способ катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, включающий формирование канала из диэлектрического патрубка в непосредственной близости от защищаемой арматуры, размещение в нем анода, который выполняют в виде полого цилиндра с площадью поверхности, контактирующей со средой в трубопроводе, равной или большей площади внутренних поверхностей арматуры, и запрессовывают в диэлектрический патрубок, расположенный в трубопроводе вплотную к его внутренней поверхности, отличающийся тем, что арматуру электрически изолируют от трубопровода, а диэлектрический патрубок и анод выполняют каждый из двух отдельных отрезков, разделенных арматурой, причем отрезки анода электрически и механически соединяют с арматурой.

2. Устройство катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, содержащее фланцевые соединения, прокладки, расположенные между фланцами, диэлектрический патрубок в непосредственной близости от защищаемой арматуры, анод, выполненный в виде полого цилиндра, имеющего площадь поверхности, контактирующей со средой в трубопроводе, равной или большей площади внутренних поверхностей арматуры, и запрессованный в патрубок, установленный в трубопроводе вплотную к его внутренней поверхности, отличающееся тем, что фланцевые соединения арматуры с трубопроводом содержат упругие диэлектрические прокладки, диэлектрические втулки и шайбы, установленные соответственно на стержни и под головки болтов и гайки, причем отверстия под болты во фланцах расточены до величины наружного диаметра втулок, а диэлектрический патрубок и анод выполнены каждый из двух отдельных отрезков, разделенных арматурой, и на конце каждого отрезка анода, обращенного к арматуре, расположена запрессованная и законтренная на нем заклепками с потайными головками металлическая тонкостенная втулка с воротником, зажатым между упругой диэлектрической прокладкой и фланцем арматуры, при этом поверхность втулки с воротником, кроме участков, контактирующих с фланцем арматуры и анодом, облицована коррозионно-стойким диэлектрическим покрытием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры трубопроводов, транспортирующих агрессивные жидкости, гальваническим анодом и найдет применение в других областях промышленности.

Арматура является одним из наиболее сложных и ответственных узлов трубопровода, транспортирующего агрессивную жидкость, и ее работоспособность в значительной, доминирующей степени определяет работоспособность всего трубопровода в целом. Воздействие агрессивной жидкости на внутренние поверхности арматуры, а речь идет в первую очередь о взаимно контактирующих, уплотнительных поверхностях деталей затвора, обеспечивающих внутреннюю герметичность арматуры, значительно, на порядок, весомее по результатам и быстрее по времени наступления ущерба работоспособности арматуры, чем на внутренние поверхности самого трубопровода. Незначительное изъязвление уплотняющих поверхностей затвора нарушает внутреннюю герметичность арматуры и делает ее неспособной нормально функционировать, что приводит весь трубопровод в целом в неработоспособное состояние, а в это время как в десятки раз больший объем изъязвления внутренней поверхности самого трубопровода практически не сказывается на его работоспособности. Из этого вытекает актуальность защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры.

Известен способ катодной защиты от коррозии внутренней арматуры трубопровода (SU а.с. №1785293 А1, С 23 F 13/00, 03.05.1990), включающий размещение в трубопроводе анода, формирование вокруг него канала с диэлектрической внутренней стенкой, сообщающегося обоими концами с коррозионной электропроводной средой в трубопроводе, параллельно оси трубопровода в непосредственной близости от защищаемой арматуры, и расположение анода в прилегающем к арматуре конце канала.

Недостатками известного способа являются:

- нецелесообразное использование ресурса анода, заключающееся в том, что анод расходуется не только для защиты объекта арматуры, но и для технически и экономически неоправданной непроизводительной защиты части трубопровода, прилегающей к арматуре, за пределами диэлектрической стенки канала;

- необходимость периодически подтягивать анод к арматуре для восстановления заданного уровня защитного тока между анодом и арматурой;

- односторонняя по отношению к арматуре установка анода, приводящая к асимметричной по плотности тока защите отдельных частей внутренней поверхности арматуры в зависимости от удаленности их от анода.

