IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Для обеспечения эффективной защиты необходимо, чтобы на всем про­тяжении защищаемого участка трубопровода сохранялся достаточный для подавления коррозионных процессов катодный потенциал. Добиться этого можно двумя способами. Первый способ предполагает равномерную поляри­зацию всего участка. Для этого необходимо расположить вдоль всей трассы аноды и подвести к ним электропитание с помощью проводников с малым электрическим сопротивлением или рассредоточить вдоль трассы большое количество маломощных источников тока. Такой подход чаще всего оказывается экономически невыгодным. Рациональней установить в определенном месте достаточно мощную станцию, поместив около неё группу анодов. В этом случае защитный ток течет по грунту от анодов, попадает на трубопровод и собирается к токоотводу в месте подключе­ния (точке дренажа). При этом по мере удаления от точки токоотвода ка­тодный потенциал уменьшается. Зоной защитного действия будет яв­ляться область по обе стороны от токоотвода, в которой потенциал трубы по отношению к грунту будет отрицательнее принятого значения защит­ного потенциала. Самый высокий катодный потенциал, т.е. самое отрица­тельное его значение, будет на участке трубы, находящемся против анода.

Понятно, что при прочих равных условиях, чем отрицательнее будет потенциал грубы в точке дренажа, тем протяженнее будет зона защиты (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема распределения потенциала и тока при катодной защите трубопровода.

Т - трубопровод. СКЗ - станция катодной защиты. ГА - группа анодов, Д - точка подвода тока к трубе (точка дренажа), L/2 - половина длины зоны защиты,l - ток в теле трубы, l_общ - максимальное значение тока в трубе. электродный потенциал трубы, - значение потенциала в точке дренажа. - стационарный (бестоковый) потенциал сталь­ного трубопровода в грунте, который устанавливается в точке В, - принятое значе­ние защитного потенциала, которое достигается в точке А. Стрелками показано направле­ние тока в трубе (сплошные стрелки) и в грунте (пунктирные).

Однако при этом необходимо, чтобы потенциал в точке дренажа не достиг опасного значения, при котором начнется интенсивное выделение во­дорода и возникнет наводороживание металла.

Таким образом, математическая модель должна описывать распределение потенциала по длине трубопровода и позволить определить силу тока в трубе. Исходными данными для расчета обычно являются допустимые потенциалы в точке дренажа и на границе защитной зоны, а определяемыми величинами - длина зоны защиты, рабочий ток, а также ряд технических показателей оборудо­вания.

Чтобы представить сложность поставленной задачи, постараемся коротко перечислить факторы, определяющие распределение потенциала и тока в реаль­ных условиях. Во-первых, поскольку ток протекает по грунту, неопределенным оказывается сечение проводника, т.е. грунта. Для математического описания распределения потенциала в таких однородных средах используют уравнение Лапласа - это дифференциальное уравнение второго порядка в частных произ­водных. Для его решения необходимо задать граничные условия, в качестве ко­торых выступают уравнения электрохимической кинетики на границе металл - грунт, с учетом различных переходных сопротивлений. Граничные условия представлены обычно нелинейными уравнениями, поэтому решение возможно только численными методами.

Экспериментально отмечено, что при контакте сталь 45 с различными влажными видами грунтов электродная кинетика процессов контролируется диффузией ионов в электролите.

Требуется организовать и провести эксперимент, с помощью которого были бы определены диффузионно-кинетические параметры электродных процессов. Поэтому в первую очередь должна быть определена структура математической модели электрохимической системы.

Код для цитирования: Скопировать