У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

корозія походить від латинського слова

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2016-06-20

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 18.2.2025

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КП.ПС-27.00.000 ПЗ

Вступ

Термін "корозія" походить від латинського слова "corrodere", що означає "поїдати". Найбільш відомою формою корозії є ржавіння заліза і сталі. Аналогічні процеси протікають і з іншими металами, а також з неметалічними матеріалами, наприклад пластмасами, бетоном і керамікою. Згідно з визначенням термін "корозія" означає процес. Цей процес полягає у фізико-хімічній реакції між матеріалом і навколишнім середовищем і призводить до змін у властивостях матеріалу. Результатом є "корозійний ефект", звичайно шкідливий, але іноді й корисний. Прикладами шкідливих корозійних ефектів є псування матеріалу, забруднення навколишнього середовища продуктами корозії й порушення функцій системи (наприклад, теплової електростанції), фізико-хімічними складовими частинами якої є й матеріал, і навколишнє середовище. Корозійне руйнування залишків, типу залишених у сільській місцевості порожніх консервних банок, кинутих машин являє собою приклади корозійних ефектів, які можна вважати корисними.

Корозія металів призводить до більших порушень у житті суспільства.
Надійність конструкцій перебуває під загрозою. Це стосується, наприклад, до підземних водопроводів, які можуть виходити з ладу через корозію. Іншим прикладом може бути електронне обладнання, на важливі контрольні функції якого може вплинути корозія; морські нафтові платформи, що працюють у надзвичайно важких коррозійнно-небезпечних умовах; ядерні електростанції, де корозійні ушкодження можуть призвести до дорогих аварій, у деяких випадках абсолютно неприпустимимих з погляду безпеки. Перерви виробництва, викликані корозією, здобувають усе більш серйозне значення для суспільства, оскільки використовуються усе більш складні конструкції.
Зрештою, корозія приводить до втрат енергії, головним чином тієї, яка затрачається в процесі виробництва металів з руд. Однак можуть втрачатись й метали. Як правило, метали не вдається заново одержати із прийнятним енергетичним виходом з корозійних продуктів, які розносяться водою й вітром.
Може постраждати навколишнє середовище. Наскрізна корозія підземних нафтових цистерн може бути прикладом загрози ґрунтовим водам.
Було зроблено багато спроб оцінити витрати суспільства, пов'язані з корозією. Це є витрати на захист від корозії, вартість заміни ушкоджених корозією частин, збитки від різних неполадок у результаті корозії: зупинок виробництва або аварій, що приводять до нещасних випадків або руйнувань. Оцінки приводять до висновку, що загальні річні витрати у зв'язку з корозією в розвинених країнах становлять близько 4 % валового національного продукту. Частина цих витрат неминуча, було б економічно нереально повністю виключити корозійне руйнування. Проте, безперечно можна значно скоротити втрати за рахунок кращого використання тих знань, якими ми сьогодні маємо; відповідно одній з оцінок, близько 15 % корозійних витрат віідносяться до цієї категорії.

Враховуючи соціальне значення корозії, важливо, щоб кожний інженер за час навчання був обізнаний у питаннях корозії, і щоб усі доступні відомості можна було б легко відшукати й застосувати на практиці. Однак технічний прогрес постійно породжує нові корозійні проблеми, розробляються нові матеріали, добре відомі матеріали використовуються в нових конструкціях, створюються нові корозійні середовища. Із цієї причини поточний рівень знань недостатній і потрібні подальші дослідження й досягнення в області корозії як доповнення до технічного прогресу в цілому.

Основною причиною корозії металу трубопроводів і резервуарів є термодинамічна нестійкість металів. Саме тому переважна більшість металів у земній корі перебуває у зв'язаному стані у вигляді окислів, солей і інших з'єднань. Згідно із другим законом термодинаміки, будь-яка система прагне перейти зі стану з більшою енергією в стан з меншою енергією.

Підводячи підсумки вищесказаному, можна зробити невтішний висновок, що корозія трубопроводів — процес неминучий. Однак знання людей про механізм корозії, може загальмувати його таким чином, щоб забезпечити збереження працездатності трубопроводів протягом досить тривалого часу.

Існують безліч захисних покриттів для трубопроводів, резервуарів і обладнання. Усі вони повинні задовольняти наступні основні вимоги:

Мати високі діелектричні властивості;

Бути суцільними;

Мати добру адгезію до металу трубопроводу;

Бути водонепроникними;

Мати високу механічну міцність і еластичність;

Бути термостійкими;

Конструкція покриття повинна бути порівняно простою, а технологія їх нанесення — допускати можливість механізації.

Матеріали, що входять до складу покриття, повинні бути недефіцитними, а саме покриття — недорогим і довговічним.

1 Вибір траси газопроводу та технологічної схеми

В даному пункті курсової роботи розглядається магістральний газопровід Ковель-Росш . Загальна довжина даної дільниці становить 450 км. Дана ділянка газопроводу  “Союз” проходить через чотирии області України: Волинська, Львівська, Івано-Франківська, Закарпатська.

По території Волинській області довжина даної дільниці становить 110 кілометрів; по Львівській області- 195 області; по Івано-Франківській області-100 кілометрів; по Закарпатській області-45 кілометрів.

Даний участок газопроводу проходить по гірській місцевості 120 кілометрів (26,7%), а по рівнинній місцевості довжина складає 330 кілометрів (73,3%).

Початок даної ділянки починається на  від м. Ковель із компресорної станції поблизу м. Ковель.

     На 30 км газопровід перетинає залізничну дорогу Ковель-Чернівці ,  та регіональну автомобільну дорогу Ковель-Львів у Волинські області.

На 75 км траси ,  газопровід перетинає магістральний автомобільний шлях Київ-Варшава на півдні Волинської області.

     На 130 км траси ,  газопровід перетинає магістральний автомобільний шлях Сокіль-Тернопіль на півночі Львівської області.

     На 210 км газопровід перетинається з нафтопроводом  Одеса-Броди ,  а неподалік 235 км перетинає залізничну магістральну дорогу Тернопіль-Хмельницький де і одночасно перетинає магістральний автомобільний шлях на західній частині Хмельницької області.

      Біля 250 км газопровід перетинає залізничну дорогу та магістральний автомобільний шлях Львів-Чернівці у центрі Івно-Франківської області.

      На 270 км траси газопровід перетинає магістральну залізничну дорогу Львів - Івано-Франківськ ,  яка розташована у східній частині Львівської області.

