Новый критерий выбора режимов катодной защиты подземных стальных трубопроводов

Коррозионная стойкость трубопровода, а следовательно, и срок его безаварийной эксплуатации при прочих равных условиях определяется степенью подавления коррозии в дефектах изоляции, допустимой остаточной скоростью коррозии трубопровода при его катодной защите. В то время как допустимая скорость коррозии трубопроводов достигается в наиболее удаленном от анодного заземления сквозном дефекте изоляции трубопровода, когда в точке дренажа плотность тока катодной защиты существенно (в десятки раз) превосходит плотность предельного тока кислорода. Это приводит к наводороживанию стенки трубопровода и непроизводительному расходованию электрической энергии. При выборе оптимальной плотности тока катодной защиты, естественно, возникает задача подбора таких условий катодной защиты трубопровода, при которых во всех дефектах зоны защиты СКЗ остаточная скорость не превышала бы максимально допустимого значения и режим катодной защиты исключал бы процесс наводороживания стенки трубопровода. Важно принять такой критерий, который, отвечая основным требованиям практики, позволял бы судить о наиболее выгодных режимах катодной защиты. Такой критерий должен дать возможность техникоэкономической оценке выбранного режима на основании данных об остаточной скорости трубопровода в сквозных дефектах изоляции при условии практического отсутствия процесса наводороживания стенки трубопровода при его катодной защите. В связи с этим наиболее объективным безразмерным критерием катодной защиты подземных трубопроводов от коррозии (К|), количественно характеризующим степень подавления коррозии в различных дефектах изоляции произвольной формы, находящихся в различных условиях доставки кислорода, как было показано выше, может служить отношение у'к з / j [60]. В качестве критерия оптимального режима катодной защиты может быть выбрано также отношение плотности тока катодной защиты, полезно израсходованного на подавление коррозии в дефекте изоляции до допустимых значений, равной плотности предельного тока по кислороду к плотности тока катодной защиты, расходуемой на наводороживание стенки трубопровода, определяемой как разность между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду:

Jпр ^ JКЛ 7пр *

Выбор оптимального режима катодной защиты трубопроводов в итоге должен обеспечить минимальные эксплуатационные затраты на эксплуатацию линейной части трубопроводов и подземных коммуникаций нефтеперекачивающих и компрессорных станций. Важнейшим фактором, определяющим экономичность электрохимической защиты подземных трубопроводов, является плотность тока катодной защиты. Расчет режимов катодной защиты в зависимости от максимально возможной в данных условиях плотности тока коррозии, определяемой плотностью предельного тока по кислороду, измеряемой на уровне укладки подземного стального трубопровода, представлен в табл. 3.4. Для подавления коррозионного процесса подземных стальных трубопроводов до значений, не превышающих 0,01 мм/год, необходимо, чтобы отношение плотности тока катодной защиты к плотности предельного тока по кислороду составляло 2,3. Действительно, 0,01 = -^У-, отсюда

Jk. 3

eJnp

j j 7

-^ = 2,3. При плотности предельного тока по кислороду 0,1 А/м необ-

J пр

ходимая плотность тока катодной защиты, подавляющая скорость коррозии трубопровода от 0,1 мм/год до 0,01 мм/год, должна быть 0,23 А/м'.

При плотности тока катодной защиты, равной 0,23 А/м2, практически исключено электролитическое наводороживание стенки подземного стального трубопровода. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что во всех исследованных грунтах площадка предельного тока по кислороду реализуется при смешении потенциала коррозии в катодную область на 200...250 мВ. Экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных и полевых условиях (в условиях прокладки МН Александровское-Анжеро-Судженск в глинистом, км 760, и торфяном грунтах, км 671), показали, что величина катодной поляризации в зависимости от значения безразмерного критерия

достаточно надежно описывается уравнением концентрационной поляризации в следующем виде:

Таблица 3.4

Рекомендуемые режимы катодной защиты подземных стальных трубопроводов, подавляющие течение коррозионных процессов до 0,01 мм/год в зависимости от максимально возможной в данных условиях скорости коррозии

Максимально возможная плотность тока коррозии (плотность предельного тока по кислороду), А/м2

Величина безразмерного критерия К = / / /

Необходимая плотность тока катодной защиты, А/м2

Величина

защитного

эффекта,

%

Коэффициент полезного использования тока катодной защиты, %

0,03

3,4

0,102

66,6

29,4

0.05

4,0

0,2

80,0

25,0

0,08

4,4

0,352

87,5

22,7

0,1

4,6

0,46

90,0

21,7

0.15

5,0

0,75

93,3

20,0

0,2

5,3

1,06

95,0

18,9

0,3

5,7

1,71

96,7

17,5

0,5

6,2

3,1

98,0

16,1

1.0

7,0

7,0

99,0

14,3

При этом следует подчеркнуть, что в грунтах, в отличие от электролитов со свободной конвекцией, между величиной катодной поляризации до 0,35 В и отношением существует не логарифмическая, а

линейная зависимость (3.3), что подтверждается также и результатами лабораторных экспериментальных исследований (рис. 3.4).

