Анодное заземление.
Анодное заземление предназначено для создания низкоомного электрического контакта положительного полюса источника тока СКЗ с грунтом при наложении на газопровод внешнего тока.
Конструктивно анодное заземление состоит из одного или нескольких рабочих электродов (заземлителей), соединенных между собой кабелем или изолированной стальной шиной, которые подключаются к соединительным проводам источника тока СКЗ.
Классификация анодных заземлений.
Различают следующие основные типы анодных заземлений:
- по материалу рабочих электродов – металлические (стальные, чугунные и железокремниевые) и неметаллические (графитированные, графитопласто-вые и угольные);
- по характеру засыпки – голые (установленные непосредственно в грунт) и с засыпкой (коксовой, угольной, графитной или комбинированной);
- по расположению рабочих электродов – вертикальные, горизонтальные и комбинированные;
- по конфигурации – однорядные, двухрядные и сложной конфигурации;
по глубине установки – поверхностные (глубина установки менее 15 м) и глубинные (глубина установки более 15 м);
- - в зависимости от размещения по длине газопровода – точечные, сосредоточенные и распределенные;
- в зависимости от расстояния до газопровода – удаленные (свыше 500 м) и приближенные;
- по расположению относительно точки дренажа СКЗ – противолежащие и выносные.
Типы анодных заземлителей и коксо-минеральный активатор
«Менделеевец»
МЕНДЕЛЕЕВЕЦ-ММ - ПОВЕРХНОСТНЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬАнодные заземлители «Менделеевец»-ММ разработаны для использования в качестве малорастворимых элементов поверхностных анодных заземлений в установках катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов, а также других подземных металлических сооружений.
МЕНДЕЛЕЕВЕЦ-МТ - МАГНЕТИТОВЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬМагнетитовые заземлители Менделеевец МТ используются в системах электрохимической защиты от коррозии, как в подземных, так и в подводных сооружениях.
МЕНДЕЛЕЕВЕЦ-МКГ - КОМПЛЕКТНЫЙ ГЛУБИННЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬКомплектные глубинные заземлители «Менделеевец»-МКГ используются в качестве элементов глубинного анодного заземления для установки в высокоомных грунтах (грунтах с высоким удельным сопротивлением).
МЕНДЕЛЕЕВЕЦ-МК - КОМПЛЕКТНЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬКомплектные заземлители Менделеевец МК разработаны для применения в качестве элементов поверхностных анодных заземлений.
МЕНДЕЛЕЕВЕЦ-МГ - ГЛУБИННЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬГлубинные заземлители «Менделеевец»-МГ предназначены для установки в местах плотной застройки (ограниченного земмлеотвода под анодное поле), а также в местах с низкой электропроводностью поверхностных слоев грунта.
КОКСО-МИНЕРАЛЬНЫЙ АКТИВАТОР КМАКоксо-минеральный активатор КМА используется в качесте засыпки прианодного пространства при укладке заземлителя в грунт. КМА рекомендуется при установке заземлителей различных типов в высокоомные грунты.
ЭЛЕКТРОД ЭЛАСТОМЕРНЫЙ ЭЛЭРАнодные заземлители ЭЛЭР (АЗ) представляют собой малорастворимые электродыиз электропроводной эластомерной композици (эластомерные электроды) и, предназначенные для применения в анодных заземлениях установок электрохимзащиты (катодной защиты) металлических и железобетонных сооружений от коррозии, контактирующих с грунтом, речной и морской водой и другими электролитическими средами.
АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ АЗМ-3ХАнодный заземлитель АЗМ-3Х используется в качестве малорастворимого заземлителя в системах катодной защиты подземных сооружений.
ЭЛЕКТРОДЫ ГРАФИТОВЫЕ ЭГТИспользуется для комплектования всех существующих типов станций катодной защиты в практике электрохимической защиты подземных металлических трубопроводов.
АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ АЗ-1, АЗ-1,6Анодные заземлители в коксопековой оболочке АЗ-1, АЗ-1,6 предназначены для использования в качестве малорастворимых анодов глубинного и поверхностного заложения.
ГЛУБИННЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ "ГАЗ-М"Применение глубинных анодных заземлений определяется в первую очередь необходимостью электрохимической защиты подземных металлических сооружений с помощью катодных станций при отсутствии возможности размещения на этом объекте более дешевого подпочвенного анодного заземления.
ФЕРРОСИЛИДОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ - ДЖБ - 280 И ДЖБ - 317Электроды ДЖБ-280 и ДЖБ-317, предназначены для удобства монтажа анодного заземлителя. Данный вид электродов позволяет непосредственно на месте эксплуатации определить необходимую длину кабеля и, при помощи «ниппельного соединения» оперативно присоединить кабель к электроду.
ПРОТЯЖЕННЫЕ ГИБКИЕ АНОДЫ (ПГА) СЕРИЯ ЭРЭлектроды серии ЭР изготавливаются под конкретные проекты ЭХЗ и состоят из отрезков проводов токоотдающих для электрохимической защиты, соединенные в заводских условиях с дренажным кабелем.
ЖЕЛЕЗО-ТИТАНОВЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ ОЖТЗ-1Малорастворимый оксидный железо-титановый анодный заземлитель ОЖТЗ-1, предназначен для использования в качестве малорастворимых элементов глубинных и поверхностных заземлений в системе катодной защиты подземных металлических сооружений от коррозии.
ЭЛЕКТРОДЫ РЕЗИНОВЫЕ РУКАВНЫЕ АНОДОРАСТВОРИМЫЕ ЭРРАЭлектроды серии ЭРРА изготавливаются под конкретные проекты ЭХЗ и состоят из секций (отрезков) электропроводящих резиновых рукавов с одним или двумя кабельными выводами.
Стальные анодные заземления.
В практике электрохимической защиты МГ наиболее широкое распространение получили стальные анодные заземления - так как эти аноды требуют небольших монтажных затрат, дешевы, хорошо выдерживают механические нагрузки и весьма стойки при транспортировке.
Конструкция стального анодного заземления создается путем сварки устанавливаемых вертикально или горизонтально рабочих электродов из бросовых труб, стержней (прутков) или фасонной прокатной стали (уголков, рельсов и
ДР.).
Расстояние между рабочими электродами анодного заземления выбирается исходя из условий уменьшения экранирующего эффекта току растекания. На СКЗ магистральных трубопроводов минимальное расстояние между рабочими электродами принято равным 5 м.
Срок службы анодов зависит от плотности стекающего с них тока, свойств материала, из которых они изготовлены, и используемого активатора.
Существенным недостатком анодов из стали является низкая стойкость к электролитическому растворению. Практический износ стальных анодов, установленных непосредственно в грунт, составляет 10 кг|(А*год) и на одну защитную установку с токоотдачей 15 А требуется около 1,5 тонн стали, чтобы обеспечить 10-летний срок службы.Чтобы продлить срок службы, стальные заземления устанавливают не непосредственно в грунт, а в электропроводящий нейтральный заполнитель: коксовую, каменноугольную мелочь или графитную крошку. При этом изменяется характер работы заземлителя. Одновременно с ионной проводимостью на границе "стальное заземление - грунт", связанной с растворением металла, появляется электронная проводимость на границе "стальное заземление - заполнитель".
Доля электронной проводимости увеличивается с увеличением толщины слоя засыпки. Таким образом, стекание электрического тока в грунт с утрамбованной крошки снижает растворение анодного электрода. Такой метод уменьшения растворения анодных заземлений нашел широкое применение на газопроводах.
Следует, однако, заметить, что такие засыпки для увеличения срока службы анодных заземлений целесообразно применять только в сухих грунтах с высоким удельным сопротивлением.
Для снижения сопротивления растеканию тока стальных заземлителей в коксовой засыпке применяют активаторы в виде солевых добавок хлористого натрия, хлористого кальция, едкого натра, извести, минеральных удобрений и
ДР.