      За 290 км траси газопровід перетинає магістральну залізничну дорогу Чоп-Львів ,  нафтопровід « Дружба » і магістральний автомобільний шлях Ужгород-Львів.

     Закінчується дана ділянка магістрального газопроводу на Заході ,  у м. Росош ,  тобто компресорною станцією м. Ужгород ,  звідки газ який транспортується цим магістральним трубопроводом потрапляє у країни Європейського союзу.

     Таким чином ,  на даній ділянці магістрального газопроводу встановлено 4 компресорних станцій.

2  Характеристика грунтів по трасі як корозійного середовища

Ґрунти  являють  собою  капілярно-пористі,  часто  колоїдні системи, пори яких заповнені повітрям і вологою, причому  вода  з  частками  ґрунту  може  бути  зв'язана фізико-механічно або  у  вигляді  поверхневих плівок,  фізико-хімічно і хімічно. Ґрунтова корозія залежить від багатьох факторів, до  яких  належать:  хіміко-мінералогічний склад, показник рН, вологість, вміст газів, структура, електропровідність та бактеріальний склад.

Лінійна частина магістрального трубопроводу знаходиться в різних грунтових, геологічних, кліматичних умовах, перетинає природні та штучні перешкоди, що в свою чергу вимагає застосування різного протикорозійного захисту на окремих ділянках.

Від Ковеля  до м. Камянка-Бузька Львівської області газопровід прокладений в чорноземах. Для цього типу грунту питомий електричний опір складає 30 Ом*мм2/м, середньорічна  температура грунту+10ºС.

Від м. Камянка-Бузька до с. Отинія Івано-Франківської області трубопровід прокладений переважно в сірих лісових грунтах.У лісостеповій зоні середньорічна температура грунтів +8ºС. Питомий електричний опір лесу та лесовидних суглинків 40 Ом*мм2/м.

Частина газопроводу в районі Отинія- Богородчани проходить переважно через гірську місцевість зі скелястими гірсько-лісовими грунтами, середньорічна температура яких становить +6ºС;  питомий опір грунту приймаємо 50 Ом*мм2/м.

Таким чином, для подальших розрахунків будемо користуватися наступними значеннями питомого електричного опору ґрунту на окремих ділянках газопроводу:

- ПК 0 – ПК 77: чорнозем, ρ =30 Ом*мм2/м, Tc=10 °C;

- ПК 77 – ПК 310: лісовидний ґрунт, ρ =40 Ом*мм2/м;Tc=8 °C;

- ПК 310 – ПК 450: скелястий ґрунт, ρ =50 Ом*мм2/м; Tc=6 °C.

3 Розрахунок фізичних  властивостей газу

Молекулярну масу суміші газу визначаємо за формулою:

                                                  (3.1)

Густина газу визначається за  формулою:

                                                               (3.2)

де  - молекулярна маса суміші газу;

        - обємне число Авогадро, =22,4 л/ моль.

Визначаємо відносну густину газу за повітрям:

                                         Δ=                                              (3.3)

де    - густина газу;

       - густина повітря.

Критична температура визначається  за формулою:

                                                                                               (3.4)

де    - критична температура і-того елемента;

Критичний тиск визначається  за формулою:

                                                *                                                (3.5)

де    - критичний тиск і-того елемента.

Перехід від обємних до масових частин розраховується за формулою:

                                                       *                                                  (3.6)

Теплоємність суміші газу визначаємо за формулою:

                                                                                              (3.7)

Нижча теплота згорання визначається  за формулою:

                                                                                                    (3.8)

де    - нижча теплота згорання і-го елемента.

Результати розрахунку фізичних властивостей газу на ЕОМ (на мові програмування GW Basic) приведені у додатку А.

4 Технологічний розрахунок трубопроводу

4.1. Вибір діаметра газопроводу

За заданою витратою, а вона становить Q=6 та тиском Р=7,5 Мпа із таблиці 4.1 вибираємо діаметр газопроводу 820 мм і біля нього 720 мм і 1020 мм відповідно.

Таблиця 4.1 – Залежність діаметру газопроводу від тиску та продуктивності

Діаметр труб, мм

Продуктивність,

       При Р=5,5 , Мпа

  

    При Р=7,5 , Мпа 

   325

377

426

530

630

720

820

1020

1220

1420

                 0,47

0,62

0,91

1,65

                  2,61

3,65

5,85

9,10

14,60

20,00

0,66

0,90

1,36

2,50

3,95

5,50

7,50

12,50

19,50

29,00

Коефіцієнт стисливості визначаємо за формулою

                                                                                (4.1)

де   – середній тиск, Па;

     Δ  -  відносна густина, Δ=0,655;

      - середня температура, К

атм

                                                                                        (4.2)                        

де   - температура грунту, приймаю рівною , .

                                     К

Визначаємо відстань між компресорними станціями

                                                                              (4.3)

де  Q- витрата, .

                             

                              км

                              км

                              км

шт

Приймаємо кількість компресорних станцій  

Приймаємо середню відстань між компресорними станціями   км

Визначаємо продуктивність трубопроводу і порівнюємо її із заданою

                                                                   (4.4)

Q  

Задана продуктивність становить 6 , а розрахункова рівна 6,11 . Отже, потрібно вибирати трубопровід діаметром 720 мм.

4.2 Розрахунок товщини стінки трубопроводу

Розрахункова товщина стінки трубопроводу рівна

                                   ,                                                          (4.5)

де np - коефіцієнт надійності по навантаженню від внутрішнього тиску;

      - робочий (розрахунковий) тиск продукту в трубопроводі;

     DЗ - зовнішній діаметр трубопроводу;

     R1 - розрахунковий опір металу з якого виготовлений трубопровід

                                       ,                                                              (4.6)

де m - коефіцієнт умов роботи трубопроводу;

   - нормативний опір розтягу (стиску) металу труби рівний тимчасовому опору розриву σтим, який приймається по державних стандартах і технічних умовах на труби;

- коефіцієнт надійності по матеріалу труби; k1=1,45

- коефіцієнт надійності по призначенню трубопроводу; kн=1,15

Вихідні дані: Dзов=720 мм, Р=7,5 МПа.

 Коефіцієнт надійності по навантаженню від внутрішнього тиску np=1,1.

З сортаменту труб вибираємо труби з R1н=500 МПа. Отже, розрахуємо товщину стінки для труб різної категорії.

Категорія В

Коефіцієнт умов роботи трубопроводу для даної категорії m=0,6

= ;

;

Товщину стінки трубопроводу, визначену за формулою (4.5) заокруглюють в більшу сторону до ближчої в сортаменті труб і позначають .

.

Перевірямо умову повздовжніх осьових напружень, щоб σпов було більше 0. Тобто σпов>0.

, отже проводимо перерахунок товщини стінки:

                                          ,                                                (4.7)

де - коефіцієнт, який враховує двоосьовий напружений стан металу труб та при стискуючих повздовжніх осьових напруженнях рівний

                                                             (4.8)

 

Приймаємо =24,4 мм.

Категорія І і ІІ

Коефіцієнт умов роботи трубопроводу для даної категорії m=0,75.

;

;

Тоді .

Перевіряємо умову повздовжніх осьових напружень:

 

, отже проводимо перерахунок товщини стінки:

 

Приймаємо =16,5 мм.

Категорія ІІІ

Коефіцієнт умов роботи трубопроводу для даної категорії m=0,8

;

;

Тоді .

Перевіряємо умову повздовжніх осьових напружень:

   , отже проводимо перерахунок товщини стінки:

 

Приймаємо =14,2 мм.

Отже, робимо висновки:

В – =22,4 мм,               ПК 0 – ПК 77: ρ =30 Ом*мм2/м,

І і ІІ – =16,5 мм,           ПК 77 – ПК 605: ρ =40 Ом*мм2/м,

ІІІ – =14,2 мм,              ПК 605 – ПК 640: ρ =50 Ом*мм2/м;

5 Пасивний захист трубопроводу

Вид і конструкція ізоляційного покриття передбачаються робочим проектом та визначаються залежно від діаметра трубопроводу, температури транспортованого продукту й умов проходження траси згідно з вимогами діючих державних стандартів і будівельних норм, відомчих нормативних документів, а також технічних умов замовника, які підвищують вимоги нормативів.

Поверхня трубопроводу перед ізолюванням повинна бути висушена і очищена від бруду, іржі, нещільно зчепленої з металом окалини, пилу, землі та знежирена. При температурі повітря нижче плюс 10°С поверхню трубопроводу необхідно підігріти до температури не нижче плюс 15°С (але не вище плюс 50°С). Після очищення поверхня металу повинна залишатися шорсткою і забезпечувати достатнє зчеплення захисного покриття з трубою.

Поверхня трубопроводу під час нанесення ґрунтовки повинна бути сухою. Наявність вологи у вигляді плівки, крапель, або інею не допускається. Застосовують бітумно-бензинові, бітумно-полімерні та бітумно-резинові ґрунтовки.

На сухий та знежирений трубопровід спочатку наноситься праймер. Необхідний обєм праймера визначається за формулою:

           (5.1)

Після нанесення праймера на трубопровід наносять перший шар ізоляції. Необхідний обєм знаходимо за формулою:

      (5.2)

                   

Перший шар ізоляції обмотують скловолокном. Стрічка має ширину 0.6 м, тому розраховуємо необхідну довжину стрічки:

                   

                  

Наносимо другий шар ізоляції, обєм якої становить:

                 

                  

Даний шар ізоляції покривається ще одним шаром скловолокна. Його довжина становить:

                  

                  

Розрахункова схема заізольованого трубопроводу зображена на

рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 – Розрахункова схема заізольованого трубопроводу

6 Вибір СКЗ та розрахунок кількості

Захист трубопроводів від підземної корозії незалежно від корозійної агресивності ґрунтів і району прокладки повинен передбачатися комплексно: захисними покриттями та установками електрохімічного захисту.

Також істотним чинником надійності майбутнього газопроводу є етап проектування протикорозійної системи, зокрема, системи електрохімічного захисту (ЕХЗ), коли приймаються технічні рішення, виконуються розрахунки, визначаються обладнання і матеріали.

Під час експлуатації виявляються всі недоліки проектних рішень, дефекти будівельних робіт і з'являються нові, викликані умовами експлуатації.

Однією з основних умов забезпечення захисту від корозії є підтримання в належному робочому стані всіх елементів системи протикорозійного захисту і робота електрохімзахисту в режимах, що забезпечують захисні потенціали по всій протяжності газопроводу і з високим показником її роботи в часі.

Важливим елементом у збереженні надійності і безпечної експлуатації магістральних трубопроводів є моніторинг корозійного стану, який виник внаслідок підземної корозії.

Моніторинг корозійного стану підземних сталевих трубопроводів - це система спостережень і діагностування корозійного стану трубопроводів із метою своєчасного виявлення змін, їх оцінки, відвернення й ліквідації наслідків негативних процесів корозії.

Контроль корозійного стану має містити систематизований і оптимізований комплекс методів корозійного і електрометричного обстеження ділянок газопроводів.

6.1  Електрохімічний захист

Захист від корозії підземних магістральних трубопроводів є однією з сучасних науково-технічних проблем, розв'язання яких залежить від фундамен-

тальних наукових розробок та нових технічних рішень.

Небезпека корозійного руйнування газопроводів визначається рядом чинників, серед яких одним із найвагоміших є корозійна активність ґрунтів, яка залежить від багатьох факторів: структури, пористості, вологості, повітро-проникливості, значення рН, хімічного складу, електропровідності тощо. Корозія може підсилюватися внаслідок розвитку мікробіологічних організмів, виникнення гальванічних пар із-за чергування ґрунтів різного складу, температурних чинників, техногенної діяльності людини й т. ін.

Захист від корозійного розчинення досягається використанням захисних покриттів, а також застосуванням електрохімзахисту - катодної поляризації поверхні труби в мікропорах і в місцях незначних пошкоджень покриття.

Відомо, що ізоляційні захисні покриття збільшують перехідний опір між сталевим трубопроводом та ґрунтом. Тому значення захисного покриття підземних споруд набуває основного змісту.

Практика експлуатації трубопроводів свідчить, що ідеального захисного покриття не існує. Навіть при ретельному виконанні захисне покриття в процесі експлуатації старіє: втрачає діелектричні властивості, водостійкість тощо. Вже у процесі експлуатації виникають пошкодження ізоляційного покриття: при пересуванні газопроводу під впливом температурних коливань, коріннями дерев, чинниками, що викликані діяльністю людини, тощо. Крім того, в покритті залишаються дефекти ізоляції, які виникли під час будівництва. Тому наявність ізоляційного покриття не гарантує необхідного захисту газопроводу від корозії. Достатньо ефективним захистом газопроводів є комплексний, коли, крім ізоляційного покриття, обов'язково застосовується електрохімічний захист катодною поляризацією.

В основі ефекту зниження корозії при катодній поляризації знаходяться електрохімічні процеси. Це означає, що їх швидкість, крім температури та складу середовища, залежить від електродного потенціалу. Таким чином потенціал є єдиним критерієм захисної дії при електрохімічному захисті.

