Анодное заземление поверхностное

Анодное заземление (варианты)

Владельцы патента RU 2613803:

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при изготовлении глубинных и поверхностных анодных заземлений. Анодное заземление содержит провод токоввода, электрод из малорастворимого полимерного углеродсодержащего материала и контактный узел, электрод выполнен цилиндрической формы из спрессованной при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°C смеси полиуретана (10-30 мас.) и малорастворимого углеродсодержащего материала (70-90 мас.%). Контактный узел, содержит шпильку, запрессованную по оси электрода, по первому варианту анодного заземления на незапресованной части шпильки с помощью фиксирующих гаек закрепляется провод токоввода, в торце электрода над контактным узлом размещена изолирующая оболочка. По второму варианту анодного заземления провода токовводов закрепляются на незапрессованных частях шпильки в обоих торцах электрода. Технический результат: снижение расхода электроэнергии на катодную защиту, повышение сохранности контакта провода токоввода с материалом электрода, снижение скорости деструкции анодного заземления в процессе работы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при изготовлении глубинных и поверхностных анодных заземлений.

Известен анодный заземлитель (патент RU №2542867, опубл. 20.12.2014, МПК C23F 13/00), содержащий анод, выполненный в виде цилиндра, и контактный узел. Анод изготовлен из титанового сплава с электроактивным покрытием из диоксида марганца снаружи и внутри, соединен с трубчатым биметаллическим токоотводом контактного узла, состоящим снаружи из титанового сплава, а внутри из меди, для электрической коммутации с токопроводящим медным кабелем. Контактный узел герметизирован посредством полимерного материала и термоусаживаемой трубки.

Недостатками данного технического решения являются: возможность анодной пассивации титана, сопровождающейся возрастанием напряжения между изделием и заземлителем, что приводит к повышенному расходу электроэнергии, а также использование дорогостоящего материала, титана.

Наиболее близким к заявляемому является анодное заземление (патент RU №2033476, опубл. 20.04.1995, МПК C23F 13/00), для катодной защиты от коррозии подземных протяженных металлических сооружений, содержащее магистральный проводник (у нас — провод токоввода), выполненный с по меньшей мере одной жилой, имеющей заданные электрические характеристики, и электрод из малорастворимого полимерного материала с углеродсодержащим наполнителем, выполненный в виде многослойной гибкой оболочки.

Недостатком прототипа является ограниченная сохранность контакта полимера с магистральным проводником из-за проникновения через поры полимерной оболочки почвенных растворов и механических повреждений при укладке в грунт и его подвижках, высокая скорость деструкции материала электрода вследствие его высокой пористости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение расхода электроэнергии на катодную защиту, замена дорогостоящих электродных материалов на более дешевые и доступные, повышение сохранности контакта провода токоввода с материалом электрода, снижение скорости деструкции анодного заземления в процессе работы.

Поставленная задача по первому варианту решается тем, что в анодном заземлении, содержащем провод токоввода, электрод из малорастворимого полимерного углеродсодержащего материала и контактный узел, электрод выполнен цилиндрической формы диаметром 60-90 мм и длиной 800-1000 мм из спрессованной при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°C смеси связующего, в качестве которого используют полиуретан, и малорастворимого углеродсодержащего материала при следующем соотношении компонентов, масс. %:

в торце электрода расположена цилиндрическая полость диаметром 0,5-0,6 диаметра электрода, глубиной 40-50 мм с проточкой высотой 10-15 мм диаметром 0,6-0,7 диаметра электрода и контактным узлом, содержащим шпильку, запрессованную по оси электрода таким образом, чтобы расстояние от ее крайней точки до глухого торца электрода составляло 40-45 мм, на незапрессованной части шпильки длиной, равной общей глубине цилиндрической полости и проточки, с помощью фиксирующих гаек закрепляется провод токоввода, причем шпилька имеет диаметр 0,08-0,3 диаметра электрода, в торце электрода над контактным узлом размещена изолирующая оболочка.