Экспериментальная зависимость величины катодной поляризации от соотношения между плотностью тока катодной защиты и плотностью

Рис. 3.4. Экспериментальная зависимость величины катодной поляризации от соотношения между плотностью тока катодной защиты и плотностью

предельного тока кислорода

Рассчитанные по уравнению (3.3), при коэффициенте пропорциональности, равном 0,059В, значения катодной поляризации при рекомендуемых отношениях плотности тока катодной защиты к плотности предельного тока по кислороду (табл. 3.5) свидетельствуют о том, что величина катодной поляризации не превышает 200...300 мВ, когда плотность тока катодной защиты превышает плотность предельного тока но кислороду в 3,4...5 раз. Нетрудно видеть (см. табл. 3.5), что рассчитанные и экспериментальные величины катодной поляризации достаточно близки друг другу, что подтверждает природу катодной поляризации, вызванной диффузионными ограничениями доставки электрохимически активного компонента грунтовой среды (преимущественно кислорода) к поверхности потснциостатирусмых катодов (сквозных дефектов изоляции), находящихся на трубопроводе в различных условиях доставки кислорода. Когда безразмерный критерий у'к з / j достигает

значений 8... 10, линейная зависимость (3.3) не соблюдается, так как на КЗП начинает интенсивно протекать следующая электродная реакция - РВВ, не связанная с подавлением коррозионного процесса.

Значение коэффициента пропорциональности в уравнении (3.3), определенное на основе экспсриментальых результатов, составило 0,0593 В. Полученный результат свидетельствует о том, что относительная погрешность между теоретическим значением и экспериментальным не превышает 1,0 %.

Таблица 3.5

Значения величины катодной поляризации при различных соотношениях между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного

тока по кислороду

Значение критерия

J пр

3,4

4,4

5,0

5,7

6,2

Рассчитанные значения Д<р, В

0,2006

0,2596

0,295

0,3363

0,3658

Экспериментальные значения Д<р, В

0,24

0,26

0,28

0,32

0,37

Когда плотность тока катодной защиты превышает плотность предельного тока по кислороду в 3...5 раз, величина катодной поляризации составляет 0,25...0,35 В. В этом случае, как было показано выше, концентрация водорода на защищаемой поверхности равна нулю и катодная защита подавляет течение коррозионного процесса до значений остаточной скорости коррозии, не превышающей 0,003...0,008 мм/год. С другой стороны, при этих значениях катодной поляризации, как и при соответствующих им соотношениях между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду, на КЗП не происходит заметного выделения водорода. Полученная совокупность экспериментальных результатов позволяет рекомендовать для практической реализации режимы катодной защиты подземных стальных трубопроводов, подавляющие течение коррозионных процессов до 0,01 мм/год в зависимости от максимально возможной в данных условиях скорости коррозии при практическом отсутствии электролитического наводороживания (табл. 3.4). Сопоставляя необходимую плотность тока катодной защиты для подавления скорости коррозии трубной стали до значений, не превышающих 0,01 мм/год, с максимально возможной плотностью коррозионного тока (плотностью предельного тока по кислороду), нетрудно видеть, что чем больше плотность коррозионного тока в отсутствие катодной защиты, тем большая плотность тока катодной защиты требуется дя се подавления.

Данные табл. 3.4 свидетельствуют о надежном подавлении коррозионного процесса, когда плотность тока катодной защиты превышает плотность предельного тока по кислороду в 3...5 раз, что сопровождается снижением коэффициента полезного использования тока катодной защиты до 30... 15 %. Дальнейшее увеличение плотности тока катодной защиты практически бесполезно. В связи с этим на основе полученных экспериментальных результатов к применению на практике могут быть рекомендованы режимы катодной защиты подземных стальных трубопроводов, представленные в табл. 3.4. Рекомендуемые режимы катодной защиты, с одной стороны, подавляют течение коррозионных процессов до 0,003...0,008 мм/год вне зависимости от начальной скорости коррозии, с другой - практически исключают электролитическое наво- дороживание трубной стали.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >