Защита подземных газопроводов от коррозии

Н. Ф. Гуриненко, гл. инженер Управления по защите газовых сетей от коррозии ГУП "Мосгаз"

В 1892 г. были впервые высказаны предупреждения об опасности разрушения газовых труб, проложенных в агрессивных грунтах и под влиянием блуждающих токов.

Первая установка катодной защиты для газопровода и водопровода, проложенных вдоль трамвайной линии, была сооружена в 1906 г. в Германии. В качестве источника постоянного тока использовался генератор.

В нашей стране активная защита была внедрена в начале 1930-х годов на кабелях связи. Количество повреждений в 1933-1935 гг. составляло в среднем 1 350 повреждений оболочек кабеля в год. После устройства электрозащиты количество повреждений резко снизилось и в 40-х годах сократилось до 20-15 повреждений.

Коррозионных повреждений газопроводов, вызываемых блуждающими токами, в довоенные годы в Москве почти не наблюдалось. Это объясняется тем, что основная масса газопроводов состояла из чугунных труб.

Соотношение чугунных и стальных труб по годам выражалось в следующих цифрах:

Как видно из приведенных цифр, до 1950 г. преобладали чугунные газопроводы, однако надо отметить, что с 1940 г. в Москве прокладывались только стальные газопроводы.

Чугунные газопроводы с раструбными соединениями имеют несравненно большее продольное сопротивление, чем сварные стальные газопроводы, и по существу представляют собой секционированное сооружение, поэтому при расположении в поле блуждающих токов чугунные раструбные газопроводы с точки зрения коррозионной устойчивости гораздо долговечнее стальных.

Надо также принять во внимание, что чугунные трубы, будучи неизолированными, имеют большую поверхность касания с землей, в то время как стальные касаются земли лишь в местах нарушения изоляции.

При этом стенки у чугунных труб значительно толще, и вследствие этого сквозные повреждения появляются значительно медленнее.

К началу 1950 г. в Москве протяженность трамвайных путей составляла 530 км. В 1954 г. была закончена электрификация всех железнодорожных направлений Московского узла, начатая в 1929 г. Резко возросло опасное влияние на подземные металлические сооружения блуждающих токов. Доля стальных газопроводов в 1952 г. составляла 78% от общей протяженности.

Стал наблюдаться значительный рост коррозионных повреждений газопроводов. Учитывая сложившуюся ситуацию, Исполком Моссовета в своем решении (от 3.08.1953 г. за № 52/6) отметил участившиеся случаи повреждений металлических подземных сооружений от действия блуждающих токов электрифицированного транспорта и связанный с этими повреждениями ущерб, наносимый населению и городскому хозяйству, и обязал московские организации, эксплуатирующие подземные сооружения, в том числе и Управление газового хозяйства, организовать группы по контролю и защите от коррозии подземных металлических коммуникаций. Этим же решением всем проектным организациям предложили включать в проекты прокладки металлических подземных сооружений мероприятия по защите сооружений от почвенной коррозии и блуждающих токов.

Одновременно на ОПС была возложена координация межведомственных вопросов, связанных с контролем и охраной подземных металлических сооружений Москвы от действия блуждающих токов и почвенной коррозии. К сожалению, с 1992 г. ОПС практически прекратил эту координацию.

В сентябре 1954 г. при лаборатории треста "Мосгаз" была организована группа защиты газопроводов от коррозии.

С первых же дней своего существования группа защиты приступила к систематическим электроизмерениям блуждающих токов на газопроводах, инструментальной проверке качества изоляционного покрытия вновь строящихся газопроводов, а также к периодической проверке состояния изоляции труб действующей газовой сети.

В 1955 г. в районе поселка "Зил" на Симферопольском бульваре были построены две электродренажные установки. С этого года начинается внедрение активной защиты на газовых сетях Москвы.

К моменту создания в 1962 г. Управления по защите газовых сетей от коррозии силами треста "Мосгаз" было построено 32 защитные установки, составлены маршрутные карты на все подземные газопроводы.

С 1969 по 1990 г. включительно велось массовое строительство электрозащитных установок - ЭЗУ (в среднем 130-140 установок в год). В 1990 г. Управлением эксплуатировалось 2 400 установок, из них 128 электродренажных.

В настоящее время в эксплуатации Управления находится 3 199 установок электрохимической защиты, в том числе 121 - дренажных, 2 969 - катодных, 99 - протекторных.

Из 4 100 км подземных газопроводов, находящихся на балансе ГУП "Мосгаз", защитными установками защищается от коррозии 2 954,4 км, в том числе газопроводов низкого давления - 1953,6 км, газопроводов высокого и среднего давления - 1000,8 км.

Кроме того, этими же установками защищается 800 км смежных с газопроводами подземных коммуникаций (водопровод, кабели связи).

Нуждается в активной защите 98,46 км, в том числе 65,75 км - от блуждающих токов, 32,71 км - от почвенной коррозии. Процент защищенности от нуждающихся в защите - 96,8, от общей протяженности - 72,1.

Основным показателем эффективной работы ЭЗУ является обеспечение на газопроводе защитного потенциала согласно требованиям ГОСТ 9-602-89.

Величина защитного потенциала напрямую зависит от качества изоляционного покрытия. Чем выше качество изоляции, тем меньше защитный ток (соответственно - потребляемая электроэнергия) и больше зона действия ЭЗУ.

К сожалению, состояние изоляционного покрытия газопроводов не всегда соответствует требованиям ГОСТ.

Подразделения ГУП "Мосгаз" за последние 20 лет проделали значительную работу по восстановлению повреждений изоляционного покрытия.

Количество повреждений сократилось с 2 000 в год (1980 г.) до 140 повреждений в настоящее время.

Анализ расследования коррозионных повреждений (25 случаев в 1999 г. и 12 случаев за 9 месяцев 2000 г.) показывает, что все случаи коррозии тела трубы произошли в местах повреждения изоляции при строительстве газопровода.

В настоящее время значительно расширена лаборатория ГУП "Мосгаз" по контролю качества работ при строительстве газопроводов, что значительно повысит качество этих работ и исключит случаи, имевшие место при выдаче заключений на проверку изоляции лабораториями при строительных организациях.

Данные меры позволят в дальнейшем свести количество коррозионных повреждений к минимуму.

Как было сказано выше, величина защитного потенциала напрямую связана с величиной тока электрозащитной установки.

В настоящий момент ГУП "Мосгаз" эксплуатирует установки, которые потребляют 1 560 000 кВт·ч в месяц. В денежном исчислении - 800 000 руб. в месяц, в год около 9 000 000 руб.

Так как финансовая ситуация в ГУП "Мосгаз", как и в других городских организациях, довольно напряженная, остро встал вопрос о снижении затрат.

Экономия электроэнергии позволит сократить соответственно и затраты.

При эксплуатации электрозащитных установок экономию возможно получить за счет следующих мероприятий:

1. Применение оборудования с более высоким кпд.
2. Снижение защитного тока.
3. Уменьшение сопротивления контура анодного заземления.
4. Повышение качества изоляционного покрытия.

В 1960-70 гг. в эксплуатацию вводилось ЭЗУ, где применялись катодные преобразователи с кпд 0,6-0,7. В настоящий момент внедряется оборудование с кпд 0,8-0,85.

Ежегодно производится замена 170-180 единиц оборудования. На сегодняшний день разработаны преобразователи с кпд 0,95.

Однако из-за их высокой стоимости - 25-27 тыс. руб. (применяемые в данный момент преобразователи стоят 11-15 тыс. руб. в зависимости от завода изготовителя) - внедрение его экономически невыгодно.

Экономический эффект можно будет получить только через 20 лет, а расчетный срок службы составляет 10 лет. В качестве анодных заземлителей (АЗ) при строительстве ЭЗУ с 1969 г. широкое применение получили глубинные анодные заземлители от 30 до 50 м (первый глубинный анодный заземлитель был построен в Германии в 1962 г.).