Поставленная задача по второму варианту решается тем, что в анодном заземлении, содержащем провод токоввода, электрод из малорастворимого полимерного углеродсодержащего материала и контактный узел, электрод выполнен цилиндрической формы диаметром 90-110 мм и длиной 800-1000 мм из спрессованной при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°C смеси связующего, в качестве которого используют полиуретан, и малорастворимого углеродсодержащего материала при следующем соотношении компонентов, масс. %:

в торцах электрода расположены цилиндрические полости диаметром 0,5-0,6 диаметра электрода, глубиной 40-50 мм, каждая из которых содержит проточку высотой 10-15 мм, диаметром 0,6-0,7 диаметра электрода и контактный узел, содержащий шпильку, запрессованную по оси электрода, на незапрессованных частях шпильки с помощью фиксирующих гаек закрепляется провод токоввода, причем шпилька имеет диаметр 0,08-0,3 диаметра электрода и длину, равную длине электрода, в торцах электрода над контактными узлами размещены изолирующие оболочки.

В качестве углеродсодержащего материала может использоваться графит литейный или смесь графита литейного и магнетита при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В качестве изолирующей оболочки может использоваться колпак, закрепленный с помощью термоусадочной муфты на корпусе электрода и заполненный герметиком.

Использование в качестве связующего полиуретана, двухкомпонентного эластомера, отверждающегося при 18-25°C, позволяет снизить свободную пористость электрода, что исключает его механическую деструкцию за счет расклинивающего давления проникающего в поры почвенного раствора. Прессование компонентов при давлении 10-50 мПа при комнатной температуре обеспечивает максимальную электропроводность за счет большой площади межзеренных контактов углеродсодержащих материалов электрода. Полиуретановое связующее при длительном контакте с почвенными растворами не подвергается гидролизу с образованием экологически опасных компонентов, что предотвращает химическую деструкцию материала электрода. Жесткая фиксация материала электрода в полимерной матрице снижает скорость его деструкции за счет заполнения пор газообразными продуктами окисления графита и созданием избыточного давления в микрополостях материала, что также исключает повышение потенциала электрода в процессе работы, т.е. повышенный расход электроэнергии. Размеры электрода, диаметр 60-90 мм и длина 800-1000 мм, выбраны из соображений удобства транспортирования и монтажа, а также диапазона допустимых значений тока, составляющего 2-5 А. Запрессовка шпильки контактного узла на большую часть длины электрода по первому варианту обеспечивает снижение контактного сопротивления, что приведет к снижению затрат электроэнергии на катодную защиту. Расстояние от крайней точки запрессованной части шпильки до глухого торца электрода 40-45 мм обеспечивает надежное исключение проникновения почвенных растворов по порам к поверхности шпильки, что приводило бы к увеличению переходного сопротивления в процессе эксплуатации. Наличие токопроводящего (глухого) торца, остающегося открытым вследствие наличия контактного узла только в одном торце электрода, увеличивает рабочую поверхность электрода, что в поверхностном варианте устройства заземления обеспечивает работу заземления при возникновении на боковой поверхности слабопроводящего слоя. Размеры цилиндрических полостей, диаметр 0,5-0,6 диаметра электрода и глубина 40-50 мм обусловлены необходимостью размещения в них фиксирующих гаек, что исключает смещение шпильки при механических нагрузках. Размеры проточки, высота 10-15 мм и диаметр 0,6-0,7 диаметра электрода обеспечивают создание толщины слоя герметика, препятствующего проникновению к контактному узлу почвенных растворов, а также размещение под слоем герметика провода токоввода без изгибов, приводящих к его облому.

Расположение контактных узлов в обоих торцах электрода по второму варианту обеспечивает простоту и надежность сборки анодного заземления в виде гирлянды при глубинном варианте применения. Такая сборка может выполняться как на предприятии-изготовителе без использования специальных влагозащищенных контактных зажимов, так и непосредственно при установке заземления с минимальным количеством контактных зажимов, что снижает риск выхода заземления из строя по причине коррозии коммутационных элементов, а также позволяет минимизировать расход кабеля при устройстве анодного заземления. Выбор диапазона диаметра шпильки 0,08-0,3 диаметра электрода обусловлен требованиями к максимальным токам анодного заземления. Фиксация провода токоввода с помощью гаек обеспечивает надежный в электрическом и механическом отношении контакт со шпилькой контактного узла. Размеры цилиндрических полостей, диаметр 0,5-0,6 диаметра электрода и глубина 40-50 мм обусловлены необходимостью размещения в них фиксирующих гаек, что исключает смещение шпильки при механических нагрузках. Размеры проточки, высота 10-15 мм и диаметр 0,6-0,7 диаметра электрода, обеспечивают создание толщины слоя герметика, препятствующего проникновению к контактному узлу почвенных растворов, а также размещение под слоем герметика провода токоввода без изгибов, приводящих к его облому. Изолирующая оболочка предназначена для предохранения контактного узла от попадания влаги, вызывающей интенсивную коррозию токоведущих частей. Защитные свойства изолирующей оболочки обеспечиваются ее компонентом, обладающим высокой адгезией к материалу электрода и металлам, вязкостью и текучестью, обеспечивающими затекание до отверждения или уплотнения во все полости контактного узла, а также устойчивостью к перепадам температур. Механическую прочность изолирующей оболочки обеспечивает ее внешняя жестко закрепленная на корпусе электрода часть. В частном случае применения в состав изолирующей оболочки входят колпак, закрепленный с помощью термоусадочной муфты на корпусе электрода и заполненный герметиком. В качестве такого герметика могут использоваться силиконовый герметик, полиуретан. Использование в качестве углеродсодержащего материала смеси графита литейного и магнетита способствует снижению скорости растворения электрода в средах с повышенной коррозионной активностью.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена конструкция анодного заземления по первому варианту в поперечном сечении.

На фиг. 2 изображена конструкция анодного заземления по второму варианту в поперечном сечении.

По первому варианту анодное заземление состоит из электрода 1, спрессованного при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°C из смеси связующего, в качестве которого используют полиуретан, и малорастворимого углеродсодержащего материала при следующем соотношении компонентов, масс. %: углеродсодержащий материал 70-90; полиуретан 10-30. В частном случае применения в качестве малорастворимого углеродсодержащего материала может использоваться графит литейный или смесь графита литейного и магнетита при следующем соотношении компонентов, масс. %: графит литейный — 30-50; магнетит — 50-70. В торце цилиндрического корпуса электрода имеется цилиндрическая полость 2 диаметром 0,5-0,6 диаметра электрода, глубиной 40-50 мм с проточкой 3 высотой 10-15 мм и диаметром 0,6-0,7 диаметра электрода для размещения и герметизации контактного узла. Контактный узел состоит из шпильки 4 диаметром 0,08-0,3 диаметра электрода, запрессованной по оси электрода таким образом, чтобы расстояние от ее крайней точки до глухого торца электрода составляло 40-45 мм, на незапрессованной части которой с помощью гаек 5 и 6 закрепляется провод токоввода 7. Изолирующая оболочка контактного узла в частном случае применения представляет собой колпак, закрепленный с помощью термоусадочной муфты 8 на корпусе электрода 1, заполненный герметиком 9.

По второму варианту анодное заземление состоит из электрода 1, спрессованного при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°C из смеси связующего, в качестве которого используют полиуретан, и малорастворимого углеродсодержащего материала при следующем соотношении компонентов, масс. %: углеродсодержащий материал 70-90; полиуретан 10-30. В частном случае применения в качестве малорастворимого углеродсодержащего материала может использоваться графит литейный или смесь графита литейного и магнетита при следующем соотношении компонентов, масс. %: графит литейный- 30-50; магнетит — 50-70. В каждом из торцов цилиндрического корпуса электрода имеется цилиндрическая полость 2 диаметром 0,5-0,6 диаметра электрода, глубиной 40-50 мм с проточкой 3 высотой 10-15 мм и диаметром 0,6-0,7 диаметра электрода для размещения и герметизации контактного узла. Оба контактных узла собраны на незапрессованных частях шпильки 4 диаметром 0,08-0,3 диаметра электрода, на каждой из которых с помощью гаек 5 и 6 закрепляется провод токоввода 7. Изолирующие оболочки контактных узлов в частном случае применения представляют собой собой колпаки, закрепленные с помощью термоусадочных муфт 8 на корпусе электрода 1, заполненные герметиком 9.

