Электроизолирующие фланцевые соединения как средство борьбы с электрохимической почвенной коррозией и коррозией от блуждающего электри

РУП «Минскэнерго»

филиал Минские тепловые сети

РЕФЕРАТ:

«Электроизолирующие фланцевые соединения как средство борьбы с электрохимической почвенной коррозией и

коррозией от блуждающего электрического тока »

Подготовил:                                         

зам. нач. ОНиОТ                                         

Крейс В.А.                                                       

Проверил:                                                       

зам. главного инженера-             

нач. ОНиОТ                                         

Петухович Н.А.                                         

Минск 2008

Введение.

              Из трех элементов цепи теплоснабжения (теплоисточник – тепловая сеть – потребитель) наиболее уязвимым звеном является тепловая сеть. Вследствие состава присоединенных потребителей, тепловые сети должны работать круглогодично и плановые отключения для их ремонта должны сводиться к минимуму (в пределах одной – двух недель).

              Тепловые сети в городах прокладываются исключительно под землей. Основной тип прокладки – непроходной канал. Антикоррозионная защита наружной поверхности самого трубопровода практически отсутствует, т.к. применяемые покрытия различными лаками могут предохранить трубу от коррозии только на 1-2 года. В этих условиях возможность долговечной работы подземного теплопровода определяется исключительно местными условиями.

              Постоянное наличие воздушного зазора по всей окружности теплопровода (между тепловой изоляцией и стенками канала) является достаточной гарантией отсутствия наружной коррозии теплопровода в канале. Однако сохранить этот воздушный зазор, если даже он выполнен при монтаже по проекту, весьма трудно, т.к. он обычно подвергается затоплению либо грунтовыми, либо верховыми водами и, особенно часто, водой из смежных трубопроводов при авариях (водопровод, водосток, канализация).

              По мере старения сетей и увеличения общей равномерной коррозии труб, скорость которой обычно составляет около 0,1 мм/год, количество местных сквозных повреждений на теплопроводах растет. При сравнительно небольшом среднем сроке службы тепловых сетей (10-15 лет) в большинстве городов насчитывается по 20-30 повреждений на каждые 100 км трассы. Более 90% этих повреждений вызвано почвенной очаговой наружной коррозией, скорость которой достигает до 0,5 мм в год.

              Таким образом, в теплоэнергетике всегда стояла и стоит задача обеспечения надежности работы тепловых сетей, а также поиск методов и материалов, обеспечивающих долговечность их эксплуатации.

Защита от электрохимической коррозии.

              К разновидностям почвенной очаговой коррозии трубопроводов относятся электрохимическая почвенная коррозия и коррозия от блуждающего электрического тока.

              Низкое качество антикоррозионного покрытия подземных трубопроводов в условиях большой насыщенности и подземными электрическими коммуникациями и трамвайными путями приводит к электрохимической коррозии и коррозии блуждающими токами в месте их прокладки. Причиной возникновения данных видов коррозии является также и состояние внутреннего электрохозяйства зданий. В результате его старения, а также при активном содействии некоторых «умелых» жильцов, внутридомовые трубопроводы систем водоснабжения и теплоснабжения оказываются под воздействием электрического тока.

Кроме того, в процессе реконструкции старых систем электроснабжения зданий и монтаже новых систем, внедряется трех- и пятипроводная схема подключения электрооборудования., т.е. фактически к фазным и нулевому проводнику добавляется нулевой защитный проводник. Поэтому любая неочевидная ошибка в подключении электрооборудования в этих схемах (чаще всего при подключении монтажники путают рабочий и защитный нулевые проводники, или подключают их к одной клемме). Это приводит к появлению неконтролируемого растекания токов по металлоконструкциям и трубопроводам систем водоснабжения и отопления зданий. Такая ошибка не только увеличивает скорость точечной коррозии трубопроводов, но и представляет опасность поражения людей электрическим током.

              Одним из основных мероприятий, которое позволяет подавить процесс коррозии, вызванной блуждающими токами на существующих тепловых сетях и водопроводах, является электрохимическая защита подземных трубопроводов. Другим мероприятием по защите металлических трубопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, являются электроизолирующие фланцевые соединения (ЭФС), которые уменьшают электрохимическую коррозию трубопровода путем увеличения его продольного сопротивления и соответствующего снижения величины коррозионного тока.

              ЭФС представляет собой прочно-плотное соединение двух участков трубопровода, которое с помощью электроизолирующей прокладки и втулок препятствует прохождению электрического тока вдоль трубопровода, что необходимо при вводах теплопроводов на производственных объектах по обслуживанию трамваев, метрополитена, электрифицированных на постоянном токе железных дорог (депо, тяговые подстанции, ремонтные базы и т.п.).

              При наличии гальванического контакта трубопроводов тепловой сети с грунтом (через неподвижные опоры, стенки тепловых камер и др.), при отсутствии ЭФС, трубопроводы тепловой сети фактически будут заземлителями, со всеми вытекающими отсюда последствиями (в принципе, это является нарушением требований ПУЭ, где говорится о недопустимости использования в качестве заземлителей трубопроводов коммуникаций, в том числе и центрального отопления).

              Для решения проблемы неконтролируемого растекания токов обычно принимают следующие меры: электрически изолируют все внутренние водопроводные линии от подводящей магистрали посредством установки ЭФС или проводят замену подверженных ускоренной коррозии металлических труб на пластиковые.