Устройство для осуществления известного способа, установленное в трубопроводе, в непосредственной близости от арматуры, содержит патрубок из диэлектрического материала, с диаметром меньше внутреннего диаметра трубопровода, ограниченный в перемещении в одну сторону металлической прокладкой, установленной между фланцами трубопровода и арматуры, и включает полый анод-протектор с токовводом, электрически соединенный с трубопроводом, изолированным проводом, пропущенным через отверстие в прокладке, причем провод пропущен через сальник, размещенный на стенке трубопровода, и соединен с контактным болтом, установленным в патрубке с заглушкой, приваренным к стенке трубопровода.

Недостатками устройства являются:

- невозможность установки устройства на наклонных участках трубопровода, в этом случае возможно осевое смещение патрубка или же протектора, что приведет к прямому контакту протектора с трубопроводом, тем более в последнем варианте смещения этому способствует динамическое воздействие потока среды в трубопроводе;

- необходима доработка фланцевого соединения трубопровода с арматурой: увеличение толщины фланцев, диаметра и количества болтов, поскольку для обеспечения герметичности и стыка фланцевого соединения с металлической прокладкой требуется увеличение силы сжатия фланцев между собой, многократно превышающее усилие сжатия стыка с упругой неметаллической прокладкой, обычно широко применяемой во фланцевых соединениях арматуры с трубопроводами с давлениями сред низкого и среднего уровня.

Известен способ катодной защиты от внутренней коррозии трубопроводной арматуры, включающий формирование канала из диэлектрического патрубка в непосредственной близости от защищаемой трубопроводной арматуры и размещение анода в прилегающем к арматуре конце патрубка, причем анод выполняют в виде полого цилиндра и запрессовывают его внутрь диэлектрического патрубка, а патрубок прошивают металлическими штырями для обеспечения электрического контакта внутренней поверхности трубопровода с анодом, и патрубок с анодом размещают внутри конца трубопровода, закрепляют их на внутренней поверхности трубопровода за счет радиальной деформации, при этом патрубок прошивают металлическими штырями со стороны конца анода, входящего внутрь полости трубопровода, кроме того, анод выполняют с площадью поверхности, контактирующей с транспортируемой по трубопроводу средой, равной или большей площади внутренней поверхности защищаемой (RU, патент №2124071 С1, С 23 F 13/00, 27.12.1998).

Известный способ имеет ряд недостатков:

- нецелесообразное, технически и экономически не оправданное использование ресурса анода на защиту от коррозии части трубопровода, близко прилегающего к арматуре;

- сложность и трудоемкость установки патрубка с анодом в трубопроводе с помощью их радиальной деформации, заключающаяся в том, что специально для каждого диаметра трубопровода требуется отдельный дорн или же какой-либо подобный ему инструмент;

- односторонняя по отношению к арматуре установка анода, ведущая к асимметричной по плотности тока защите отдельных частей внутренней поверхности арматуры в зависимости от удаленности их от анода.

Устройство для осуществления известного способа содержит фланцевые соединения арматуры с трубопроводом, диэлектрический патрубок, расположенный в трубопроводе в непосредственной близости от защищаемой арматуры, анод в виде полого цилиндра, размещенного в прилегающем к арматуре конце патрубка и запрессованного в нем и имеющего площадь поверхности, контактирующей со средой в трубопроводе, равную или большую площадь внутренних поверхностей арматуры, радиальные металлические стержни, прошивающие патрубок с образованием электрического контакта анода с трубопроводом, металлическую прокладку во фланцевом соединении трубопровода с арматурой, при этом пакет, состоящий из патрубка с анодом, закреплен на внутренней поверхности трубопровода за счет их радиальной деформации.

Недостатком устройства является необходимость доработки с целью усиления деталей фланцевого соединения арматуры с трубопроводом: увеличение толщины фланцев, диаметра и количества болтов для обеспечения герметичности стыка фланцевого соединения с металлической прокладкой или же необходимость применения арматуры с условным давлением, многократно превышающим давление среды с трубопроводе, что экономически крайне невыгодно.

