Оптимизация работы электрохимзащиты магистральных нефтегазопроводов

 

Глотов И.В. (ОАО «Северные МН», г. Ухта, РФ)

Агиней Р.В. (филиал ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз», г. Ухта, РФ)

 

In work the way of optimization of electrochemical protection of the pipelines having local sites with incomplete protection is submitted.

 

Известно, что оптимальные условия электрохимической защиты от коррозии достигаются при поддержании потенциала поляризации трубопровода относительно окружающего его грунта в диапазоне –0,95 В…-1,15 В. В этих условиях обеспечивается полнота катодной защиты.

При смещении потенциала из оптимального диапазона активизируются коррозионные процессы. С уменьшением потенциала по модулю развивается локальная (местная, язвенная) коррозия, с увеличением – коррозионное растрескивание под напряжением (КРН).

Поэтому, при проектировании и последующей эксплуатации ЭХЗ трубопроводов всегда стремятся найти компромиссное решение: с одной стороны увеличить протяженность защитной зоны установок катодной защиты (УКЗ), экономя капиталовложения при установке минимально необходимого числа УКЗ, с другой – не допустить катодного отслаивания изоляции.

При эксплуатации трубопровода со временем переходное сопротивление изоляции уменьшается за счет увеличения площади поверхности существующих дефектов и появления новых. Как следствие, изменяются распределения тока и разности потенциалов (рис. 1). Выходной ток УКЗ увеличивается, соответственно увеличиваются значения U_т-з в точках дренажа от значения U₁ до значения U₁¢¢ и значения U₂ до значения U₂¢¢. При этом, минимальное значение U_т-з между УКЗ U₃ уменьшается до значения U₃¢¢.

Считается, что оптимальная защищенность трубопровода достигается путем контроля и поддержания U₃¢ £ U_min. При образовании «провалов» в защите, где U₃¢ ³ U_min повышают выходное напряжение УКЗ, что еще более смещает значения U₁¢ и U₂¢ в отрицательную область.

Теоретически участки нефтепровода, имеющие падения («провалы») потенциалов, должны быть оперативно переизолированы, тем самым должен быть восстановлен первоначальный уровень катодной защиты. Практически, участки трубопроводов с дефектным покрытием вызывают перераспределение разности потенциалов, характеризующееся существенным повышением потенциалов в точках дренажа УКЗ и их падением на удалении от УКЗ. Соответственно, повышенные потенциалы еще более интенсифицируют процессы катодного отслаивания изоляции развития КРН, а падение потенциалов приводит к неполной защите локальных участков.

 

Рисунок 1- Схема изменения потенциалов при увеличении продолжительности эксплуатации трубопровода

 

Рассмотрим участок магистральных трубопроводов с координатой 24,0…24,3 км – подводный переход через реку Чуть.

На данном участке имеется существенный перепад высот до 35 м, трубопровод проложен в высокоомных грунтах – известняковых сланцах. Высокое электрическое сопротивление грунта на локальных участках препятствует прохождению электрического тока от станции катодной защиты, о чем свидетельствуют недостаточные потенциалы, не соответствующие требованиям полноты катодной защиты (рис. 2).

Недостаточность катодной защиты наблюдается, несмотря на то, что УКЗ находится на удалении 1 км от данного участка. При этом, в точке дренажа УКЗ наблюдается превышение допустимого потенциала поляризации на 0,2 В, что в определенных химических условиях соответствует потенциалу начала выделения водорода, что существенно ухудшает механические характеристики стали труб. Таким образом, необходимо увеличить защитный потенциал на участке с координатой 24,2 км и уменьшить его на участке с координатой 25,0 км.

Для устранения указанных несоответствий можно применить следующие способы.

Способ 1. Установка на участке дополнительных УКЗ. Недостатки решения:

1.   Значительные капвложения, связанные с установкой станций, монтажом воздушных линий к анодным заземлениям и т.д.

2.   Значительные эксплуатационные затраты на электроэнергию и обслуживание станции.

Рисунок 2- Распределение потенциалов с омической составляющей и потенциалов поляризации на участке трубопровода с координатой 24…25 км

 

Способ 2. Установка новых мачтовых станций катодной защиты локального действия.

Станция устанавливается на ж/б столбе линии электропередач 10 кВ, расположенной на расстоянии 50 – 200 м от защищаемого трубопровода в зависимости от степени удаления нитки трубопровода от ЛЭП. Такого удаления от трубопровода достаточно чтобы обеспечить длину защитной зоны на уровне 1,5 – 3 км.

Второй способ представляет собой более удачной решение вследствие того, что минимизируются затраты на монтаж станции и анодов которые могут быть подпочвенными. Кроме того благодаря малой мощности станции снижается потребляемая электрическая мощность, а, следовательно, затраты на электроэнергию. Однако способ также не лишен недостатков, к которым следует отнести следующее.

1.     Ненадежность работы высоковольтного оборудования при работе на открытом воздухе.

2.     Техническая сложность преобразования напряжения 10 кВ в 220 В при малой установленной мощности.

В связи с указанными недостатками известных решений предлагается способ установки протяженно распределенных анодов, устанавливаемых также вблизи ЛЭП. Кабель к анодам подводится от действующих станций катодной защиты по столбам существующей ЛЭП.

Достоинство данного способа – минимальные вложения в реконструкцию, использование мощности существующей УКЗ.

Технологическая схема ЭХЗ с протяженно распределенными анодами позволяет увеличить длину защитной зоны по сравнению со схемой катодной защиты с сосредоточенными анодами, а также обеспечивает более равномерное распределение защитного потенциала.

При применении технологической схемы ЭХЗ с протяженно распределенными анодами могут использоваться различные схемы размещения анодных заземлений. Наиболее простой является схема с анодными заземлениями, равномерно установленными вдоль трубопровода (рис. 3).

Регулировка защитного потенциала осуществляется путем изменения тока анодного заземления при помощи регулировочного сопротивления или любого другого устройства, обеспечивающего изменение тока в необходимых пределах.

Для установления оптимального защитного потенциала предусмотрена возможность регулирования. В простейшем случае путем установки последовательно анодному заземлению реостата.

Рисунок 3- Технологическая схема ЭХЗ с анодными заземлениями, распределенными вдоль трубопровода: 1 - трубопровод; 2 - источник постоянного тока (станция катодной защиты); 3 - соединительная линия постоянного тока; 4 - регулировочные сопротивления; 5 - анодные заземлители

 

Для снижения мощности потребляемой пассивными регуляторами, возможно применение устройств регулирующих степень защищенности труб в импульсном режиме, например, путем изменения скважности импульсов. Также можно предусмотреть автоматическое поддержание потенциала, в том числе и с передачей данных о параметрах работы системы ЭХЗ на диспетчерский пульт.