При установке стальных электродов в коксовую засыпку их износ существенно уменьшается и составляет 3...4кг/(А*год), расход кокса при этом составляет примерно 2кг/(А*год).
Конструкция анодного заземления из уголковой стали с коксовой засыпкой приведена на рис.3.
Для ускорения монтажа анодных заземлений очень часто применяют упакованные стальные аноды, представляющие собой стальные стержни, упакованные в коксовую засыпку, армированную кровельным железом. Для устройства анодных заземлений в настоящее время промышленность выпускает упакованные стальные электроды типа ЗКА и АК.
 Рис. 1. Конструкция упакованных стальных анодов: а-АК; б-ЗКА. |
Эти заземлители представляет собой стальной электрод с подключенным к нему проводником, упакованный вместе с коксовой мелочью в стальной кожух. Удельное сопротивление коксовой засыпки составляет не более 0,2 Ом-м. Заземлители изготовляются в заводских условиях, где тщательно контролируется качество коксовой засыпки, плотность ее набивки в кожухе, однородность состава и влажности. Это позволяет максимально снизить электролитическое растворение стального электрода на первом этапе работы заземлите-лей в условиях полной герметичности внешнего кожуха. |
Следует отметить, что засыпка углеродистыми материалами не позволяет значительно повысить долговечность анодных заземлений в различных почвенно-грунтовых условиях. Поэтому, все большее применение находят рабочие электроды из малорастворимых материалов.
Железокремнистые анодные заземления.
Одним из наиболее стойких материалов к электролитическому растворению является ферросилид.
Основу железокремнистых (ферросилидных) заземлителей составляет кремнистый чугун - сплав железа с 12...18% кремния и 0,5...0,9% углерода. Отечественной промышленностью выпускаются железокремниевые сплавы С15 с содержанием кремния 14,5...16% и сплавы С17 с содержанием кремния 16...18%. Существенным недостатком этих сплавов является низкая устойчивость в грунтах с высоким содержанием ионов хлора, поэтому наряду с ними применяется сплав С15Мо (антихлор), содержащий 14,5... 16% кремния и 3,5...4% молибдена. Легирование ферросилидов молибденом значительно снижает их скорость растворения в таких почвах.
Железокремнистые заземлители в почве характеризуются значительно меньшим износом, чем сталь - порядка 0,2 кг/(А-год), а практический износ этих электродов с коксовой засыпкой - около 0,1 кг/(А-год), что является их несомненным достоинством. Существенный недостаток этих сплавов - их очень высокая твердость и хрупкость, поэтому ферросилидные аноды изготовляются только методом литья, а отливки из ферросилидов из-за хрупкости требуют осторожного обращения при транспортировке и монтаже. Они не поддаются обработке резанием, поэтому последующая механическая обработка осуществляется обычно с помощью абразивов. Глубинное заземление. Заземления, установленные на глубину более 15 м от поверхности земли, называют глубинными. В отечественной практике применяют заземления из стальных труб диаметром 300 мм, устанавливаемых на глубину до 75 м. На всю глубину трубы по ее центру может быть опущен стальной электрод или железокремнистые электроды с коксовой засыпкой. Внешняя труба является обсадной. Комбинированное заземление может использоваться дважды: сначала СКЗ подключают к обсадной трубе, а после ее разрушения - к центральному стальному или железокремнистым электродам.
Глубинные заземления имеют следующие преимущества:
-устраняются экранирование со стороны других подземных сооружений и влияние изменений метеорологических условий на работу заземления;
-снижается опасность повреждения заземлений при земляных работах, проводимых вблизи трассы газопровода;
-улучшаются условия растекания тока, что особенно важно при защите обсадных труб скважин подземных хранилищ газа.
Однако при установке этих заземлений необходимо применять буровые станки, такие заземления недоступны для осмотра и ремонта.