Відповідна захисному потенціалу густина струму буде залежати від

багатьох факторів, у тому числі від стану захисного покриття; складу, вологості та електропровідності ґрунту; наявності кисню і т. ін. Тому густина струму не може бути прийнята за критерій захисної дії при електрохімічному захисті.

У загальному випадку електрохімічний захист базується на закономірному зниженні швидкості розчинення металу при зміщенні його потенціалу у від'ємні значення відносно до потенціалу корозії. Захист виконується накладенням зовнішнього струму, який поляризує ділянки локальних елементів до значень потенціалу анодних ділянок. Поверхня металу стає еквіпотенційною (катодний та анодний потенціали стають однаковими), і в результаті корозійний струм зникає та відсутні умови для переходу іонів металу в розчин.

Метод катодної поляризації передбачає зміщення електродного потенціалу металу до від'ємних значень захисного потенціалу, при яких швидкість розчинення металу стає практично припустимою.

Наукові дослідження свідчать, що при збільшенні захисного потенціалу за конкретних умов у напрямку негативніших значень, ніж мінімальне, не буде зменшуватися швидкість корозії. Але для забезпечення захисної зони значної довжини при захисті магістральних трубопроводів, у точці підключення катодної станції необхідно встановити досить високий від'ємний розмір потенціалу. При якісному захисному покритті це значення (без омічної складової) дорівнює 1,15 вольт і є граничним.

Усі газопроводи незалежно від умов експлуатації підлягають електрохімічному захисту. Електрохімічний захист має забезпечити протягом усього терміну експлуатації безперервну в часі катодну поляризацію газопроводів на всій протяжності (усієї поверхні) таким чином, щоб значення потенціалів (за абсолютними значеннями) було не меншим мінімального потенціалу і не перевищувало максимального захисного потенціалу.

Значення максимального й мінімального захисних потенціалів згідно діючого міждержавного ГОСТ 2581.

Експлуатація газопроводів, на яких захисний потенціал перевищує значення максимально допустимого, може призвести до руйнування ізоляцій-

ного покриття в результаті виділення водню, до наводнення металу і його прискореного руйнування.

6.2 Катодний захист газопроводів

При катодному захисті до газопроводу приєднується від'ємний полюс джерела постійного струму. Додатний полюс джерела струму приєднують до анодного заземлення.

При вмиканні джерела струму утворюється електричне коло: плюсова клема джерела струму - анодне заземлення - ґрунтовий електроліт - газопровід - мінусова клема джерела.

1-трубопровід; 2,4-дренажні кабелі; 3-зовнішнє джерело струму; 5-анодне заземлення

Рисунок 6.1 ― Схема катодного захисту трубопроводу

Катодна установка - це споруда, що застосовується для катодної поляризації газопроводу зовнішнім струмом і яка складається із випростувача, анодного заземлення, з'єднувальних електроліній та захисного заземлення. До складу установки може входити електрод порівняння тривалої дії з датчиком поляризації, а також пункт вимірювання.

Як джерело електроживлення випростувача використовують лінії електропередачі (ЛЕП) напругою 220 В, 6 або 10 кВ. Приживленні від ЛЕП 6 (10) кВ випростувач підключають до лінії живлення через трансформатор. Для захисту від короткого замикання й перевантажень установлюють запобіжники.

Режим роботи катодної установки контролюється за допомогою вмонтованих у випростувач амперметра й вольтметра.

Напруга може регулюватися плавно чи ступінчато. Перетворювачі можуть бути автоматичними й давати можливість слідкувати за змінами потенціалу на підземній споруді, постійно підтримувати встановлене значення потенціалу або струму.

Важливим елементом катодної установки є анодне заземлення, призначене для електричного контакту позитивної клеми перетворювача з ґрунтом при накладанні на газопровід зовнішнього струму.

За глибиною встановлення розрізняють такі анодні заземлення: глибинні та підповерхневі.

Спорудження анодного заземлення пов'язане зі значними витратами, тому при виборі типу анодного заземлення треба врахувати техніко-економічні показники, беручи до уваги питомий електроопір ґрунту, глибину промерзання, розташування суміжних підземних металевих споруд, місцеві умови.

Для ефективної роботи катодної установки місце для анодного заземлення вибирають із найменшим електроопором ґрунтів і розташовують електроди анодного заземлення нижче глибини промерзання ґрунтів, з'єднуючи їх між собою паралельно і встановлюючи горизонтально, вертикально чи змішано.

У місцях, де на поверхні ґрунти мають великий питомий електроопір, або є складності з місцем розташування анодів у зв'язку з великою насиченістю комунікацій, які треба захищати, застосовують глибинні анодні заземлення.

Глибинні анодні заземлення забезпечують найраціональніше використання потужності катодних установок, зменшують, або й повністю виключають шкідливий вплив катодних установок на суміжні комунікації, знижують екрануючий ефект споруд.

1 - електрод; 2 - коксова засипка; 3 - кабель від анодного заземлення; 4 - природний ґрунт; 5 - пункт приєднання анодного заземлення до з'єднувальної лінії; 6 - місце з'єднання кабеля

Рисунок 6.2 ― Підповерхневе анодне заземлення з горизонтальним розташуванням електродів

Вибір типу й конструкції анодного заземлення, визначення кількості електродів, глибини їх розташування виконують при проектуванні чи реконструкції катодного захисту залежно від геоелектричного розрізу (потужність пластів, їх питомий електроопір), параметрів газопроводу, місцевих умов, терміну експлуатації і техніко-економічних показників.

Опір розтіканню анодного заземлення залежить насамперед від опору оточуючого анод середовища, від розмірів і форми анода. Для зменшення опору розтікання анодні електроди засипають струмопровідними матеріалами (для цього найчастіше застосовують гранульований кокс, вугілля, графіт або їх суміші). Така засипка зменшує витрати матеріалу електродів і полегшує виділення утворюваних на анодах газів.

1 - електрод; 2 - коксова засипка; 3 - трубка ПВХ газовідводу; 4 - обсадна труба; 5 - кабель від анодного заземлення; 6 - місце з'єднання кабеля від анодного заземлення до з'єднувальної лінії; 7 - пристрій для кріплення кабеля від анодних електродів; 8 - прикриття забою свердловини; 9 - огорожа

Рисунок 6.3 ― Глибинне анодне заземлення

Анодні заземлення розрізняють за матеріалом робочих електродів: металеві (титано-марганцеві, залізокремнієві, чавунні, сталеві) і неметалеві (електро-провідна гума, графітовані, графітопластові).