Смотрите так же:  Открытая наружная электропроводка

Анодное заземление, предназначенное для работы в глубинных и поверхностных слоях почвы при защите от электрохимической коррозии металлических сооружений и коммуникаций, в том числе магистральных нефтегазопроводов, контактирующих с грунтом, работает следующим образом. Анодные заземления укладывают горизонтально или вертикально ниже уровня промерзания грунта и ниже или на уровне грунтовых вод, при этом они присоединены кабелями к положительному полюсу станции катодной защиты. Защищаемая конструкция присоединяется к отрицательному полюсу. По первому варианту по кабелю от станции катодной защиты проходит постоянный ток расчетной силы и напряжения, который поступает на электрод 1 через провод токоввода 7 и шпильку 4. Устойчивая работа контактного узла в течение длительного времени эксплуатации обеспечивается изолирующей оболочкой, состоящей в частном случае применения из колпака, закрепленного с помощью термоусадочной муфты 8 на корпусе электрода 1 и заполненной герметиком 9. Протекание анодного тока через электрод 1 обеспечивает смещение потенциала защищаемого изделия в область значений, требуемых для полного подавления процессов коррозионного разрушения. По второму варианту от станции катодной защиты проходит постоянный ток расчетной силы и напряжения, который поступает на электрод 1 через провод токоввода 7 и шпильку 4, а также на следующий электрод гирлянды через контактный узел, расположенный на противоположном торце анодного заземления. Устойчивая работа контактного узла в течение длительного времени эксплуатации обеспечивается изолирующей оболочкой, состоящей в частном случае применения из колпака, закрепленного с помощью термоусадочной муфты 8 на корпусе электрода 1 и заполненного герметиком 9.

Предлагаемый анодный заземлитель имеет удельное сопротивление 200-250 Ом⋅мм 2 /м и скорость растворения 0,1-0,12 кг/А год. Потенциал электрода по медно-сульфатному электроду сравнения при плотности тока 2-5 А/м 2 составляет 1,5-1,8 В, что позволяет снизить напряжение между электродами, то есть снизить расход электроэнергии на катодную защиту. Заземление не содержит дорогостоящих материалов.

Таким образом, предлагаемый состав электрода и конструкция анодного заземления позволяют снизить расход электроэнергии на катодную защиту, повысить надежность контактного узла и снизить скорость деструкции электрода. Варианты конструкции имеют одинаковое назначение и рекомендуются к применению: первый вариант для одиночного электрода, чаще всего для поверхностного заземления, второй вариант для гирлянды электродов при устройстве глубинного заземления.

На основании проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанные состав и конструкция анодного заземления соответствуют требованиям новизны и изобретательскому уровню. Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что разработанная конструкция промышленно применима и может быть использована в системах электрохимической защиты от коррозии и защищена патентом Российской Федерации.

1. Анодное заземление, содержащее провод токоввода, электрод из малорастворимого полимерного углеродсодержащего материала и контактный узел, отличающееся тем, что электрод выполнен цилиндрической формы диаметром 60-90 мм и длиной 800-1000 мм из спрессованной при давлении 10-50 мПа и температуре 18-25°С смеси связующего, в качестве которого используют полиуретан, и малорастворимого углеродсодержащего материала при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Принципы работы и использование различных видов анодных заземлителей

Анодное заземление — главный компонент установки катодной защиты и состоит из анодных электродов, размещенных в электролитической коррозионной среде. Заземление этого типа используется для защиты подземных металлических коммуникаций от коррозийных процессов.

Принципы работы анодных заземлителей

Примерно в середине XX века ученые осознали, что преодолеть развитие коррозии расположенных под землей металлических конструкций за счет одних только защитных покрытий не представляется возможным. По причине неоднородной структуры, высокой влажности и кислотности грунта на поверхности металла возникают участки с противоположными электродными потенциалами. В результате возникают гальванические коррозионные образования.

Коррозионное разрушение металла дополнительно провоцируется воздействием блуждающих токов. Такие токи время от времени появляются в почве, на поверхности которой проходит электрический транспорт, расположены электроподстанции, сотовые вышки и т. п.

Чтобы избежать коррозионных процессов, используются установки катодной защиты. Объект оказывается в условиях отрицательной поляризации, где выступает в качестве катода. Роль анода отдается специальному заземлительному устройству.

