Протекторная защита магистрального газопровода от коррозии (стр. 3 из 6)
Цинк относится ко второй группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева, это металл, который характеризуется повышенной химической и электрохимической активностью. Его растворение в водных растворах зависит от их солевого состава, содержания в них кислорода и от температуры. В чистой воде скорость растворения изменяется в зависимости от температуры.
Растворенный кислород оказывает существенное влияние на растворение цинка в воде. Установлено, что при наличии в воде кислорода в количествах, недостаточных до полного насыщения, растворение цинка протекает неравномерно, с образованием язв. Углекислый газ действует как слабый реагент; аналогичное влияние оказывает сернистый ангидрид. Из этого следует, что состав воды оказывает значительное влияние на скорость растворения цинка.
Прокатный цинк высокой чистоты растворяется в жесткой аэрируемой воде значительно сильнее, чем в аэрируемой дистиллированной воде. Продукты растворения цинка, образующиеся в электролите в присутствии углекислого газа, состоят из основного карбоната цинка, причем механизм образования основного карбоната включает две стадии. Первоначально получается окись или гидроокись цинка, которая затем взаимодействует с углекислым газом. Продукты коррозии цинковых протекторов, работающих в сульфатных растворах, состоят из основных сульфатов.
Применение гипса (сульфата кальция) в качестве активатора цинковых протекторов приводит к образованию растворимых продуктов, которые облегчают протекание тока. Без гипса образуются твердые пленки, обладающие высоким электрическим сопротивлением.
Кроме основных карбонатов, продукты растворения технического цинка содержат еще некоторые примеси таких металлов, как свинец и кадмий.
Местные гальванические элементы, возникающие в присутствии этих примесей, оказывают, очевидно, незначительное влияние на скорость растворения цинка в воде, так как в этой среде влияние состава металла невелико.
Протекторы из цинка различной чистоты ведут себя по-разному и имеют разные КПД. Протекторы из чистого цинка имеют достаточно высокий КПД; они работают продолжительное время при силе тока, близкой к первоначальной. Очевидно, примеси в определенных условиях оказывают влияние на процесс растворения и на физические свойства продуктов растворения.
Растворение цинка находится в большой зависимости от изменения электрического сопротивления и рН почвы.
КПД цинковых протекторов около 90%. Многие примеси в цинке имеют более положительный потенциал, поэтому они являются катодами по отношению к нему. Накопление на поверхности цинкового протектора примесей приводит к смещению электродного потенциала в область более положительных значений. Кроме того, некоторые примеси, особенно железо, уменьшают силу тока. Находящиеся в электролите анионы, особенно фосфаты и карбонаты, вызывают поляризацию цинка.
Карбонаты, видимо, являются причиной уменьшения активности цинковых протекторов. Можно полагать, что наличие гипса препятствует эффекту, вызываемому карбонатами.
Установлено, что продукты коррозии цинковых протекторов в большинстве случаев состоят из карбоната цинка. Это относится к протекторам, работающим в активаторе из глины и из смеси глины с гипсом.
В гипсовом активаторе продукты коррозии цинка имеют более пористую структуру, чем в активаторе, не содержащем гипс.
Добавки алюминия и марганца несколько улучшают свойства цинковых протекторов. Протекторы из сплава цинка и 5% алюминия имеют более отрицательный потенциал и больший выход по току, чем протекторы из цинка.
На поверхности протекторов, изготовленных из этого сплава, образуются более рыхлые продукты коррозии, которые оказывают небольшое сопротивление стеканию тока с протекторов.
Однако некоторые исследователи полагают, что добавки алюминия уменьшают КПД цинковых протекторов в результате увеличения самокоррозии.
Из менее чистых сортов для протекторов может быть использован цинк марки Ц-0.
Повышение эффективности действия протекторной установки достигается погружением его в специальную смесь солей, называемую активатором (он же – заполнитель). Непосредственная установка протектора в грунт менее эффективна, чем в активатор.
Назначение активатора следующее:
- снижение собственной коррозии;
- уменьшение анодной поляризуемости;
- снижение сопротивления растеканию тока с протектора;
- устранение причин, способствующих образованию плотных слоев продуктов коррозии на поверхности протектора.
При использовании активатора обеспечивается стабильный во времени ток в цепи «труба-протектор» и более высокое значение КПД (срока службы протектора).
Активатор готовится путем смешения сухих солей и глины с водой до вязкой консистенции по рецептам.