Брухт застосовують для анодів обмежено, бо розчинення заліза дуже велике, і для тривалої роботи катодної установки потрібна значна кількість брухту. Для цього використовують старі сталеві труби, балки, рейки, які зварюють між собою. Застосування брухту може призвести до значних експлуатаційних витрат у зв'язку з нерівномірністю розчинення і, як результат, обривом електричного кола та збільшенням опору розтікання.

Електроди з графіту відрізняються високою стійкістю до розчинення, яка в 10 - 15 разів вища, ніж у залізних. Однак вадою графітових електродів є мала механічна міцність, а також можливість витримувати струм лише невеликої густини.

Вуглеграфітові електроди складаються з вуглеграфітової труби, з'єднувача-струмовводу, призначеного для з'єднання труб між собою і підводу до них струму, та кільця, яке надівається на з'єднувач і міцно приєднує кабель до струмовводу. Місце приєднання заповнюють антикорозійною сумішшю.

Найширше застосовуються електроди із залізокремнієвих сплавів (феросиліди) з вмістом 14 - 16% Si. Ці сплави характеризуються високою твердістю і крихкістю. Тому феросилідові електроди виготовляють методом відливок. Циліндричні електроди-відливки потребують обережного транспортування й монтажу.

Останнім часом почали застосовувати електроди, виготовлені з легованого титану. Електроди з титану можна зробити будь-якої конфігурації. Аноди з нього можуть працювати при великій густині струму; при цьому розчинення металу дуже незначне.

Для забезпечення надійної роботи анодних заземлень особливу увагу треба приділяти якості контакту електричного кабеля з електродом. У місці контакту з електродом кабель особливо руйнується, тому місце контакту повинно бути заізольовано так, щоб до нього не було доступу вологи протягом експлуатації обладнання.

Для з'єднання електродів анодного заземлення між собою та з перетво-рювачем застосовують кабелі з подвійною пластмасовою (полімерною) ізоляцією з мідними, або алюмінієвими жилами. Застосування проводів типу АПВ, ПВ забороняється.

Пошкодження кабельної оболонки неприпустимо, бо жили кабеля за дуже короткий термін зазнають анодного розчинення, внаслідок чого з'єднання з перетворювачем буде порушено.

7.3 Протекторний захист

Протекторним (гальванічним) захистом називають електрохімічний захист, при якому захисний струм виробляється гальванічним елементом, утвореним

сталевим газопроводом і приєднаним до нього допоміжним електродом зі сплаву, що має від'ємніший власний потенціал.

При протекторному захисті компенсаційні струми утворюються за рахунок активнішого електрохімічного розчинення протектора порівняно зі швидкістю розчинення газопроводу, що захищається.

При приєднанні протектора до сталевого газопроводу утворюється гальванічний елемент "труба - протектор", в якому на поверхні газопроводу протікає реакція відновлення, а на протекторі - реакція окислення. В результаті газопровід захищається, а протектор руйнується.

Протекторні установки застосовують для захисту від ґрунтової корозії підземних ємностей, ділянок газопроводу, які віддалені від джерел електроживлення, кожухів на переходах через автодороги та залізниці, невеликих за протяжністю відводів, де з економічних міркувань недоцільно застосовувати катодні установки, тощо.

Для захисту підземних сталевих газопроводів принципово можуть застосовуватися всі метали, що мають від'ємніший потенціал, ніж сталь. Практично застосовують магній, алюміній, цинк та їх сплави.

Згідно вимог до металів і сплавів, що застосовуються для виготовлення протек торів, вони повинні мати достатньо високий від'ємний потенціал, рівномірне розчинення, відсутність анодної поляризації, велику струмовіддачу. Для протекторів важлива величина електрохімічного еквівалента - струму, отриманого при повному розчиненні 1 кг металу за одиницю часу. Для магнію ця величина становить 2204, цинку - 820, алюмінію - 2982 А-рік/кг.

Струмовіддача протектора істотно залежить від питомого електроопору ґрунтів. Тому протекторний захист на газопроводах застосовують, як правило, в ґрунтах з рг до 50 Омм. Для цього використовують магнієві протектори типу ПМ. Конструктивно протектори ПМ - відливка магнієвого сплаву, в центрі якого розміщується оцинкований залізний контактний стержень діаметром 4-5 мм. До стержня приєднаний кабель.

Для зменшення електроопору й забезпечення надійного заземлення

магнієвий протектор розміщують у заповнювачі-активаторі, який одночасно сприяє зменшенню анодної поляризації та власної корозії протектора. При застосуванні активатора забезпечується стабільний у часі струм у колі протектор - газопровід, а також підвищується коефіцієнт корисної дії.

Основними компонентами заповнювачів до магнієвих сплавів є вапняк, глина, сірчанокислий магній та сірчанокислий натрій.

На період складського зберігання і транспортування протектор запаковують у паперовий мішок.

На практиці захисту підземних газопроводів застосовуються одиночні й групові протекторні установки. Кількість протекторів у групі, відстань між протекторами і газопроводом мають передбачатися проектом електро-хімзахисту. Приєднання протекторів до трубопроводу повинне виконуватися через пункт вимірювання.

1-трубопровід;  2-контрольно-вимірювальна конка; 3-контрольний вивід; 4-ізольовані провідники; 5-протектор; 6-заповнювач-активатор.

Рисунок 6.4 - Схема протекторної установки

У ґрунтах із високим електроопором (до 300 Омм) можуть застосовуватися пруткові протекгори. Ці протектори вкладають в одну траншею з трубою, або в окрему траншею на відстані не більше 5 діаметрів труби.

1 - газопровід; 2 - протектор в упаковці; 3 - кабель протектора; 4 - з'єднувальний кабель протектора; 5 - пункт вимірювання й приєднання до газопроводу; 6 - з'єднувальний кабель до газопроводу; 7 - контакт із газопроводом; 8 - точка злучення протектора зі з'єднувальним кабелем; 9 - засипка природним ґрунтом

Рисунок 6.5 - Групова протекторна установка

6.4. Захист від корозії блукаючими струмами

Блукаючі струми можна поділити на дві групи: статичні й динамічні.

Статичні блукаючі струми характеризуються постійною в часі амплітудою і постійним шляхом розповсюдження в оточуючому середовищі. Прикладом можуть бути блукаючі струми електролізних цехів.