Находясь в электролитной среде, разные виды металлы имеют отличные друг от друга электродные потенциалы. Если в стальном трубопроводе запустить минус от постоянного источника электричества, а рядом с трубой установить электрод из цинка, алюминия или магния с подведенным к нему плюсом, цветной металл выступит в качестве анода. Электролизная реакция на поверхности металла запускает восстановительные процессы, ржавление становится менее интенсивным, а анод подвергается разрушению. Такие аноды называют жертвенными электродами.

По указанной схеме защищаются всевозможные металлические конструкции, находящиеся под землей, в том числе емкости, колонны, трубопроводы. Для организации эффективной защиты важно не только правильно подобрать анодный заземлитель, но и безошибочно выполнить монтажные работы.

В условиях плотной застройки в городах анодный заземлитель часто невозможно разместить по горизонтали. Существует вероятность его отрицательного воздействия на окружающие объекты. В связи с этим американские ученые выдвинули предложение возможности установки заземляющих устройств на большой глубине в вертикальном положении. Первое воплощение идеи увидело свет в 1952 году в США. Анодный заземлитель был установлен на глубину 90 метров.

В дальнейшем на практике было доказано, что глубинные заземлители подходят не только для городов, но и для использования на участках, где верхние пласты почвы отличаются повышенным удельным сопротивлением. Удаляясь от поверхности, сопротивление должно сокращаться. Неприменима технология глубинного заземления только для скальных пород и заболоченной местности.

Виды анодных заземлителей

Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.

Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.

Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды.

Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.

Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.

Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.

Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.

Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.

Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.

Особенности проектирования и установки

Проектирование и монтаж глубинного заземляющего устройства осуществляются в соответствии с определенными правилами:

  1. Электроды, входящие в гирлянду, устанавливают исключительно ниже уровня промерзания почвы. Особенно четко это условие следует соблюдать в регионах с многолетними мерзлыми грунтами.
  2. При превышении силы тока на катодной станции 25 Ампер понадобится установка на гирлянду перфорированной трубки для удаления газов, выделившихся в процессе работы оборудования. В противном случае газовая оболочка, возникающая возле анода, увеличивает сопротивление и сокращает радиус действия системы.
  3. Чтобы продлить срок службы электродов, скважину засыпают не землей, а коксовой крошкой.

Популярные модели анодного заземления

На рынке есть множество моделей, предназначенных как для поверхностной установки, так и для глубинной. Техника поставляется в комплекте, содержащем от 10 до 20 заземлителей и один источник электропитания.

Среди поверхностных заземлителей отечественного производства стоит выделить такие модели:

  1. «Менделеевец-ММ». Поверхностная модель, эффективно предотвращающая деструктивные процессы в подземных конструкциях. Заземлитель используют для защиты нефтегазовых объектов, но и могут задействовать и для охраны любых других металлических коммуникаций, расположенных в грунте. Интенсивность растворения электрода — 300 граммов в год. Исходя из массы электрода — 43 килограмма, — его хватит более чем на столетие.
  2. «Менделеевец-МТП». Магниевый анодный заземлитель поверхностного типа, используемый для предотвращения коррозии на магистральных трубопроводах. Характеристики модификации позволяют работать в условиях особенно агрессивных сред. Например, «Менделеевец-МТП» часто используют для защиты портовых сооружений. В комплектацию устройства входит станция, поставляющая электропитание.

Распространенные глубинные модели:

  1. «ГАЗ-М». Рассчитано на защиту глубоко установленных конструкций всех типов. Работает с током 10 Ампер.
  2. «Менделеевец-МРКГ». Устройство малорастворимого типа, предназначенное для работы в почвах с повышенным уровнем удельного сопротивления. В комплектацию входит до 24 заземлителей.

Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.

Использование различных анодных заземлителей

Для обеспечения защиты подземных коммуникаций от коррозии, применяются анодные заземлители. Данный способ электрохимического предотвращения процесса окисления металла, позволяет эксплуатировать различные коммуникации и объекты под землей.

Устройство

Работают анодные заземлители следующим образом. Находясь в электролите различные металлы, имеют отличные электродные потенциалы. Поэтому если по трубопроводу пустить «-» от постоянного источника электроэнергии, а в непосредственной близости от трубы разместить электрод, состоящий из магния алюминия или цинка, к которому будет подведён «+», то данные металлы по отношению к обычной стали в электролите будут выполнять функцию анода.