Применение этих заземлителей позволило значительно снизить сопротивление контура, при вводе установки в эксплуатацию оно составляет 0,5-1,1 Ом, в то время как у поверхности (6-12 м) оно равно 2-3,5 Ом, что, в свою очередь, увеличивает сроки капитального ремонта контура АЗ.

Применение глубинных АЗ позволило также снизить потребление электроэнергии (из-за низкого сопротивления контура), особенно в первые 6-7 лет эксплуатации.

Основным мероприятием по снижению потребления электроэнергии и повышению эффективности работы ЭЗУ является ликвидация несанкционированных электрических соединений газопровода с другими металлическими сооружениями (водопровод, кабели связи, теплосеть, железобетонные конструкции зданий) путем установки изолирующих фланцевых соединений (ИФ) или изолирующих вставок.

С начала массового строительства ЭЗУ (1969 г.) ИФ устанавливались только на тупиковых газопроводах, идущих на промышленные предприятия.

Установка ИФ на жилых домах в то время была технически невозможна из-за того, что газопроводы в основном имели подземные вводы и значительная часть прокладывалась в коллекторах, где имелась электрическая связь с другими коммуникациями.

В настоящее время основная часть вводов вынесена на цоколь, и силами "Мосгаза" ведется работа по выносу газопроводов из коллекторов, создались условия для установки ИФ с целью снижения потребляемой электроэнергии, повышения эффективности ЭЗУ, увеличения срока службы АЗ.

ГУП "Мосгаз" разработана и введена в действие "Концепция по защите подземных газопроводов г. Москвы от коррозии", где предусматривается установка ИФ на жилых домах. Проекты на реконструкцию газовых сетей предусматривают также установку ИФ.

Начиная с 1999 г., в план эксплуатационных Управлений ГУП "Мосгаз" также включены работы по установке ИФ на действующих сетях.

Установка фланцев решает следующие задачи:

1. Расширение зоны действия защитных установок, повышение защитного потенциала или эффективности ЭЗУ.
2. Снижение наладочных параметров с целью сокращения расхода электроэнергии, за счет исключения потерь тока перетекания на смежные коммуникации через несанкционированные электрические связи.

Всего в 1999 г. было установлено 550 фланцевых соединений, из них 181 были установлены в среднем по 16-20 шт. в отдельных микрорайонах в разных частях Москвы.

При проведении анализа результатов установки ИФ на 10 объектах установлено, что на 9 из них достигнут положительный результат; в среднем на 15-20% повысились защитные потенциалы, что позволило снизить величину защитного тока (в отдельных случаях на 50%), а также достичь величины защитного потенциала, удовлетворяющего требованиям ГОСТа.

Только на одном объекте в районе Садово-Кудринской ул., где было установлено 26 ИФ, положительных результатов достичь не удалось, объясняется это тем, что газопроводы данного района проложены в 1953-55 гг. и изоляционное покрытие не отвечает физико-техническим требованиям.

В настоящее время Управление с целью определения оптимальных мест установки ИФ проводит обследование газовой сети с помощью прибора РСМ (токовый топограф трубопровода) производства Англии.

Данное обследование позволяет выявить места контактов газопровода с другими подземными коммуникациями, а также величину утечки тока через вводы в дома.

По данным обследования эксплуатационными Управлениями в 2000 г. будет установлено 255 ИФ (в среднем по 26 ИФ на микрорайон), общее количество ИФ, установленных к концу года, составит 600 шт.

Остановлюсь на разработке проектов электрозащиты перекладываемых газопроводов. К сожалению, по сложившейся практике проектировщики, разрабатывающие активную защиту, подключаются к проектированию на последней стадии, когда линейная часть уже спроектирована, что в ряде случаев влечет за собой неоправданные затраты на сооружение ЭЗУ и их эксплуатацию из-за вынужденного увеличения защитного тока.

Линейную часть необходимо согласовывать с отделом, разрабатывающим мероприятия по защите на начальной стадии, что позволит значительно сократить затраты на защиту газопровода за счет снижения количества электрозащитных установок.

Тел.: (095) 267-4460, 261-2664