Способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений

Изобретение относится к катодной защите подземных металлических сооружений от коррозии, может использоваться при электрохимической защите трубопроводов, проложенных в грунте с помощью анодного заземлителя.

Известен анодный заземлитель по патенту РФ на полезную модель №129102, C23F 13/16, 2013 г., состоящий из провода токоввода и подсоединенного к нему рабочего электрода. Рабочий электрод выполнен в виде полой сквозной или глухой трубы. Внутренняя полость электрода заполнена электроизолирующим герметизирующим составом, контакт провода токоввода с электродом осуществляется посредством упругого элемента. Торцы электрода дополнительно герметизированы термоусаживаемыми материалами. В случае использования цепочки из одиночных анодных заземлителей, все электроды располагают на одном проводе токоввода последовательно. При горизонтальном расположении заземлителя длина такой цепочки может быть практически неограниченной. При вертикальном расположении длина цепочки ограничена максимально возможной массой одиночных блоков заземлителей, которую может выдержать провод токоввода, входящий в самый верхний блок. Недостатком является верхний ввод провода токоввода в анодный заземлитель. Из-за этого возможно первоочередное разрушение электрода в области узла присоединения кабеля. После разрушения стенки верхней части пустотелого электрода под действием электрического тока происходит электрохимическая связь защищаемого объекта непосредственно с узлом присоединения кабеля к электроду. Это приводит к неравномерному разрушению электрода, возможному отделению верхней части электрода от нижней, возможному отсоединению кабеля. Анодный заземлитель не обладает достаточной надежностью. Вследствие преждевременного разрушения электрода анодный заземлитель имеет низкую эффективность из-за неполной выработки тела электрода.

Известен способ сборки глубинного анодного заземлителя по патенту РФ на изобретение №2194093, C23F 13/08, 2002. Способ включает сборку в гирлянду электрически и механически последовательно соединенных между собой анодных заземлителей. Каждый анодный заземлитель содержит центральный электрод со слоем активатора вокруг него, выполненного в виде соосного ему цилиндра. Каждый отдельный анодный заземлитель может служить как самостоятельный анод в системе электрохимической защиты. Верхний конец самого верхнего анодного заземлителя в гирлянде оканчивается муфтой с уплотнительным кольцом для установки токоввода. Нижний конец самого нижнего анодного заземлителя в гирлянде заканчивается концом электрода с наружной конической резьбой, что дает возможность подключения дополнительного токоподвода к глубинному анодному заземлителю. Нижний конец изолируют активаторной массой. Недостатком является неравномерное распределение защитного тока по высоте размещения анодного заземлителя или цепочки анодных заземлителей из-за верхнего соединения тела анодного заземлителя с токовводом, в том числе при использовании дополнительного токоподвода. Это объясняется тем, что при электрохимической защите, верхняя точка ввода токоввода анодного заземлителя расположена на ближайшем расстоянии от защищаемого объекта. Именно через эту точку замыкается электрическая цепь при прохождении электрического тока через электролит грунта. После разрушения близлежащего участка заземлителя образуется электрохимическая связь с верхним узлом присоединения токоввода и его разрушение, что приводит к снижению срока службы анодного заземлителя.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений по а.с. SU №1807090, C23F 3/02, 1993. Способ включает подключение через соединительные провода минусовой клеммы источника постоянного тока к защищаемому сооружению, а плюсовой клеммы - к анодному заземлению. Анодное заземление расположено вдоль защищаемой поверхности в виде магистрали, соединяющей равномерно распределенные на ней заземлители. Подключение плюсовой клеммы осуществляют к магистрали, соединяющей анодные заземлители через соединительную линию не менее, чем в двух местах. Применяют анодные заземлители, имеющие переменную длину или диаметр, возрастающие с увеличением расстояния от места подключения. В соединительной магистрали применяют провода с дискретно переменным сечением, уменьшающимся с удалением от места подключения к магистрали соединительной линии. Недостатком является сложность осуществления способа, а так же наличие анодных заземлителей, или их частей, более удаленных от защищаемой поверхности, чем узлы присоединения анодных заземлителей к соединительной линии. За счет этого, в первую очередь начинают разрушаться места, расположенные вблизи соединения анодных заземлителей с тоководами, т.к. электрический ток протекает по кратчайшему пути через электролит грунта. Основная рабочая площадь электрода оказывается максимально приближенной к узлу присоединения кабеля к электроду. Это приводит к не эффективной работе заземлителей, их преждевременному выходу из строя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности работы анодного заземлителя.

