Способ защиты от коррозии металлической поверхности, находящейся в грунте или другой токопроводящей среде

Изобретение относится к области защиты металлической поверхности от коррозии и может использоваться при водоснабжении, транспортировке нефти, газа по трубопроводам. Способ включает подачу импульсного тока по замкнутой, последовательно соединенной электрической цепи, состоящей из генератора тока, защищаемого сооружения, балластного сопротивления, в качестве которого служит грунт или другая токопроводящая среда, в котором или которой находится защищаемое сооружение, и заземлителя, находящегося в этом грунте или токопроводящей среде. В качестве импульсного тока используют переменный ток, у которого значение эффективного отрицательного потенциала, подаваемого на защищаемое сооружение, превышает значение эффективного положительного потенциала, подаваемого на это же сооружение в следующий полупериод, при этом время полупериода импульсов отрицательного и положительного значений равны. Изобретение позволяет исключить эффекты наводораживания катода и пассивации анода. 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области водоснабжения, также может использоваться при транспортировке нефти, газа по трубопроводам.

Уровень техники.

Известен способ защиты металлических трубопроводов и других инженерных сооружений в токопроводящей среде (грунте) - так называемой катодной защиты (патент 2053432 С1).

В данном способе используют постоянный электрический ток для создания защитного потенциала, при котором защищаемое сооружение является катодом. В процессе эксплуатации катодной защиты происходит изменение параметров катодной защиты, что приводит к необходимости увеличения защитного потенциала.

Вследствие этого приходится задавать напряжение, намного превышающее потенциал разложения воды, содержащейся в грунте вблизи защищаемого сооружения.

Под влиянием диссоциации воды происходит пассивация электродов продуктами диссоциации, что увеличивает электрическое сопротивление системы, приводящее к необходимости увеличения напряжения, повышающего степень диссоциации воды, а следовательно, к наводораживанию металла, увеличению его хрупкости и т.д. Кроме того, указанный способ очень энергоемок, так как электрическое сопротивление грунта состоит из емкостного и активного электрических сопротивлений. При пропуске постоянного электрического тока «работает» только активное сопротивление. Известен способ защиты от коррозии газопроводов и/или газоконденсатопроводов, нефтепроводов и/или нефтепродуктопроводов, водопроводов их инженерного обустройства и комплекса объектов по добыче и транспортировке газа, нефти и воды - импульсным током (Патент RU 2172887 C1). Этот способ рассматривается в качестве ближайшего аналога. Указанный способ содержит размещение в грунте заземлителей и подачу на защищаемый объект импульсного тока, причем импульсы отрицательной полярностью 1 мс-10 с.

Недостатком этого способа является то, что в момент подачи на катод импульсного тока потенциал катода резко смещается в сторону отрицательных значений, именно в момент подачи импульса из-за резкого скачка потенциала - в этом способе активизируется нежелательный процесс диссоциации воды и увеличивается степень наводораживания. Кроме того, с течением времени происходит увеличение электрического сопротивления грунта.

Сущность изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является избавить вышеописанный способ от имеющихся недостатков.

Для решения указанной задачи предлагается способ защиты от коррозии металлической поверхности сооружения, находящегося в грунте или в другой токопроводящей среде, включающий подачу импульсного тока по замкнутой, последовательно соединенной электрической цепи, состоящей из генератора тока, защищаемого сооружения, балластного сопротивления, в качестве которого служит грунт или другая токопроводящая среда, в котором или которой находится защищаемое сооружение, и заземлителя, находящегося в этом грунте или токопроводящей среде. В качестве импульсного тока используется переменный ток, у которого значение эффективного отрицательного потенциала, подаваемого на защищаемое сооружение, превышает значение эффективного положительного потенциала, подаваемого на это же сооружение в следующий полупериод, при этом время полупериода импульсов отрицательного и положительного значений равны. В качестве импульсного тока используется переменный ток, формируемый источником питания. Этот ток должен обладать следующими характеристиками: отрицательные амплитуды колебаний переменного тока по абсолютной величине превосходят абсолютную величину положительных амплитуд, а время полупериодов импульсов отрицательного и положительного значений равны. Например, если напряжение отрицательного тока равно 30 В, то положительного 15 В, а время полупериодов положительного и отрицательного полупериодов одинаково.