              Конструкции ЭФС, применяемые на газопроводах, непригодны для использования на тепло-водопроводах, где параллельно трубопроводу через столб воды также возможно протекание тока. При этом в случае наличия электроизолирующего элемента на трубопроводе возможно проникновение опасного анодного растворения внутренней поверхности трубопровода, поскольку в зоне ЭФС падение напряжения может достигать 0,5 В.

Электрическое сопротивление ЭФС при прочих равных параметрах в основном обусловлено толщиной электроизолирующей прокладки (), т.е. практически длиной столба жидкости, равной толщине прокладки, поэтому уменьшение тока утечки может быть достигнуто увеличением (d). Необходимость снижение скорости коррозии до допустимых значений (с учетом неравномерности распределения тока утечки на анодном участке трубопровода) требует увеличения электрического сопротивления (т.е. длины) столба жидкости не менее, чем на два порядка величин. Исходя из конструктивных соображений, увеличение длины столба жидкости на указанную величину практически может быть реализовано лишь изоляцией внутренней поверхности труб в зоне ЭФС покрытием с переходным электрическим сопротивлением Rпер>100 Ом/м2 (см. часть а) рисунка 1).

              На основе рекомендаций, изложенных в технической литературе, суммарную длину участков, примыкающих к ЭФС, принимают равной не менее 2d трубопровода. При этом электрическое сопротивление ЭФС на трубопроводе диаметром d=500 мм, заполненном водой с удельным электрическим сопротивлением =20 Омм, составит не менее 100 Ом (электрическое сопротивление ЭФС на трубопроводе без воды должно быть не менее 5 Мом).

              Выбор длины диэлектрической вставки существенно влияет как на скорость коррозии (плотность коррозионного тока) на границе труба-диэлектрическая вставка, так и на интегральный ток коррозии. При этом, согласно расчетам и экспериментальным данным существенное снижение (в несколько раз) указанных параметров достигается при выборе длины диэлектрической вставки (L) исходя из соотношения L/2R>2, где R – радиус трубопровода. Использование длинных вставок L/2R>3 не дает существенного дополнительного эффекта снижения тока коррозии.

              Требование, при котором обеспечивается длина столба жидкости, может быть реализовано в трех вариантах исполнения узла фланцевого соединения (см. рисунок 1). Анализ преимуществ и недостатков представленных вариантов показывает, что предпочтение следует отдавать второму и третьему вариантам. В первом варианте при появлении повреждения изолирующего покрытия вблизи фланцевого соединения резко сокращается длина диэлектрической вставки L, что соответственно увеличивает опасность коррозии в месте дефекта, если анодный участок ЭФС находится на поверхности с покрытием. Это полностью исключается в третьем варианте и лишь частично имеется во втором. Поэтому соотношение L/2R=3 можно считать оптимальным при выборе геометрии диэлектрической вставки.

              В качестве антикоррозионного диэлектрического покрытия на внутренней поверхности примыкающих к фланцевому соединению труб может быть рекомендовано покрытие, обладающее термовлагостойкостью и стойкостью в агрессивных средах, например, силикатно-эмалевое покрытие. Покрытие наносят и на плоскую часть фланцев, где устанавливается диэлектрическая прокладка.

Рисунок 1. Электроизолирующее фланцевое соединение для тепло- и водопроводов:

а) – антикоррозионное покрытие внутри трубопровода с одной стороны ЭФС: 1 – стальная труба диаметром d; 2 – антикоррозионное диэлектрическое покрытие; 3 – фланцевое соединение; 4 – диэлектрическая прокладка;

б) - антикоррозионное покрытие с обеих сторон ЭФС;

в) - антикоррозионное покрытие внутри вставки между двумя ЭФС.

              В качестве диэлектрических прокладок можно применять материалы, обладающие термовлагостойкостью и необходимыми прочностными характеристиками, например, фторопласт. Фланцевое соединение осуществляется на болтах, электроизоляция которых от фланцев достигается с помощью втулок из конструкционного текстолита марки ПТК-1, термостойкость которого обеспечивается при температуре до 140ºС.

              Для исключения случаев прожигания электроизолирующего слоя при монтаже, необходимо нанести на наружную поверхность ЭФС сигнальную окраску, указывающую место, где можно производить сварочные работы.

              Для контроля работоспособности ЭФС необходимо вывести контрольные проводники от разделяемых участков трубопровода в контрольно-измерительный пункт (см. рисунок 2), расположенный в удобном для производства измерений месте.

Рисунок 2. Пример установки и контроля ЭФС.

1 – электроперемычка из стальной полосы 4х40 мм;

2 – изолирующие фланцевые соединения;

3 – контрольно-измерительный пункт.

              ЭФС является высокотехнологичным изделием и требует неукоснительного соблюдения технологии нанесения термовлагостойких электроизолирующих покрытий и определенных навыков при монтаже.

Литература:

1.                 Громов Н.К. Эксплуатация тепловых сетей. Новости теплоснабжения №6, 2004 г.

2.                 Александров А.А., Добряков А.А. и др. Повышение эффективности применения электроизолирующих фланцевых соединений в трубопроводах водо- и теплоснабжения. Новости теплоснабжения №4, 2007 г.