Рис. 2. Глубинный вертикальный анодный заземлитель из железнокремнистых электродов в коксовой засыпке,
помещенных в стальную обсадную трубу:
а - включение заземлителя в цепь СКЗ; б - общий вид заэемлителя; 1 - труба кабельного ввода; 2 - щкаф с выключателем; 3 - труба для монтажа провода; 4 -провод изолированный; 5 - плашечный зажим; б - ЛЭП выпрямленного тока-/ - опора; 8 - проволочный бандаж; 9 - хомут для крепления шкафа; 70 -кабель; 11 - контакт кабеля с обсадной трубой ( кабелями железокремнистых электродов) ; 12 - электрическая перемычка обсадных труб; 13 - обсадная труба (диаметр 426 мм, толщина стенки трубы 10 мм) ; 14 - обсадная труба (диаметр 325 мм, толщина стенки трубы 9 мм) ; 15 - башмак трубы (диаметр 325 мм); 16 -портланд-цемент тампонажный; 17 - железок ремнистый электрод- 18 - коксовая засыпка; 19 - контакт электрода; 20 - башмак трубы (диаметр 426 мм); 21 -глинистый раствор (закачивается для уплотнения контакта заэемлителя с грунтом); 22 - кабель электрода; 23 - кабельный ввод заземлителя; 24 - болт; 25 - крышка; 26 — фланец. Срок службы стального анодного заземления, установленного в грунт, определяют по формуле:
Т = 0,1096G/I,
где Т - время эксплуатации, годы; G - общая масса рабочих электродов заземления, кг; I - сила тока в цепи СКЗ (средняя за время эксплуатации), А.
На практике этот срок может оказаться меньше вследствие самопроизвольного отключения отдельных электродов при растворении горизонтальной шины. Монтаж электродов анодного заземления. Для монтажа АЗ с вертикальными рабочими электродами роют траншею глубиной 0,8-1 м и шириной 0,8 м. В ее дне бурят скважины глубиной до 2,8 ми диаметром 40 см на расстоянии 5 м друг от друга. В них устанавливают рабочие электроды, затем соединяют в общий контур приваркой к ним стальной полосы, прутка или труб, уложенных в траншею, засыпают коксовой крошкой. Для продления срока службы горизонтальную соединительную шину тщательно изолируют или монтируют над поверхностью земли,
Для монтажа АЗ с горизонтальными рабочими электродами роют траншею глубиной 2-2,5 м и шириной до 2,5 м. АЗ выполняют в виде одного или нескольких электродов наглухо соединенных приваренными шинами, засыпают коксовой крошкой. Соединительные провода вводят в контрольно-измерительный пункт.
|
Рис. 3. Установка анодных заземлений с применением коксовой мелочи: |
|
Рис. 4. Анодное заземление из электродов АК-1: |
Роис. 5. Установка анодных заземлений с применением коксовой мелочи:а — комбинированное заземление с вертикальными электродами и горизонтальной шиной из уголковой стали;
б — горизонтальное заземление из полосовой стали;
1 — вертикальный электрод из уголковой стали;
2 — коксовая мелочь;
3 — горизонтальная соединительная шина из уголковой стали;
4 — шины анодного провода СКЗ;
5 — изоляция шин;
6 — полосовая сталь.
Рис. 7. Анодное заземление из электродов АК-1:а — общий вид электрода; б — вертикальная установка электродов; в — горизонтальная установка электродов; / — нижняя крышка из листового железа; 2 — цилиндр из листового железа; 3 — пруток стальной; 4 - пояс жесткости; 5 - прессованная коксовая крошка с ингибитором; 6 — контакт изолированного провода с прутком; 7 - эпоксидная изоляция; 8 - верхняя крышка из листового железа; 9 -скоба из катанки для переноски электрода; 10 — изолированный провод электрода; 11 — контакт проводов; 12 — изолированный соединительный провод; 13 — опора воздушной линии анодного заземления; 14 — электрод АК-1. аладку.