Исключение эффектов наводораживания катода и пассивации анода достигается за счет поочередной подачи на защищаемый объект положительного и отрицательного импульсов. При этом в момент подачи отрицательного импульса происходит смещение потенциала коррозии в область его нейтрализации. В следующий полупериод подачи импульсов положительного значения на защищаемую поверхность происходит смещение катодной реакции в пассивную область, в которой металл пассивируется. Вследствие синусоидальности переменного тока процесс смены потенциалов и их нарастание происходит постепенно по синусоидальному закону, что исключает резкий скачок потенциала на защищаемой поверхности. Кратковременность подачи положительных импульсов за счет инерционности процесса не приводит к существенному изменению катодного тока, обеспечивая надежную защиту металла. При этом необходимо сохранить соотношение, при котором Аотр./Апол.>2, где Аотр.- величина отрицательной амплитуды, Апол.- величина положительной амплитуды.

Такое соотношение необходимо для того, чтобы исключить протекание «обратной» реакции, нейтрализирующей защитный эффект.

Источником питания (генератор) формирующего амплитуды переменного тока могут служить, например, комбинация двух тиристорных регуляторов напряжения или устройство на базе стандартной схемы ограничителя напряжения. Источник питания формирует импульсы переменного тока синусоидальной формы с усеченной полуволной положительного значения.

Величины эффективных потенциалов регулируются на выходе источника питания таким образом, чтобы величина эффективного отрицательного потенциала была равна положительному потенциалу коррозии, определяемому по существующим стандартным методикам, а величина эффективного положительного потенциала соответствовала условию А отр.эф./Апол.эф.>2.

Значение эффективного отрицательного потенциала определяется по формуле:

Аэф.=0,707 Амах.,

где Аэф. - значение эффективного потенциала, вольт

Амах.- значение максимального потенциала, вольт

(Авдеев Б.Я. и др. Основы метрологии и электрических измерений. Л., 1987 г.)

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами.

- Фиг.1 - схема замкнутой электрической цепи,

- Фиг.2 - схема импульсов электрического тока, выходящего из источника питания.

Осуществление изобретения.

На фиг.1 схематично показана замкнутая электрическая цепь. Она состоит из источника питания 1, защищаемого от коррозии сооружения 2 с металлической поверхностью, находящегося в грунте или токопроводящей среде 3, и заземлителя 4. Предлагаемое техническое решение работает следующим образом. Источник питания вырабатывает переменный электрический ток, у которого значение эффективного отрицательного потенциала 5 превышает значение эффективного положительного потенциала 6. В первый полупериод на заземлителе 4 формируется ток положительного потенциала 6, а на защищаемом сооружении 2 ток отрицательного потенциала 5. Отрицательные ионы, которые вызывают коррозию, с металлической поверхности защищаемого сооружения 2 будут перемещаться в направлении заземлителя 4. При этом в токопроводящей среде 3, у поверхности защищаемого сооружения 2, будет происходить электролитическое разложение воды, находящейся в токопроводящей среде 3. В последующем полупериоде (при смене полярности) на металлическую поверхность защищаемого сооружения 2 будет подаваться положительный потенциал 6 с меньшим значением эффективного потенциала, а на заземлитель 4 отрицательный потенциал. В этот полупериод времени, равный времени первого полупериода, происходит перемещение отрицательных ионов в область защищаемого от коррозии сооружения с одновременной рекомбинацией ионов водорода и кислорода с образованием молекул воды. Вследствие более низкого положительного потенциала по сравнению с предыдущим отрицательным потенциалом скорость перемещения ионов будет меньшей и отрицательные ионы не успевают проникнуть в структуру металла защищаемого сооружения 2.

Пример:

Участок трубопровода находится во влажном коррозионно-агрессивном суглинке на глубине 1 м 80 см. Источник тока формирует импульсы переменного тока с усеченной положительной полуволной с частотой 50 герц. В период подачи импульсов с отрицательной полярностью на защищаемую трубу максимальное значение потенциала составляет 14 В, а значение эффективного отрицательного потенциала ≈9.8 вольт. В следующий полупериод на защищаемую трубу подается положительный потенциал с максимальным значением 7 вольт. Величина эффективного положительного потенциала составит ≈4.9 вольт. После 6-месячного испытания толщина стенки трубопровода не изменилась, внешних следов коррозии не обнаружено.

Способ защиты от коррозии металлической поверхности сооружения, находящегося в грунте или в другой токопроводящей среде, включающий подачу импульсного тока по замкнутой, последовательно соединенной электрической цепи, состоящей из генератора тока, защищаемого сооружения, балластного сопротивления, в качестве которого служит грунт или другая токопроводящая среда, в котором или которой находится защищаемое сооружение, и заземлителя, находящегося в этом грунте или токопроводящей среде, отличающийся тем, что в качестве импульсного тока используют переменный ток, у которого значение эффективного отрицательного потенциала, подаваемого на защищаемое сооружение, превышает значение эффективного положительного потенциала, подаваемого на это же сооружение в следующий полупериод, при этом время полупериода импульсов отрицательного и положительного значений равны.