Этот элемент, в данной электрохимической системе, будут саморазрушаться в почве, тем самым предохраняя катод, то есть трубу газопровода или другой коммуникации, от воздействия коррозии.

Смотрите так же:  Прибор для измерения частоты тока

Подобным образом могут быть защищены от разрушения, подземные металлические ёмкости, и другие объекты, которые изготовлены из материала подверженного коррозии. Для того чтобы была обеспечена защита подземных металлических объектов на должном уровне, необходимо не только выбрать качественный анодный заземлитель, но и правильно осуществить монтажные работы.

Виды анодных заземлителей

Для обеспечения катодной защиты металлических объектов применяются 2 основных вида анодных заземлителей: поверхностный и глубинный.

Поверхностный заземлитель располагается, примерно, на одной глубине с защищаемым объектом, имеет небольшие размеры и радиус действия. Поверхностный заземлитель представляет собой электрод, который состоит из магниевого или цинкового сплава и имеет кабель для присоединения к питающей станции.

Для удешевления данной конструкции без потери качества, современные модели изготавливаются из специального железокремниевого сплава устойчивого к коррозии. Практически все поверхностные заземлители имеют стержневую форму с круглой отливкой и надёжно изолированными местами присоединения контактного провода к заземлителю. Количество стержней анодной защиты, должно быть рассчитано специалистом.

Каждый стержень присоединяется к магистральной линии с помощью термитной сварки или специальных зажимов. Чтобы заземлитель прослужил не менее 35 лет, его следует присыпать коксо-минеральным составом, который способствует уменьшению процесса распадения анода в почве.

Глубинный анодный заземлитель выполняет такие же функции, как и поверхностные модели устройства, но монтаж и устройство этого прибора, имеют существенные отличия. Глубинное анодное заземление устанавливается только в том случае, когда монтаж поверхностных приборов невозможен. Глубина установки приборов может составлять до 40 метров.

Масса прибора, также значительно повышается за счёт дополнительной нагрузки из коксо-минерального вещества, которым покрывается данный прибор. Затраты на установку анодного заземления этого типа, увеличиваются за счёт применения механизированного бурения. При невозможности осуществить бурение с помощью самоходных машин, монтаж глубинного заземления может быть осуществлён с применением переносных буровых установок.

Несмотря на значительно более сложный процесс установки подобного оборудования, электрод анодного заземления этот типа, способен защитить металлические объекты, находящиеся в почве на значительном расстоянии. Особенно эффективен данный метод анодного заземления в условиях города, когда многочисленные монтажные работы по установке поверхностных заземлителей, очень затруднительны или невозможны.

Данные устройства позволяют значительно сократить расходы на электроэнергию, по причине большего радиуса действия прибора, при этом, эффект экранирования значительно снижается за счёт меньшей плотности устанавливаемых объектов анодной защиты. Сопротивление анодного заземления этого типа, не зависит от времени года. Электрод находится на глубине исключающей промерзания грунта, что также является неоспоримым преимуществом данного метода.

Стоимость таких изделий значительно превышает аналогичные поверхностные устройства, при этом срок эксплуатации электронных глубинных заземлителей, по причине воздействия большего давления почвы немного ниже, чем у поверхностных приборов, и составляет около 30 лет.

Лучшие модели анодного заземления

В настоящее время на рынке представлено большое количество различных моделей анодного заземления, как для поверхностного размещения, так и для установки на значительной глубине. В каждом конкретном случае монтажа этого оборудования, количество необходимых элементов должно быть правильно рассчитано и отображено в плане.

