bbk 000000

УДК 628.147.22:621.35

Косыгин А. Б., Ханин В. Н., Фомина И. В., Конечнов А. И., Кузнецова Е. Г., Ремезкова Л. В.

Особенности электрохимической защиты на длительно эксплуатировавшихся стальных подземных трубопроводах

Аннотация

Центром технической диагностики «Мосводоканал» эксплуатируются установки, защищающие трубопроводы водоснабжения от электрохимической коррозии. При этом возникает необходимость в защите старых водопроводных сетей, находящихся в эксплуатации без электрозащиты в течение длительного времени. Для целесообразности и возможности введения электрохимической защиты длительно эксплуатировавшихся подземных стальных водопроводов разработаны критерии оценки их коррозионного состояния. На основе опыта, накопленного в Центре технической диагностики, проведен анализ основных особенностей при проектировании и эксплуатации установок электрохимической защиты таких трубопроводов, приведены основные положения, позволяющие повысить эффективность противокоррозионной защиты труб.

Ключевые слова

водопроводная сеть , коррозия трубопроводов , электрохимическая защита , изоляционное покрытие , блуждающий ток

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Проблема надежной, безаварийной эксплуатации подземных водопроводов приобретает особое значение в тех случаях, когда их срок службы приближается к нормативному. За время длительной эксплуатации изоляционное покрытие и металл трубы претерпевают необратимые изменения. Старение изоляционного покрытия приводит к ухудшению адгезии, нарушению его сплошности, уменьшению переходного электрического сопротивления. Со временем изоляционное покрытие перестает выполнять свою главную функцию: защищать металл трубы от вредного влияния грунта и грунтового электролита, а также блуждающих токов, что в свою очередь приводит к коррозии металла.

Как известно, долговечность и надежность подземных водопроводов существенно зависят от скорости коррозионного разрушения металла трубы. Снизить скорость коррозии до технически допустимой величины можно с помощью электрохимической защиты (ГОСТ 9.602-2005). Применение электрохимической защиты на длительно эксплуатировавшихся водопроводах значительно отличается от введения ее на вновь построенных. Все длительно эксплуатируемые трубопроводы можно разделить на две группы:

• расположенные в коррозионно-опасных зонах с высокой коррозионной агрессивностью грунта и (или) вредным влиянием блуждающих токов, не имеющие электрохимической защиты;
• расположенные в зонах со средней и низкой коррозионной агрессивностью грунта и отсутствием вредного влияния блуждающих токов, не требующие электрохимической защиты, однако в силу высокой степени износа требующие принятия дополнительных мер по противокоррозионной защите.

Если на первую группу трубопроводов распространяются общие положения, определяющие степень опасности коррозии и необходимость применения электрохимической защиты, регламентированные ГОСТ 9.602-2005, то для второй группы водопроводов отсутствовал документ, устанавливающий основные требования к проектированию, строительству и эксплуатации установок электрохимической защиты как средств для продления срока службы выработавшего свой ресурс водопровода.

«Положение о введении и эксплуатации электрохимической защиты на длительно эксплуатировавшихся стальных подземных трубопроводах», разработанное ООО «Проектэнергоналадка» на основе анализа данных о состоянии изоляции, металла труб, динамики изменения защитного тока водопроводных трубопроводов, имеющих длительный срок эксплуатации, устанавливает перечень основных мероприятий по противокоррозионной защите таких водопроводов для продления их срока службы.

Эти мероприятия можно разбить на следующие этапы: оценка целесообразности введения электрохимической защиты, подготовка к ее введению, проектирование, строительство и эксплуатация установок защиты.

Введение электрохимической защиты. Критериями опасности коррозии, в соответствии с ГОСТ 9.602-2005, для водопроводов первой группы являются:

• коррозионная агрессивность среды (грунтов, грунтовых и других вод) по отношению к металлу сооружения (включая биокоррозионную агрессивность грунтов);
• опасное влияние постоянных блуждающих и переменных токов.

На водопроводах второй группы обоснованием для введения электрохимической защиты является возникновение и нарастание во времени отказов из-за коррозионных явлений. Введение защиты на водопроводах второй группы позволяет продлить срок их службы. Однако решение о целесообразности введения электрохимической защиты на длительно эксплуатирующихся водопроводах обеих групп необходимо принимать только после оценки коррозионного состояния подземных стальных труб. Для этого проводится анализ технической документации, а также необходимые измерения по участкам водопроводной сети, где запланировано введение защиты, и по соседним участкам.

Для оценки коррозионного состояния подземных стальных водопроводов в «Положении» предлагается использовать основные и дополнительные критерии.

Основными критериями следует считать:

• динамику сквозных коррозионных повреждений металла трубы, определяемую как отношение общего количества повреждений за последние пять лет к аналогичной величине за предпоследние пять лет;
• величину переходного сопротивления изоляционного покрытия;
• величину адгезии изоляционного покрытия.

Дополнительными критериями являются:

• динамика повреждений изоляционного покрытия, характеризующаяся отношением общего количества дефектов изоляции, определяемых приборным методом при обследовании водопровода, за последние пять лет к аналогичной величине за предпоследние пять лет;
• год прокладки водопровода.

В качестве исходного материала для оценки коррозионного состояния трубопровода должен служить паспорт водопровода и сведения об отказах по причине коррозии за последние 10 лет. Одним из основных факторов является состояние изоляционного покрытия труб, характеризуемое величиной переходного сопротивления изоляции R_пер, Ом·м², и адгезией изоляционного покрытия к металлу трубы. В «Положении» также установлены критические значения для всех видов изоляционных покрытий.

Как показывает опыт МГУП «Мосводоканал», повреждаемость подземных водопроводов в значительной степени зависит не только от длительности их эксплуатации, но и от конкретного года строительства. Это обстоятельство обусловлено качеством используемых стальных труб, изоляционных материалов и методов контроля, существенно отличавшихся в различные периоды времени. Проведенный анализ статистики повреждаемости подземных водопроводов позволяет разделить длительно эксплуатировавшиеся водопроводы на три группы по годам (по мере убывания сквозных повреждений):

• I группа – 1976 г., 1982 г.;
• II группа – 1969 г., 1973 г., 1975 г., 1977 г., 1978 г., 1979 г., 1980 г., 1984 г.;
• III группа – остальные годы прокладки в интервале от 1969 г. до 1987 г., которые не вошли в I и II группы.

Критическими следует считать годы прокладки водопроводов, относящиеся к I и II группам. В тех случаях, когда коррозионное состояние подземных стальных водопроводов, не требовавших электрохимической защиты, оценивается как «критическое» по одному из основных или обоим дополнительным критериям, «Положение» рекомендует применение электрохимического метода защиты. Так, для водопроводов, изолированных ленточными покрытиями и из экструдированного полиэтилена при полной потере адгезии, а также покрытиями «Антикорекс», исходно не имевших адгезию, применение электрохимической защиты малоэффективно. Для водопроводов, отличающихся высокой повреждаемостью, следует до ввода электрохимической защиты определить причину коррозии. В случае, если высокая повреждаемость труб связана преимущественно с внутренней коррозией, введение защиты не приведет к снижению их повреждаемости. Вопрос о вводе электрохимической защиты на таких участках водопроводов может быть решен только после разработки технико-экономического обоснования.

Предварительная подготовка длительно эксплуатировавшихся водопроводов перед введением электрохимической защиты. Независимо от того, в каких коррозионных условиях эксплуатировались водопроводы, введение электрохимической защиты должно осуществляться только после проверки их технического состояния. До введения защиты на длительно эксплуатировавшихся стальных подземных водопроводах для выявления сквозных коррозионных повреждений необходимо провести опрессовку труб. Участки, где будут выявлены свищи, должны быть отремонтированы. На водопроводах, имевших не более одного повреждения, перед вводом электрохимической защиты должно быть тщательно проверено качество изоляционного покрытия приборным методом (например, с помощью аппаратуры нахождения повреждения изоляции) и, по возможности, ликвидированы обнаруженные дефекты изоляции большого размера.

На длительно эксплуатировавшихся водопроводах, на которых имели место неоднократные отказы по причине коррозии, введение электрохимической защиты целесообразно только после тщательного ремонта водопровода и перекладки тех отрезков, на которых была сквозная коррозия. На участках водопроводов, где имели место сквозные коррозионные повреждения, следует предусмотреть установку индикаторов общей и (или) локальной коррозии. Целесообразна также установка индикаторов на контактном устройстве и в контрольно-измерительных приборах в конце зоны защиты. Индикаторы рекомендуется помещать также на участках, где применяется «смягченный критерий защиты».

Оценка опасности общей коррозии (почвенной) производится с помощью блока пластин-индикаторов, а оценка локальной коррозии (при опасном влиянии блуждающих постоянных токов и индуцированного переменного тока) – с помощью индикатора локальной коррозии. С целью обеспечения эффективности электрохимической защиты, расширения зоны защиты водопроводов необходимо предусмотреть установку электроизолирующих соединений. Наибольший эффект такая установка дает там, где возможен контакт с тепловыми сетями, т. е. на вводе и выходе с ЦТП. Вопрос о размещении электроизолирующих соединений на вводах в дома должен быть решен после измерения токов утечки на водопроводных трубах в подвалах домов.