Найширше розповсюджені динамічні блукаючі струми, які безперервно змінюють свою амплітуду і шлях проходження (наприклад, від електри-фікованої постійним струмом залізниці). Для виявлення корозійної небезпеки необхідно вимірювати потенціал конструкції у часі.

При вимірюванні потенціалів на газопроводі можна виявити катодні й анодні ділянки дії блукаючих струмів. Окремі ділянки можуть характе-ризуватися постійною в часі полярністю (катодна, анодна), або змінною    (знакозмінна).

У катодній зоні газопровід знаходиться під частковим, або повним катодним захистом. В анодній зоні виникає посилена корозія. У знакозмінній зоні захист газопроводу чергується з його руйнуванням.

Рисунок 6.6 - Блукаючі струми, що виникають від електрифікованої постійним струмом залізниці.

Для боротьби з блукаючими струмами застосовують засоби й методи, що ґрунтуються на:

  1.  обмеженні впливу струму в землю (баласт залізниці, застосування ретельно ізольованих відсмоктуючих ліній, зменшення падіння напруги на стиках рейок тощо);

Рисунок 6.7 - Графік потенціалів "труба - земля" в зоні блукаючих струмів

  1.  зменшенні сили струму, що натікає на газопровід (вибір траси газопроводу, якісне ізоляційне покриття газопроводу, секціонування ізолюючими моноблоками);
  2.  відведенні блукаючих струмів із газопроводу на джерела їх виникнення (електричний дренаж);
  3.  відведенні блукаючих струмів на заземлення - струмовідводи;

- застосуванні катодних і протекторних установок.

Принцип електродренажного захисту полягає у відведенні блукаючих струмів із газопроводу на рейки, або на збірну шину відсмоктуючих кабелів тягової підстанції залізниці. До газопроводу за допомогою дренажного кабеля приєднують дренажний перетворювач, який також приєднують до джерела струму. При достатній різниці потенціалу між газопроводом і рейками в колі "газопровід - рейки" потече струм, відведений на джерело. Дренажний захист на анодних ділянках діє безперервно, на знакозмінних - періодично.

1 - газопровід; 2 - регулюючий резистор; 3 - напівпровідникові діоди; 4 - резистор баластний; 5 - шунт; 6 - вимикач; 7 - амперметр; 8 - запобіжник дренажу; 9 - рейка; Іду - струм в установці

Рисунок 6.8 - Схема поляризованої дренажної установки

Захист трубопроводів здійснюється за допомогою поляризованих, або посилених установок дренажного захисту. Поляризований дренаж забезпечує проходження блукаючих струмів із трубопроводу на рейки і не пропускає в зворотному напрямку. Для захисту газопроводів як на анодних, так і на знакозмінних ділянках застосовують посилений поляризований дренаж, принцип роботи якого аналогічний принципу роботи катодних установок.

Підключення дренажного кабеля в рейкове коло залізниці не повинно порушувати роботу її сигналізації. Для цього дренажний кабель на однорей-ковій залізниці приєднують безпосередньо до тягової рейки, на двонитковій - до середньої точки дросель-трансформатора. При цьому поляризовані та посилені дренажі можна приєднувати до середніх точок дроселя не частіше, ніж через 3 рейкових кола (через два дросельних стики на третій).

Для дренажних ліній застосовують електричні кабелі АСБ, СБ, ААШв із великим перерізом ― 1×240, 1× 300, 1×500, 1×625, 1×800 мм2.

Вибір перерізу дренажного кабеля визначається розрахунками і залежить від струму і довжини дренажної лінії.

Для захисту від блукаючих струмів застосовують також струмовідводи. Струмовідводами називають заземлення, з якими підземний трубопровід з'єднують за допомогою ізольованого провідника. В результаті такого з'єднання струм піде по провіднику на заземлення, і в цьому місці сплив струму безпосередньо з газопроводу в землю значно зменшиться або й зовсім припиниться.

Ефективність дії струмовідводу залежить від величини опору струмовідводу та з'єднувального провідника, а також від різниці потенціалів між спорудою та ґрунтом, в якому розташований струмовідвід.

Струмовідводи застосовують для захисту комунікацій як у зоні дії блукаючих струмів, так і для захисту від струмів короткого замикання на землю в зоні дії високовольтних ліній електропередач.

Якщо струмовідвід приєднується до газопроводу в знакозмінній зоні блука-ючих струмів, то в його електричне коло потрібно включати діод, який не буде пропускати струм із землі на трубопровід, що захищається.

Можливість застосування струмовідводів і ефективність їх роботи необхідно з'ясовувати експериментально за допомогою відповідних вимірювань і пробного включення струмовідводів, або ж орієнтовним розрахунком.

При проектуванні катодного захисту трубопроводу найважливішим етапом є його розрахунок електричних параметрів та вибору типу станції катодного захисту в залежності від них. Тому при цьому розрахунку визначимо також ще і геометричні параметри. Розрахунок проведемо для трьох ділянок газопроводу в залежності від опору ґрунту.

Для даного розрахунку вихідними даними є: діаметр трубопроводу, товщина стінки відповідної категорії труби, довжина вибраної ділянки трубопроводу, питомий опір ґрунту, природній потенціал труба земля, опір дренажних проводів, опір розтікання анодного заземлення.

6.5. Вибір та розрахунок кількості СКЗ

Вихідні дані: L=77 км, ; =24,4 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (7.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (7.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (7.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (7.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=6,8 і Q=0,8.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (7.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (7.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (7.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (7.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (7.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (7.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                          (7.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=15 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                     (7.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                     (7.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                         (7.14)

=45,1(0,375+0,68+0,0093)=48,0 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії  В – 1,2 км, категорії І і ІІ - 9,5 км, категорії ІІІ - 66,3 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=77 км потрібно 4 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=77 км, ; =16,5 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (8.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (8.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (8.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (8.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=6,8 і Q=0,8.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (8.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (8.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (8.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (8.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (8.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (8.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                          (8.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=15 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                     (8.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                     (8.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                         (8.14)

=37,5(0,376+0,68+0,01132)=40,03 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 1,2 км, категорії І і ІІ – 9,5 км, категорії ІІІ - 66,3 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=77 км потрібно 4 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=77 км, ; =14,2 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (9.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (9.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (9.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (9.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=6,8 і Q=0,8.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (9.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (9.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (9.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (9.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (9.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (9.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                          (9.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=15 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                     (9.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                     (9.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                         (9.14)

=34,75(0,375+0,68+0,0123)=37,1 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії  В – 1,2 км, категорії І і ІІ – 9,5 км, категорії ІІІ - 66,3 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=77 км потрібно 5 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=528 км, ; =22,4 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (10.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (10.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (10.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (10.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=8,1 і Q=0,76.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (10.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (10.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (10.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (10.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (10.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (10.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (10.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=20 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в два ряди 