Технический результат достигается за счет того, что в способе электрохимической защиты подземных металлических сооружений, включающем создание электрической цепи путем соединения защищаемого объекта с отрицательным полюсом источника тока и соединение анодного заземлителя с положительным полюсом источника тока, согласно изобретению, анодный заземлитель выполняют в виде полой трубы, заполненной электроизолирующим, герметизирующим составом, внутри которой пропускают токоподводящий кабель, тело анодного заземлителя соединяют с токоподводящим кабелем в точке, наиболее удаленной от контакта защищаемого объекта с проводником, соединяющим его с отрицательным полюсом источника тока.

Технический результат обеспечивается тем, что соединение тела анодного заземлителя с кабелем в точке наиболее удаленной от точки контакта защищаемого объекта с проводником от отрицательного полюса позволяет избежать разрушения тела анода вблизи данного узла соединения. Тело анодного заземлителя, являющееся разрушаемым электродом, выполняют в виде трубы. В электрической цепи: источник тока - анодный заземлитель - токопроводящая среда грунта - защищаемый объект - источник тока, сопротивление анодного заземлителя меньше сопротивления грунта. Поэтому электрический ток, стекая с анодного заземлителя, стремится далее пройти в грунте по пути наименьшего сопротивления почвы, т.е., по наикратчайшему расстоянию от заземлителя до защищаемой поверхности. За счет того, что электрический ток поступает на анодный заземлитель в точке, наиболее удаленной от точки контакта защищаемого объекта с проводником электрической цепи, он стремится стечь с трубы во всех иных точках, более близких к защищаемому объекту. Выполнение электрода анодного заземлителя в виде полой трубы, заполненной электроизолирующим составом, обеспечивает течение электрического тока от узла присоединения кабеля вдоль тела трубы к точке наименьшего удаления от источника тока. При этом происходит стечение электрического тока со всей ее поверхности, что приводит к равномерному разрушению электрода по всей площади рабочей поверхности. За счет исключения первоочередного разрушения электрода вблизи места присоединения к нему кабеля повышается надежность работы анодного заземлителя, а так же эффективность, т.к., до момента разрушения происходит максимальная выработка тела электрода. Кроме того, проведение токоподводящего кабеля к месту соединения внутри полой трубы с засыпкой обеспечивает его механическую целостность за счет исключения внешнего воздействия на кабель. Заполнение свободного пространства полой трубы засыпкой из электроизолирующего, герметизирующего состава предотвращает течение электрического тока после разложения рабочих стенок анодного заземлителя через узел соединения кабеля с электродом.

На фиг. 1 представлена схема электрической цепи при вертикальном расположении анодного заземлителя.

На фиг. 2 представлена схема электрической цепи при горизонтальном расположении анодного заземлителя.

На фиг. 3 представлен разрез анодного заземлителя.

Анодный заземлитель 1 состоит из токопроводящего электрода, корпус которого выполнен в виде трубы 2, т.е. пустотелого цилиндра. Внутри трубы 2 размещен соединительный кабель 3. Анодный заземлитель содержит узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2. Трубу 2 заполняют внутри электроизолирующим, герметизирующим составом 5. Тело электрода выполняют из любых токопроводящих материалов, таких как, металл, графит, полимерный токопроводящий материал, из композитного материала, содержащего соединение металла или полимера с электропроводящим графитом или техуглеродом.