Описанные способ и устройство для его осуществления наиболее близки по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому изобретению.

Технической задачей изобретения является: создание способа катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры и устройство для его осуществления, обеспечивающих эффективную защиту от коррозии внутренних поверхностей арматуры, экономное и целесообразное расходование ресурса анодов, симметричную, равномерно распределенную по плотности тока защиту отдельных частей внутренней поверхности арматуры, простоту и несложность монтажа деталей устройства в трубопровод.

Техническая задача по способу катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, включающему формирование канала из диэлектрического патрубка в непосредственной близости от защищаемой арматуры, размещение в нем анода, выполняемого в виде полого цилиндра, с площадью поверхности, контактирующей со средой в трубопроводе, равной или большей площади внутренних поверхностей арматуры и запрессовываемого в диэлектрический патрубок, расположенный в трубопроводе вплотную к его внутренней поверхности, решается согласно изобретению тем, что арматуру электрически изолируют от трубопровода, диэлектрический патрубок и анод выполняют каждый из двух отдельных отрезков, разделенных арматурой, причем отрезки анода электрически и механически сообщают с арматурой.

Кроме того, техническая задача по устройству, осуществляющему способ катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, содержащему фланцевые соединения с прокладкой, диэлектрический патрубок в непосредственной близости от защищаемой арматуры, анод, выполненный в виде полого цилиндра, имеющего площадь поверхности, контактирующей со средой в трубопроводе, равной или большей площади внутренних поверхностей арматуры, и запрессованный в диэлектрический патрубок, расположенный в трубопроводе вплотную к его внутренней поверхности, решается согласно изобретению тем, что фланцевые соединения арматуры с трубопроводом содержат упругие диэлектрические прокладки, диэлектрические втулки и шайбы, установленные соответственно на стержни и под головки болтов и гайки, причем отверстия под болты во фланцах расточены до величины наружного диметра втулок, а диэлектрический патрубок и анод выполнены каждый из двух отдельных отрезков, разделенных арматурой, и на конце каждого отрезка анода, обращенного к арматуре, расположена запрессованная и законтренная на нем заклепками с потайными головками металлическая тонкостенная втулка с воротником, зажатым между упругой диэлектрической прокладкой и фланцем арматуры, при этом поверхность втулки с воротником, кроме участков, контактирующих с фланцем арматуры и анодом, облицована коррозионно-стойким диэлектрическим покрытием.

Сущность изобретения поясняется чертежами: Фиг.1 - общий вид устройства в разрезе, Фиг.2 - выноска А с общего вида с изображением части стержня и головки болта, Фиг.3 - выноска Б с общего вида с изображением сопряжения втулки с отрезком анода.