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (10.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (10.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (10.14)

=37(0,375+0,98+0,0109)=50,54 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 8,2 км, категорії І і ІІ - 65 км, категорії ІІІ -100,8 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=528 км потрібно 24 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=270км, ; =16,5 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (11.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (11.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (11.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (11.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=8,1 і Q=0,76.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (11.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (11.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (11.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (11.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (11.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (11.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (11.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=20 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (11.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (11.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (11.14)

=32,05(0,375+0,98+0,013)=43,8 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 8,2 км, категорії І і ІІ - 65 км, категорії ІІІ - 454,8 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=528 км потрібно 27 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=528 км, ; =14,2 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (12.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (12.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (12.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (12.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=8,1 і Q=0,76.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (12.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (12.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (12.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (12.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (12.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (12.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (12.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=20 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (12.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (12.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (12.14)

=44,7(0,375+0,98+0,0139)=61,2 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 8,2 км, категорії І і ІІ - 65 км, категорії ІІІ -454,8 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=528 км потрібно 29 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=35 км, ; =22,4 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (13.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (13.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (13.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (13.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=9,2 і Q=0,72.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (13.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (13.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (13.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (13.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (13.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (13.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (13.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=25 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (13.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (13.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (13.14)

=33,5(0,375+0,88+0,012)=42,5 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 0,55 км, категорії І і ІІ - 4,3 км, категорії ІІІ -30,15 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=35 км потрібно 2 шт СКЗ типу СКЗ-МАКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=35 км, ; =16,5 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (14.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (14.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (14.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (14.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=9,2 і Q=0,72.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (14.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (14.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (14.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (14.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (14.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (14.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (14.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=25 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (14.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (14.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (14.14)

=28,95(0,375+0,88+0,0139)=36,7 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії  В – 0,55 км, категорії І і ІІ - 4,3 км, категорії ІІІ -30,15 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=35 км потрібно 2 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

Вихідні дані: L=35 км, ; =14,2 мм;

Повздовжній опір трубопроводу, що має стандартні розміри, визначається по формулі:

                                                                                              (15.1)

де - питомий електричний опір металу, ;

D- діаметр трубопроводу, мм;

δ- товщина стінки трубопроводу, мм;

                        Ом/м

Визначаємо перехідний опір

                                                                                                      (15.2)

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту, , тоді

Сталу поширення струму вздовж трубопроводу, визначаємо по формулі:

                                                                                                       (15.3)

Вхідний опір трубопроводу визначаємо по формулі:

                                                                                                  (15.4)

По номограмі визначаємо значення Q і P при

Отже P=9,2 і Q=0,72.

Визначаємо відстань між анодним заземленням і трубопроводом по формулі:

 Визначаємо плече захисту СКЗ по формулі:

 = 

Визначаємо силу струму в точці дренажу по формулі:

                                                                                                   (15.5)

де довжина з’єднання проводів;

                                               ,                                                   (15.6)

довжина спусків проводів з опор до катодної станції, анодного заземлення і трубопроводу, 

Переріз дренажних проводів:

                                                                                                    (15.7)

де  питомий опір матеріалу проводів (для алюмінію );

 опір схеми СКЗ,

Опір дренажних проводів визначаємо по формулі:

                                                                                                    (15.8)

Напруга на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                (15.9)

де  опір дренажних проводів, які з’єднують станцію з трубопроводом і анодним заземленням, Ом;

опір розтіканню анодного заземлення, Ом;

Загальна кількість електродів визначається по формулі:

                                                                                                        (15.10)

де  перехідний опір горизонтального електорода;

де  загальний перехідний опір електродів;

                                                                                                         (15.11)

Тоді:

де  коефіцієнт використання електрода, який працює сумісно з сусіднім,

де  опір розтіканню анодного заземлення, для  і n=25 графітопластикових вертикальних електродів, розташованих в один ряд

Потужність на виході катодної станції визначаємо по формулі:

                                                                                                    (15.12)

Ці електричні параметри ми розрахували в початковий момент часу. Але щоб остаточно вибрати тип СКЗ необхідно розрахувати основні електричні параметри, які будуть через 10 років. Тому проводимо розрахунок для часу

10 років.

Перехідний опір трубопроводу через 10 років буде рівним:

=

Силу струму в точці дренажу через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                                                    (15.13)

Напругу на виході катодної станції через 10 років обчислимо за формулою:

                                                                        (15.14)

=37,5(0,375+0,88+0,015)=47,6 В

Потужність на виході з СКЗ через 10 років знайдемо за формулою:

                                                                       

На даній ділянці труб категорії В – 0,55 км, категорії І і ІІ - 4,3 км, категорії ІІІ -30,15 км.

Кількість СКЗ буде рівною:

Отже, для ділянки довжиною L=35 км потрібно 2 шт СКЗ типу СКЗ-М АКХ (модернізована).

7 Протекторний захист трубопроводу

Протекторним (гальванічним) захистом називають електрохімічний захист, при якому захисний струм виробляється гальванічним елементом, утвореним

сталевим газопроводом і приєднаним до нього допоміжним електродом зі сплаву, що має від'ємніший власний потенціал.

При протекторному захисті компенсаційні струми утворюються за рахунок активнішого електрохімічного розчинення протектора порівняно зі швидкістю розчинення газопроводу, що захищається.

При приєднанні протектора до сталевого газопроводу утворюється гальванічний елемент "труба - протектор", в якому на поверхні газопроводу протікає реакція відновлення, а на протекторі - реакція окислення. В результаті газопровід захищається, а протектор руйнується.

Протекторні установки застосовують для захисту від ґрунтової корозії підземних ємностей, ділянок газопроводу, які віддалені від джерел електроживлення, кожухів на переходах через автодороги та залізниці, невеликих за протяжністю відводів, де з економічних міркувань недоцільно застосовувати катодні установки, тощо.

Для захисту підземних сталевих газопроводів принципово можуть застосовуватися всі метали, що мають від'ємніший потенціал, ніж сталь. Практично застосовують магній, алюміній, цинк та їх сплави.

Згідно вимог до металів і сплавів, що застосовуються для виготовлення протекторів, вони повинні мати достатньо високий від'ємний потенціал, рівномірне розчинення, відсутність анодної поляризації, велику струмовіддачу. Дляпротекторів важлива величина електрохімічного еквівалента - струму, отриманого при повному розчиненні 1 кг металу за одиницю часу. Для магнію ця величина становить 2204, цинку - 820, алюмінію - 2982 А-рік/кг.