Немаловажным условием эффективности защиты, является выбор качественного устройства и надёжной питающей станции. Как правило, такие устройства реализуются в комплекте, состоящем из 10 — 20 заземлителей и одного источника питания. Из поверхностных заземлителей наиболее часто для защиты подземных металлических объектов используется следующие модели:

  • «Менделеевец»–ММ — данный вид поверхностного заземлителя позволяет осуществлять эффективно предотвращать разрушение подземных коммуникаций. «Менделеевец»–ММ применяется преимущественно в сфере нефтегазовых коммуникаций, но может быть использован и для других подземных объектов, которые могут подвергаться коррозии. Скорость анодного растворения электрода составляет 300 г/год, поэтому при массе в 43 кг, защита может эффективно использоваться не менее 100 лет.
  • «Менделеевец»–МТП — магнетитовый поверхностный заземлитель предназначенный для защиты магистральных трубопроводов. Особенностью этой модели, является возможность установки электродов для защиты портовых сооружений. Установленные заземлители отлично справляются с предохранением металлических сооружений, от возникновения коррозионных процессов в высокоагрессивной среде. «Менделеевец»–МТП отличнозагерметизирован в месте подключения питающего провода. Питание осуществляется рабочей электрической станцией, которая входит в комплект данного защитного устройства.

Среди глубинных моделей наибольшее распространение получили следующие приборы:

  • «ГАЗ-М» — глубинный заземлитель отличного качества. Данный прибор отлично справляется с задачей предохранения подземных металлических объектов, в том случае, когда установка более дешёвого варианта поверхностной защиты невозможна. Рабочий ресурс заземлителя составляет не менее 30 лет, а максимальныйрабочий ток — 10 А.
  • «Менделеевец»-МРКГ — малорастворимый глубинный заземлитель, который используется преимущественно в грунте с высоким удельным сопротивлением.

Данное устройство может быть размещено в одной скважине, в количестве до 24 шт. что позволяет защитить подземные объекты максимально эффективно.

Минимальный эксплуатационный срок, данного устройства составляет не менее 30 лет, при условии что монтаж анодного заземлителя был произведён по всем правилам.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Конструкция поверхностного анодного заземления

Существует несколько способов установки железокремнистых электродов при монтаже поверхностных заземлителей. Аноды можно устанавливать с горизонтальным и вертикальным размещением электродов. На рис, 7.16,0 показана конструкция анодного заземления с горизонтальным размещением электродов, а на рис, 7.16, б показано поверхностное анодное заземление с вертикальным размещением железокремнистых электродов. Особенно надежны железокремнистые аноды при устройстве глубинных заземлителей. Конструкция глубин ного заземлителя должна обеспечивать оптимальное исполнение ферросилида в работе анода, надежность и долговечность заземлителя II контактной системы, простоту монтажа, удобство изготовления и ге.хнологичность строптельства. [c.263]

Конструкция поверхностного анодного заземления [c.130]

В настоящее время наряду с анодными заземлениями поверхностного типа получили широкое применение глубинные анодные заземления, применение которых во многих случаях позволяет свести до минимума взаимное влияние защищенного от коррозии сооружения на незащищенное. Проблема взаимного влияния возникает в густонаселенных городских районах с большим подземным хозяйством, на территориях перекачивающих станций и нефтебаз, где осуществление катодной защиты с этой точки зрения представляет большие трудности. Конструкции глубинных анодных зазем- [c.33]

Виды анодных заземлителей

Что такое анодные заземлители?

Анодные заземлители — это рабочие электроды, используемые для обеспечения антикоррозионной защиты подземных сооружений. Благодаря этому способу электрохимзащиты металла от окисления возможна эксплуатация различных металлических объектов под землей.

Устройство

Металлы, расположенные в электролите, характеризуются разными электродными потенциалами. Поэтому они могут выполнять по отношению к обычной стали функцию анода. Происходит это следующим образом: по трубопроводу пускают «минус» от постоянного источника электричества, а рядом с трубой устанавливают электрод, который состоит из цинка, алюминия или магния. К последнему подводят «плюс», так что он превращается в анод. В результате анод саморазрушается в почве, принимая на себя губительное воздействие коррозии и отводя его от катода, т. е. газопроводной трубы, других коммуникаций или емкостей.

Чтобы обеспечить катодную защиту объектов из металла, используют анодное заземление на основе следующих видов заземлителей:

Поверхностные

Данный заземлитель устанавливают на одной глубине с защищаемым сооружением. Он отличается компактными габаритами и небольшим радиусом действия. Представляет собой электрод, состоящий из магниевого или цинкового сплава, с кабелем для подключения к питающей станции. Современные модели изготавливаются из железокремниевого сплава, что удешевляет конструкцию без ущерба качеству.

