجد بها تيارات شاردة في الظروف المناخية المعتدلة (من -45 إلى +40 درجة مئوية). تشتمل المحطات على محول طاقة أحادي الطور، ومحول مع تنظيم تدريجي لجهد الخرج، ومعدات الجهد العالي، وقاطع فصل يدوي ثنائي القطب، ومثبطات التيار المفاجئ.

يمكن أيضًا ملاحظة تركيبات الحماية الكاثودية لسلسلة NGK-IPKZ المصنعة بواسطة NPF Neftegazkompleks EKhZ LLC (ساراتوف)، الحد الأقصى لتيار الخرج هو 20 أو 100 أمبير، والجهد المقنن للخرج هو 48 فولت.

أحد موردي محطات الحماية الكاثودية من بلدان رابطة الدول المستقلة هي شركة Hoffmann Electric Technologies (خاركوف، أوكرانيا)، التي تقدم معدات الحماية الكهروكيميائيةمن تآكل التربة لخطوط الأنابيب الرئيسية.