Струмовіддача протектора істотно залежить від питомого електроопору ґрунтів. Тому протекторний захист на газопроводах застосовують, як правило, в ґрунтах з рг до 50 Омм. Для цього використовують магнієві протектори типу ПМ. Конструктивно протектори ПМ - відливка магнієвого сплаву, в центрі якого розміщується оцинкований залізний контактний стержень діаметром 4-5 мм. До стержня приєднаний кабель.

Для зменшення електроопору й забезпечення надійного заземлення

магнієвий протектор розміщують у заповнювачі-активаторі, який одночасно сприяє зменшенню анодної поляризації та власної корозії протектора. При застосуванні активатора забезпечується стабільний у часі струм у колі протектор - газопровід, а також підвищується коефіцієнт корисної дії.

Основними компонентами заповнювачів до магнієвих сплавів є вапняк, глина, сірчанокислий магній та сірчанокислий натрій.

На період складського зберігання і транспортування протектор запаковують у паперовий мішок.

На практиці захисту підземних газопроводів застосовуються одиночні й групові протекторні установки. Кількість протекторів у групі, відстань між протекторами і газопроводом мають передбачатися проектом електро-хімзахисту. Приєднання протекторів до трубопроводу повинне виконуватися через пункт вимірювання.

1-трубопровід;  2-контрольно-вимірювальна конка; 3-контрольний вивід; 4-ізольовані провідники; 5-протектор; 6-заповнювач-активатор.

Рисунок 7.1 -Схема протекторної установки

У ґрунтах із високим електроопором (до 300 Омм) можуть застосовуватися пруткові протекгори. Ці протектори вкладають в одну траншею з трубою, або в окрему траншею на відстані не більше 5 діаметрів труби.

1 - газопровід; 2 - протектор в упаковці; 3 - кабель протектора; 4 - з'єднувальний кабель протектора; 5 - пункт вимірювання й приєднання до газопроводу; 6 - з'єднувальний кабель до газопроводу; 7 - контакт із газопроводом; 8 - точка злучення протектора зі з'єднувальним кабелем; 9 - засипка природним ґрунтом

Рисунок 7.2 -Групова протекторна установка

Вхідні дані:

Опір проводів ланцюга знаходимо за формулою[3]:

де -питомий опір проводів;

-довжина з’єднувального проводу,

- переріз проводу,.

Опір розтіканню одного протектора визначимо за формулою:

де А і Б-коефіцієнти, що залежать від розмірів протекторів.

Опір ланцюга «протектор-труба»:

Мінімальна накладена різниця потенціалів «труба-земля»:

де -мінімальна захисна різниця потенціалів «труба-земля»,приймається рівною ;

-природна різниця потенціалів «труба-земля»,приймаємо рівною

Максимальна сила струму в ланцюгу дорівнює:

де -стаціонарний потенціал протектора,

-коефіцієнт нерівномірності розміщення різниці потенціалів «труба-земля»вздовж труби,

-коефіцієнт,який враховує поляризацію протектора,

-робоча поверхня протектора (анода), .

Довжина дільниці трубопроводу, яку захищає один протектор:

де -початкове значення перехідного опору трубопроводу;

де  – перехідний опір ізоляції трубопроводу залежно від питомого опору грунту;

-плановий період захисту;

-коефіцієнт, що характеризує швидкість зміни перехідного опору в часі, прийняти ;

Необхідна кількість протекторів:

де -довжина дільниці трубопроводу,який підлягає захисту.

Приймаємо

Середня сила струму за час T=10 років становитиме:

Анодна густиа струму складає:

За значення анодної густини струму приймаємо ККД протекторів рівним

Термін служби протектора визначається за формулою:

де  -маса протектора, приймаємо

q-теоретична струмовіддача матеріалу протектора, приймаємо                    

-коефіцієнт використання матеріалу протектора, приймаймо

Розрахована кількість протекторів N=4 забезпечить захист із великим запасом за терміном служби.

Висновок

В даному курсовому проекті було проведено розрахунки для проектування газопроводу Союз, а саме ділянки Кременчук –Богородчани загальною довжиною 640 км.

      Було обраховано фізичні властивості природного газу родовища Тязівське за заданим складом газу. Дані розрахунки проведено мною із використання програм на ЕОМ.

Також було розраховано діаметр та товщину стінки газопроводу. Визначив число КС, оптимальну відстань між ними, описали технологічну схему траси газопроводу та місце розташування всіх кранових вузлів та КС, та розглянуто основні питання щодо захисту трубопроводу від корозії.

 Привели детальний опис технології та складу ізоляційно-укладальних колон та визначили оптимальні умови їхньої роботи. Також детально описали види пасивного захисту трубопроводу від корозії. Привели всі види даного захисту і в чому в загальному полягає його суть. Навели усі складові компоненти бітумної та бітумно-стрічкової ізоляції та описали технологію нанесення.

Висновок можна зробити такий, що захист трубопроводу будь-якого призначення є дуже важливим фактором у будівництві та експлуатації усієї газотранспортної системи любої держави. Тому це питання має розглядатися інженерами у першу чергу, бо збитки, які завдає корозія є одними із найчисельніших при перекачуванні продукту.

Перелік посилань на джерела

1. Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магістральних трубо-проводов: Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Недра, 1987.-471 с.

2. Карпаш О. М., Возняк М. П., Василюк В.М. Технічна діагностика систем нафто газопостачання: Навч. посібник. – Івано-Франківськ: Факел,2007. – 341 с.

3. Дорошенко Я.В. Спорудження магістральних трубопроводів: Підручник. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2009 – 563 с. 

4. Конспект лекцій.

Додаток А

Рисунок А.1 – Пофіль траси трубопроводу

Рисунок А. 2 – Газотранспортна система України




1. Коряки
2. Works ~ законодавчі норми to dischrge functions ~ виконувати функції ccess ~ доступ proceedings ~ судочинство судовий
3. Необходимость и возникновение денег
4. Приватизация
5. Реферат по биоэтике Медицинская генетика и биоэтика
6. Взаимодействие государства и права
7. Сели Поели Понедельник- Салат Сяки 100гр
8. СТАТЬЯ Педагогическая концепция учителя физики Подготовила учитель физики Ахметова
9. тема отверстия экономичнее
10. Факел МБОУ ДОД ДЮСШ 1 ОБЩИЕ УСЛОВИЯ Соревнования проводятся в соответствии с Регл