Например, в анодах марки «Менделеевец» применяют металл или сплавы металла, в анодах ЭГТ применяют графит и композиты или полимеры с электропроводящим графитом, в анодах АЗП-РА - композиты или полимеры с электропроводящим техническим углеродом. Узел соединения 4 выполняют в виде втулки 6 из любых вышеуказанных токопроводящих материалов и устанавливают в торец трубы 2 электрода с помощью резьбового соединения, или посредством электропроводящего клея, например, клеящего состава Арзамит, или иным другим способом. Втулка 6 снабжена соединительным элементом 7 для присоединения кабеля 3. Соединительный элемент 7 может быть выполнен, например, в виде клина, или резьбового зажима. С целью исключения внешнего воздействия на узел соединения 4, такого как попадание внутрь агрессивной среды, узел соединения 4 может быть закрыт электроизоляционной, ударопрочной, концевой термоусаживаемой муфтой 11. Торец электрода 1 со стороны присоединения кабеля 3 предварительно изолируют гидрофобным электроизолирующим составом.

Способ электрохимической защиты подземных металлических сооружений осуществляют следующим образом.

К защищаемому объекту, например, трубопроводу 8, находящемуся в земле, от отрицательного полюса источника тока 9 подводят дренажный кабель 10 в точке контакта 12. В качестве источника тока 9 может использоваться катодная станция. Положительный полюс источника тока 9 соединяют соединительным кабелем 3 с анодным заземлителем 1, находящимся в грунте ниже защищаемого трубопровода 8. При вертикальном расположении анодного заземлителя 1 в грунте узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2 анодного заземлителя 1 располагают в его нижней части. При горизонтальном расположении анодного заземлителя 1 в грунте узел соединения 4 кабеля 3 с трубой 2 заземлителя 1 располагают в точке, наиболее удаленной от точки контакта 12 дренажного кабеля 10 с трубопроводом 8, на дальнем конце анодного заземлителя 1. После подключения анодного заземлителя 1 к положительному полюсу источника тока 9, а защищаемого сооружения 8 - к отрицательному полюсу источника тока 9, защищаемый объект 8 становится катодом. В процессе защиты труба-электрод 2 растворяется и разрушается, сохраняя неповрежденным объект защиты 8. При этом электрический ток, попадая через узел соединения 4 на тело электрода, проходит вдоль всей трубы 2, максимально задействовав площадь электрода в качестве его рабочей поверхности. Это обеспечивается подключением кабеля 3 в самой дальней от контакта 12 трубопровода 8 точке трубы 2. Электрический ток в токопроводящем грунте протекает по пути наименьшего сопротивления. Вследствие того, что сопротивление анодного заземлителя меньше сопротивления почвы, движение тока при электрохимической реакции катодной защиты трубопровода 8 протекает следующим образом: источник тока 9 - кабель 3 - труба 2 анодного заземлителя 1 - наикратчайшее расстояние до контакта 12 трубопровода 8 в почве, т.е. путь наименьшего сопротивления грунта - защищаемый трубопровод 8 - источник тока 9. При вертикальной установке анодного заземлителя 1 наикратчайшим расстоянием от него до защищаемого объекта 8 является расстояние от верхней точки трубы 2 до точки подключения 12 дренажного кабеля 10 к защищаемому трубопроводу 8. Электрический ток от узла соединения 4 проходит по всей длине трубы 2 и далее идет через почву по кратчайшему пути наименьшего сопротивления грунта до трубопровода 8. При горизонтальном расположении анодного заземлителя 1 узел соединения 4 располагают на наиболее удаленном конце трубы 2 от точки 12 подключения дренажного кабеля 10 к защищаемому трубопроводу 8. Электрический ток, стремясь пройти по кратчайшему расстоянию через электролит грунта, проходит вдоль всей поверхности трубы 2 анодного заземлителя 1. Электрический ток на поверхности защищаемого трубопровода 8 создает катодную поляризацию микрогальванических пар. При этом труба 2 постепенно разрушается равномерно по всей поверхности, а коррозия защищаемой поверхности трубопровода 8 практически сводится к нулю. Равномерное разрушение трубы 2 анодного заземлителя 1 предотвращает его преждевременный выход из строя, увеличивая долговечность его работы. При этом защищается от механических повреждений и сам соединительный кабель 3, находящийся внутри трубы 2. Все это обеспечивает надежность работы устройства. Эффективность работы анодного заземлителя 1 повышается за счет того, что при исключении более быстрого разрушения одних частей трубы 2 по отношению к другим происходит максимальная выработка всего тела анода.

Таким образом, предлагаемый способ электрохимической защиты позволяет повысить надежность и эффективность работы анодного заземлителя.