Устройство для осуществления способа катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, например, клиновой задвижки 1, установленной на трубопроводе 2 и включающей корпус 3, клин 4, седло 5 и привод 6, содержит упругие диэлектрические прокладки 7, установленные в стыках фланцевых соединений задвижки 1 и трубопровода 2, диэлектрические втулки 8 и шайбы 9, установленные на стержнях болтов 10, под гайки 11 и головки болтов 10. Отверстия под болты 10 во фланцах 12 и 13 задвижки 1 и трубопровода 2 расточены под наружный диметр d _в диэлектрической втулки 8. Устройство включает диэлектрический патрубок 14, формирующий канал для протока среды в трубопроводе 2 и электрически отделяющий ее от трубопровода 2, разделенный задвижкой 1 на два отрезка 15, плотно посаженные в трубопровод 2, непосредственно вблизи от задвижки 1, анод 16 в виде полого цилиндра, а также разделенный задвижкой 1 на два отрезка 17, запрессованные в отрезки 15 патрубка 14. На концах отрезков 17 анода 16, обращенных к задвижке 1, запрессованы и законтрены с помощью заклепок 18 с потайными головками тонкостенные металлические втулки 19 с воротниками 20. Воротники 20 зажаты между упругими диэлектрическими прокладками 7 и фланцами 12 задвижки 1. Этим обеспечивается электрическая связь между задвижкой 1 и отрезками 17 анода 16 и механическая связь между отрезками 17 анода 16 и отрезками 15 патрубка 14, препятствующая смещению их потоком среды в случае ослабления плотности посадки отрезов 15 патрубка 14 в трубопроводе 2, вероятного при протекании в трубопроводе 2 среды с высокой температурой. Отрезки 15 патрубка 14 могут быть изготовлены из полиэтиленовой или фторопластовой трубы соответствующего трубопроводу 2 диаметра. Анод 16 изготавливают из алюминиевого сплава (например, АП-1, АП-3, АЦ5М-5К и др.) в форме полого цилиндра. Установка тонкостенных втулок 19 между отрезками 15 патрубка 14 и отрезками 17 анода 16 способствует надежной запрессовке отрезков 17 в отрезки 15 и плотной посадке последних в трубопровод 2. Облицовка втулок 19 с воротниками 20 изолирует их от контакта со средой в трубопроводе 2. В качестве такого покрытия возможно использование эпоксидного или полиуретанового лаков.

Способ осуществляется следующим образом: из-за разности электродных потенциалов алюминиевого анода 16 (порядка - 0,9-1 В по насыщенному хлорсеребряному электроду сравнения) и стали (порядка - 0,5-0,7 В) в цепи «анод 16 - среда в трубопроводе 2 - задвижка 1 - воротник 20 - втулка 19 - анод 16» протекает постоянный электрический ток, смещающий потенциал стальных деталей задвижки в сторону более отрицательных значений (т.е. снижая его), и обеспечивает защиту от коррозии внутренних поверхностей арматуры-задвижки 1. Анод 16 расчетным путем подбирают такой длины, чтобы площадь поверхности его, контактирующая со средой в трубопроводе 2, была равной или большей, чем площадь внутренних поверхностей защищаемой арматуры-задвижки 1, тем самым обеспечивается надежность и эффективность защиты. В процессе эксплуатации трубопровода 2 внутренний диаметр анода 16 в агрессивной среде увеличивается за счет коррозионного износа, тем самым увеличивается эффективность защиты.

Электрическая изоляция арматуры-задвижки 1 от трубопровода 2 позволяет избежать нецелесообразного, непроизводительного использования ресурса анода 16 на технически и экономически неоправданную защиту прилегающих к арматуре-задвижке 1 участков трубопровода 2, что позволяет закладывать анод 16 меньшей длины в отличие от прототипа.

Равноудаленность участков внутренней поверхности арматуры-задвижки 1 от отрезков 17 анода 16 позволяет также уменьшить длину анода 16 в отличие от прототипа, поскольку в прототипе за счет одностороннего расположения анода относительно арматуры необходимо увеличивать активную площадь анода с тем, чтобы увеличить усредненную по всей внутренней поверхности арматуры плотность тока для того, чтобы наименьшая плотность тока на участке внутренней поверхности арматуры, наиболее удаленном от анода, соответствовала норме, обеспечивающей эффективную защиту этого участка. Плотная насадка диэлектрического патрубка 14 позволяет осуществлять установку его в трубопровод 2 вручную без применения типа дорна и т.п. Механическая связь отрезков 17 анода 16 с фланцевыми соединениями задвижки 1 с трубопроводом 2 гарантирует надежное крепление всего устройства в трубопроводе 2, находящегося под динамическим воздействием потока среды. Сборка и установка устройства в трубопровод 2 не требует сложных монтажных работ и по простоте и трудоемкости даже ниже, чем при монтаже арматуры в трубопровод 2.

Использование изобретения позволяет обеспечить надежную эффективную защиту от коррозии внутренних поверхностей арматуры, экономное расходование ресурса анода, равномерное по площади арматуры распределение защитного тока, простой и нетрудоемкий монтаж устройства в трубопровод.