Анодное заземление. 
Варианты размещения

Одним из основных элементов установок катодной ЭХЗ является конструкция анодного заземления (АЗ), с которого стекает в землю ток защиты, и способ его размещения относительно защищаемого теплопровода. Применявшиеся ранее сосредоточенные анодные заземления (АЗ) в виде забиваемых в землю стальных отрезков труб имели небольшие размеры, значительно меньшие в сравнении с протяженностью защищаемого теплопровода, и низкую эффективность защиты.

Максимальный защитный потенциал имели участки теплопроводов, наиболее приближенные к АЗ (в городских условиях это зоны 20−30 м). На периферийных участках теплопроводов защитный потенциал снижался по экспоненциальному закону (рис. 4) При этом, чем ниже переходное электрическое сопротивление R сооружения, обусловленное конструкцией канала и изоляции, тем больше падение защитного потенциала.

Рис. 4. Схема распределения потенциалов вдоль трубопровода при катодной защите с использованием сосредоточенных АЗ: 1 — трубопровод; 2 — катодная станция; 3 — АЗ; 4 — стационарный потенциал трубопровода; 5 — поляризационный потенциал трубопровода

трубопровод коррозия анодное заземление Как показали натурные исследования, зона защиты теплопроводов одной установкой ЭХЗ в таких условиях составляла всего несколько десятков метров при значительных расходах электроэнергии, в то время как защитные зоны подземных газопроводов измеряются сотнями метров.

Анализ работы действующих установок ЭХЗ тепловых сетей канальной прокладки показал, что применение традиционных сосредоточенных анодных заземлителей в городских условиях во многих случаях не обеспечивает их эффективную работу. Неоправданно увеличиваются затраты электроэнергии, неравномерно распределяется ток защиты. При выборе конструкции и расположения АЗ следует учитывать участки возможного подтопления каналов грунтовой водой или заиливания каналов до уровня контактов с поверхностью теплопровода.

В этих условиях более предпочтительным оказывается применение распределенных (протяженных) анодных заземлителей, позволяющих обеспечить более равномерное распределение тока защиты вдоль опасного участка тепловых сетей, экономию электроэнергии и возможность применения катодных установок малой мощности, локализацию дополнительных полей блуждающих токов и экономию площади земельных участков. Эффективность работы протяженных АЗ значительно возрастает при использовании устройств автоматического включения ЭХЗ.

Конструкции протяженных анодных заземлителей подробно описаны в монографии /2/. Здесь приводятся рекомендации по их устройству, применению, выбору экономичных режимов работы, экономической эффективности применения станций катодной защиты (СКЗ).

Преимущества протяженных АЗ вполне удовлетворяют требованиям защиты подземных теплопроводов на локальных участках. При этом могут применяться протяженные аноды кабельного или стержневого типа из материала на основе каучука с углеродсодержащими наполнителями (токопроводящие эластомеры), стержневые аноды из низколегированных сплавов, пластинчатые титановые аноды с активным покрытием оксиданами железа.

На рис. 5 показана схема размещения в теплофикационном канале протяженных АЗ кабельного типа из токопроводящих эластомеров. Определение параметров ЭХЗ с использованием протяженных АЗ проводится расчетным методом /3/.

Рис. 5а. Схема размещения в теплофикационном канале распределенных АЗ кабельного типа из токопроводящих эластомеров или стальных трубопроводов: 1 — электрод АЗ; 2 — измерительный электрод; 3 — трубопровод; 4 — распределительный кабель; 5 — КИП у СКЗ; 6 — электроперемычка; 7 — СКЗ; 8 — КИП; 9 — уровень затопления канала; 10 — диэлектрическая опора; 11 — перемычка между электродами АЗ

Для действующих трубопроводов тепловых сетей диаметром менее 300 мм размещение электродов АЗ в каналах при их затоплении или заиливании представляет определенные трудности. В этих случаях целесообразно размещать АЗ за пределами каналов и камер, четко определяя границы опасных зон.

Рис. 5б. Схема размещения в теплофикационном канале распределенных АЗ стержневого типа, расположенных перпендикулярно оси трубопроводов: 1 — электрод АЗ стержневого типа; 2 — измерительный электрод; 3 — трубопровод; 4 — распределительный кабель; 5 — КИП у СКЗ; 6 — электроперемычка; 7 — СКЗ; 8 — КИП; 9 — уровень затопления канала; 10 — диэлектрическая опора

Для обеспечения защиты теплопроводов на таких участках необходимы локальные источники катодной поляризации малой мощности. Одно выносное АЗ рекомендуется применять для участка длиной 50−60 м. Возможны другие варианты схем защиты, обусловленные иным взаимным расположением теплопроводов. Например, на участках теплопроводов канальной прокладки небольшой длины диаметром более 200 мм, подверженных сезонному подтоплению, применяются протекторы из магниевых сплавов ПМ-5 или ПМ-5у (с активатором). Протекторы устанавливают на дне или стенках каналов (рис. 6).

Рис. 6. Примерные расчетные схемы размещения и количества магниевых протекторов стержневого типа ПМ-2,7 в сечении трубопровода

В конце 90-х годов в тепловых сетях ОАО «Мосэнерго» было начато применение протекторов стержневого типа из магниевых сплавов для ЭХЗ теплопроводов на участках их прокладки в футлярах. На вновь прокладываемых или реконструируемых теплопроводах протекторы устанавливают внутри изоляционной конструкции, на действующих теплопроводах — на их поверхности. На рис. 6 приведены примерные расчетные схемы размещения магниевых протекторов стержневого типа на теплопроводах Д = 530 мм непосредственно на их поверхности или на поверхности изоляционной конструкции.

Одна из главных особенностей эксплуатации ЭХЗ теплопроводов канальной прокладки при расположении АЗ непосредственно в канале — периодическое отсутствие электролитического контакта между АЗ и поверхностью трубопровода при осушении канала. В этом случае могут возникнуть узкополосные или точечные контакты АЗ с водой, где плотность тока утечки будет многократно превышать допустимую плотность тока АЗ, что особенно опасно для АЗ из токопроводящих эластомеров.

С целью уменьшения числа локальных участков возможного преждевременного разрушения АЗ и экономии электроэнергии целесообразно применение устройств автоматического включения и выключения станций катодной защиты (СКЗ) в зависимости от уровня подтопления канала. В ОАО «Московская теплосетевая компания» уже начато применение таких устройств, позволяющих автоматически включать или выключать одно или два плеча в зоне действия защиты от СКЗ.

Для контроля эффективности действия ЭХЗ теплопроводов при расположении АЗ в каналах применяются вспомогательные электроды (ВЭ), устанавливаемые у поверхности трубопроводов.

С помощью ВЭ определяется также присутствие грунтовой воды в канале. Начато также применение специальных блоков-пластин индикаторов (БПИ-1 И БПИ-2) для непосредственного контроля опасности коррозии и эффективности действий электрохимической защиты теплопроводов.

Статья основана на материалах сайта http://www.stroing.ru/.