Устройства для такого заземления выполняются в форме стержней с круглой отливкой и изолированными участками присоединения контактного кабеля. Каждый стержень подсоединяют к магистральной линии посредством термитной сварки или с помощью зажимов.

Эти заземлители решают те же задачи, что поверхностные аналоги, но отличаются особенностями монтажа и строения. Глубина установки их может доходить до 40 м.

Подобные приборы покрываются коксо-минеральным веществом, что значительно увеличивает их массу. Повышаются и затраты на их установку за счет необходимости использования механизированного бурения. Если бурение самоходными машинами невозможно, монтаж осуществляют с использованием переносных буровых установок.

Несмотря на сложный процесс монтажа данное оборудование отличается эффективностью: с его помощью защищают металлоконструкции, расположенные в почве на значительном расстоянии. Этот метод особо актуален в условиях города, где многочисленные работы по установке поверхностного заземления затруднены или невозможны.

Глубинные устройства дают возможность сократить расходы на электричество благодаря большому радиусу действия. Их сопротивление не зависит от времени года. К тому же электроды находятся на такой глубине, где промерзание грунта исключено. Стоимость такого заземления выше, чем с устройствами предыдущего типа, а срок эксплуатации немного меньше и составляет в среднем 30 лет.

Лучшие модели анодного заземления

На рынке представлено множество различных моделей анодных заземлителей для размещения на поверхности или на значительной глубине. От качества устройств зависит эффективность электрохимической защиты. Изделия обычно реализуются в комплекте, включающем 10-20 заземлителей и 1 источник питания.

Наиболее востребованными среди современных заземлителей считаются следующие:

Электрод под названием «Менделеевец»-ММ позволяет предотвратить разрушение коммуникаций, расположенных под землей. Он используется в основном в сфере нефтегазовых коммуникаций, а также подходит для защиты других подземных объектов. Скорость анодного растворения этого электрода составляет 300 г в год, благодаря чему при массе в 43 кг устройство эффективно используется на протяжении 100 лет и более.

«ГАЗ-М» устанавливается на глубине и прекрасно справляется с задачей предохранения металлоконструкций от воздействия коррозии. Используется в тех случаях, когда монтаж более дешевого поверхностного аналога невозможен. Максимальный рабочий ток электрода составляет 10 А. Срок службы — от 30 лет.

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.

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

Смотрите так же:  Домашняя электропроводка

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

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:

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.

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:

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:

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. 4. 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.

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.

Похожие статьи:

  • Греются провода на бензонасосе Лада 21099 Миндалька › Бортжурнал › Нашел причину плавления предохранителя бензонасоса Ура!) я уж думал пнуть с горки, вниз по ул. Ленина машину, но нашел причину, да и чет жалко было бы и деньги, что были на нее потрачены и при покупке […]
  • Заземление и молния защита Молниезащита дома, заземление, гроза и молнии Источником возникновения молний является атмосферный заряд электричества. Во время грозы у поверхности земли возникает сильное электрическое поле, напряженность которого особенно велика на […]
  • Водонагреватель 380 вольт Проточные водонагреватели 220 Вольт (однофазные) Выбор мощности 13 кВт, 18 кВт, 21 кВт, 24 кВт, 3-х фазное подключение, наличие 2-х ступенчатого регулятора мощности прибора. производитель Германия Проточный водонагреватель, Stiebel […]
  • Узо брестского облисполкома Главное управление по здравоохранению ул. Красногвардейская, 7 режим работы: понедельник-пятница с 8.30 до 17.30, перерыв с 13.00 до 14.00 телефон «горячей линии»: (8 0162) 58-09-93 c 9.00 до 13.00, с 14.00 до 17.00 (кроме выходных и […]
  • Красные вв провода Лада 2105 1300S☭ *84 › Бортжурнал › Красные высоковольтные провода зажигания СССР Кто-то, мне как-то, писал в комментариях, что нужно заменить синие высоковольтные провода на советские красные. Вот =) Теперь красные. Сегодня поменял. […]
  • Обрыв провода привел к сбою движения поездов москва петербург Обрыв провода привел к сбою движения поездов москва петербург На Октябрьской железной дороге из-за обрыва контактного провода произошел сбой в движении электричек. Об этом сообщается на сайте ОЖД. Обрыв провода произошел на перегоне […]