На длительно эксплуатировавшихся водопроводах могут иметь место сквозные коррозионные повреждения, плотно закупоренные продуктами коррозии. Введение электрохимической защиты в этих случаях может привести к восстановлению продуктов коррозии и появлению сквозных отверстий, ранее не обнаруженных. В связи с этим после включения электрохимической защиты в течение последующих двух лет целесообразно проводить ежегодную проверку герметичности водопровода.

При длительной эксплуатации водопроводов без электрохимической защиты на внутренней и наружной поверхности трубопровода развивается коррозия, приводящая к авариям. После ввода защиты коррозия наружной поверхности замедляется. Однако обеспечить эффективную защиту трубопроводов с низким качеством изоляционного покрытия не всегда возможно.

Введение электрохимической защиты тормозит развитие наружной коррозии, но не влияет на внутреннюю коррозию водопровода. На тех участках, где основной причиной образования свищей была внутренняя коррозия, ситуация меняется мало, аварийность остается без изменения. В связи с этим целесообразно для участков с повышенной аварийностью исследовать образцы с трассы для выявления основного вида коррозии, приводящего к сквозным свищам. Следует также учитывать, что на длительно эксплуатировавшихся водопроводах происходит старение изоляционного покрытия с частичной потерей его изоляционных свойств. Это приводит к тому, что либо не обеспечивается необходимый защитный потенциал, либо зона защиты невелика.

Проектирование электрохимической защиты стальных водопроводов осуществляется в соответствии с ГОСТ 9.602-2005 и РД 153-39.4-09-01 «Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии, раздел (4.3)». Основанием для проектирования электрохимической защиты новых трубопроводов являются данные о коррозионной агрессивности грунтов и наличии блуждающих токов, для действующих – данные о коррозионной агрессивности грунтов, наличии зон опасного влияния блуждающих постоянных и переменных токов, а также о коррозионных повреждениях. Указанные данные могут быть получены на основании диагностики трубопроводов, проводимой Центром технической диагностики «Мосводоканал» (рисунок), а также изысканий, выполняемых организацией – разработчиком проекта подземных сооружений.

Параметры катодной защиты определяются исходя из плотности защитного тока, значения которого могут быть выбраны из статистических данных, накопленных Центром технической диагностики или проектными организациями.

Расчет защитной силы тока проводится в соответствии с РД 153-39,4-091-01. При этом принимаются следующие исходные положения: плотность тока защиты для водоводов j = 0,015 А/м²; плотность тока защиты для водопроводов j = 0,03 A/м².

Значения плотности тока, применяемые проектными организациями для защиты трубопроводов МГУП «Мосводоканал», весьма высокие. Это свидетельствует о том, что проектирование электрохимической защиты ведется для действующих трубопроводов, имеющих низкое качество изоляции и низкоомные контакты с посторонними сооружениями.

Для снижения затрат при строительстве и эксплуатации электрозащитных установок Центром технической диагностики рассматривается возможность применения новых показателей – значений плотности защитного тока для трубопроводов водоснабжения и канализации в зависимости от типа изоляционного покрытия и срока эксплуатации трубопровода.

В «Положении» при расчете силы защитного тока рекомендуются следующие значения плотности защитного тока для длительно эксплуатируемых водопроводов:

• в поселках коттеджного типа – при отсутствии полей блуждающих токов 3–4 мА/м², в поле блуждающих токов 5–10 мА/м²;
• в «спальных» районах 5–10 мА/м²;
• на остальной территории Москвы 12 мА/м².

Коэффициент K,учитывающий старение изоляции при эксплуатации водопровода, приведен в таблице.

Значение защитного тока, определенное по указанной методике, справедливо при следующих условиях:

• устранены все дефекты изоляции, обнаруженные на защищаемом водопроводе;
• устранены электроизолирующие соединения в местах, где возможен электрический контакт защищаемого водопровода с иными сооружениями, имеющими низкое сопротивление.

Выводы

Применение разработанного ООО «Проектэнергоналадка» «Положения о введении и эксплуатации электрохимической защиты на длительно эксплуатировавшихся стальных подземных трубопроводах» для оценки целесообразности и возможности введения электрохимической защиты длительно эксплуатировавшихся подземных стальных водопроводов, а также при проектировании и эксплуатации установок катодной защиты позволяет существенно повысить эффективность электрохимической защиты трубопроводов.