На один протектор необходимо готовить 65-70 кг активатора.
Таблица 2
Заполнители и электродные потенциалы протекторов
из различных материалов
| Материал протектора | Состав заполнителя | Электродный потенциал,В | |
| Ингредиенты | % | ||
| Магний | MgSO4 CaSO4 Глина | 25 25 50 | -1,7 |
| Алюминий | Ca(OH)2 NaCl Глина | 25 25 50 | -1,47 |
| цинк | Na2SO4 CaSO4 Глина | 25 25 50 | -1,2 |
Магниевый протектор МГА (ВНИИСТа) представляет собой монолитный цилиндр, в центре которого по продольной оси заплавлен сталной сердечник в виде стержня. Через этот стержень осуществляется электрический контакт протектора с проводником, подключаемым к защищаемому трубопроводу.
Для лучшей изоляции внешней части вывода стального сердечника в протекторе имеется воронка. Изоляция вывода необходима для исключения возможности образования гальванопары сердечник – сплав протектора.
Протекторы могут быть с выводами сердечника в обоих торцах. Такая конструкция позволяет осуществлять их монтаж в случае применения нескольких протекторов в виде гирлянд с вертикальной или горизонтальной установкой.
В зависимости от размеров протекторы разделяют на несколько марок, приведенных в таблице 3.
Таблица 3
Магниевые протекторы МГА
| Стальной сердечник | ||||||
| Марка | Диаметр,мм | Высота,мм | ||||
| протектора | Вес, кг | форма | диаметр | выводыс торца | ||
| МГА-1 | 110 | 600 | 10,36 | Спиральная | 3 | одного |
| МГА-2 | 110 | 600 | 10,36 | То же | 3 | Обоих |
| МГА-3 | 85 | 500 | 5,20 | » | 3-4 | Одного |
| МГА-4 | 85 | 500 | 5,20 | » | 3-4 | Обоих |
| МГА-5 | 110 | 600 | 10,36 | Стержня | 4—5 | Одного |
| МГА-6 | 110 | 600 | 10,36 | То же | 4-5 | Обоих |
| МГА-7 | 85 | 500 | 5,20 | » | 3-4 | Одного |
| МГА-8 | 85 | 500 | 5,20 | » | 3-4 | Обоих |
Магниевые протекторы (электроды) типа ПМ (таблица 4) представляют собой удлиненный блок D-образного сечения. В верхнем торце протектора имеется воронка с выводом стального сердечника, служащего для подключения соединительного проводника к протектору. Место соединения проводника с протектором изолируется битумной мастикой путем заливки ее в воронку протектора. Потенциал «протектор-грунт» для этих сплавов (при разомкнутой цепи «протектор – труба») практически равен -1,6 В по медно-сульфатному электроду сравнения.
Таблица 4
Техническая характеристика электродов ПМ
и комплектных протекторов ПМ-У
| Показатели | Тип электрода | Тип комплектных протекторов | ||||
| ПМ-5 | МП-10 | ПМ-20 | ПМ5У | ПМ10У | ПМ20У | |
| Размеры, мм высота в плане диаметр | 500 75х100 - | 600 100х130 - | 610 155х175 - | 580 - 165 | 700 - 200 | 710 - 270 |
| Масса,кг | 5 | 20 | 20 | 16 | 30 | 60 |
Прутковые (ленточные) магниевые протекторы применяют при защите магистральных трубопроводов от коррозии в грунтах с удельным электрическим сопротивлением грунта (ρгр) до 300 Ом∙м. Их изготавливают из Mg-95, содержащего 99,95% этого металла.
При изготовлении магниевые прутки наматывают на кабельные барабаны. Строительная длина прутка – 1км.
В середине прутка запрессован стержень из стальной оцинкованной проволоки, используемой для армирования и обеспечения контакта (таблица 5).
Рис. 2. Конструкция пруткового магниевого протектора
Таблица 5
Типы и размеры магниевых прутковых протекторов
| Тип протектора | Вид сечения | Площадь, м2 | Размеры, мм | Масса 1м протектора, кг | ||
| а | б | в | ||||
| ПМП 20х10 |  | 200 | 20 | 10 | - | 0.35 |
| ПМП 30х15 | 450 | 30 | 15 | - | 0.78 | |
| ПМП 20 |  | 310 | - | - | 20 | 0.70 |
| ПМП 30 | 700 | - | - | 30 | 1.30 | |
| ПМП 40 | 1250 | - | - | 40 | 2.70 | |