Гальваническая протекторная защита от коррозии

Наиболее очевидным способом осуществления электрохимической защиты металлического сооружения, имеющего непосредственный контакт с электролитической средой, является метод гальванической защиты, в основу которого положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Таким образом, если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом-протектором и будет разрушаться, защищая металл с менее отрицательным потенциалом. Протекторы, по существу, служат портативными источниками электроэнергии.

В качестве основных материалов для изготовления протекторов используются магний, алюминий и цинк. Из сопоставления свойств магния, алюминия и цинка видно, что из рассматриваемых элементов магний обладает наибольшей электродвижущей силой. В то же время одной из наиболее важных практических характеристик протекторов является коэффициент полезного действия, показывающий долю массы протектора, использованной на получение полезной электрической энергии в цепи. К.П.Д. протекторов, изготовленных из магния и магниевых сплавов, редко превышают 50 % в, в отличие от протекторов на основе Zn и Al с К.П.Д. 90 % и более.

 

Рисунок. 9. Примеры магниевых протекторов.

Обычно протекторные установки применяются для катодной защиты трубопроводов, не имеющих электрических контактов со смежными протяженными коммуникациями, отдельных участков трубопроводов, а также резервуаров, стальных защитных кожухов (патронов), подземных резервуаров и емкостей, стальных опор и свай, и других сосредоточенных объектов. В то же время протекторные установки очень чувствительны к ошибкам в их размещении и комплектации. Неправильный выбор или размещение протекторных установок приводит к резкому снижению их эффективности.
[Литература №1 стр 227-232.]

 

2 Расчетная часть

2.1.Подбор насосов.

Исходные данные:

Q_год=12 млн тон/год.

Ход решения:

Магистральный насос подбирается по часовой подаче.

1. Определяем суточную подачу насоса.

Q_сут=Q_год/350;

Q_сут=12000000/350=34285,7 м³/сут.

2. Определяем часовую подачу насоса.

Q_час=Q_сут/24;

Q_час=34285,7/24=1428,57 м³/час.

3. По нормальному ряду центробежных насосов определяем тип насоса.

Магистральный насос НМ 2500-250.

Подпорный насос НПВ 2500-80.

Вывод: Исходя из годового объёма перекачки мы подобрали магистральные и подпорные насосы на ГНПС «Субхангулово».

[Практическая работа №1 «Подбор насоса по нормальному ряду» МДК 01.01]

 

2.2.Пересчет характеристик насоса.

Исходные данные:

Насос НМ2500-230

Q=2500 м³/ч=5м³/c.

КПД=85%.

D₂=270

B₂=16,0

Ход решения:

1.Определяем эквивалентный диаметр рабочего колеса.

D_экв=2*

D_экв- наружный диаметр рабочего колеса

B₂- ширина лопатки по наружному торцу

γ-коэффициент сужения рабочего колеса

D_экв=2* =0,157 м

2.Определяем кинематическую вязкость Туймазинской нефти при t=20 ⁰С

Находим значение по таблице 196 (Нефти СССР З.В Дриацкая, Н.Г Ивченко, И.С Лазарев)

V₂₀=11,93*10^-4м²/с

3.Определяем число Рейнольдса.

Re=5/0,157*0,001193=4191,11

Режим движения турбулентный 2320<4191,11

4.Определяем поправочные коэффициенты.

K_Q=0,57.

K_H=0,6.

K_η=0,75.

5.Выполняем перерасчет характеристик.

Q_H= K_Q*Q_в. Q_H=0,57*2500=1425 м³.

H_H= K_H*H_в. H_H=0,6*230=138 м.

h_η= K_η*n_в. h_η=0,8*85=68%.

Путём пересчета характеристик мы определили насос подходит для перекачки вязкой жидкости.

[Литература №2 стр.91]

 

2.3 Определение объёма резервуарного парка.

Исходные данные:

Q_год=12 млн тон/год.

ρ=0,89 г/см².

Ход решения:

1. Определяем суточную пропускную способность трубопровода.

Q_сут=Q_год/350*ρ;

Q_сут=12000000/350*0,89=30514,28 м³.

2. Определяем объём резервуарного парка.

V_рп=3*Q_сут/К_з;

V_рп=3*30514,28 /0,95=96360,88 м³.

К_з=0,95

3. Определяем количество резервуаров.

Для выполнения технологических операций на ГНПС «Субхангулово» можно применить следующие резервуары:

РВС 5000,

РВС 10000,

РВС 20000

РВС 50000.

Подбираем оптимальный объём резервуара:

1. V_рп=5000 м³(предполагаемый объём резервуара)

V_рп=96360,88/5000=19,27 округляя в большую сторону получаем 20 резервуаров РВС 5000.

2.V_рп=10000 м³(предполагаемый объём резервуара)

V_рп=96360,88/10000=9,6 округляя в большую сторону получаем 10 резервуаров РВС 10000.

3.V_рп=20000 м³(предполагаемый объём резервуара)

V_рп=96360,88/20000=4,818 округляя в большую сторону получаем 5 резервуаров РВС 20000

4.V_рп=50000 м³(предполагаемый объём резервуара)

V_рп=96360,88/50000=1,9 округляя в большую сторону получаем 2 резервуара РВС 50000.

Наиболее оптимальным вариантом является резервуар РВС 10000 так как резервуары РВС 50000 и РВС 20000 не целесообразно использовать в плане ремонта при авариях. При поломке одного резервуара остальные не справятся с нагрузкой. А резервуары РВС 5000 будут занимать большие площади и больше затрат на обслуживание. Исходя из расчета на ГНПС «Субхангулово» с годовым объёмом перекачки 12 млн тон/год установлено 10 резервуаров РВС 10000.

[Литература №2 стр.46]

 

2.4 Расчет защиты резервуаров от коррозии на ГНПС «Субхангулово».

Выполняем расчет протекторной защиты днища и первого пояса стальных резервуаров от почвенной коррозии.

Исходные данные:

Резервуар РВС 10000.

D_р=34,2 м

r_гр=20 Ом*м

Принимаем расстояние от резервуара до протектора 5 м.

Ход решения:

1. Определяем площадь резервуара.

F_p=π* D_р²/4 где

D_р- диаметр днища резервуара.

F_p=3,14* 34,2² /4=918,18 м²

2.Определяем сопротивление «резервуар грунт».

R_рг=3*r_гр/ D_р(D_р+В)где

В- расстояние между протектором и резервуаром.

D_р - диаметр днища резервуара.

r_гр- сопротивление грунта.

R_рг=3* 20/ 34,2(34,2+5)=0,04 Ом.

3.Определяем переходное сопротивление изоляции днища резервуара

R_о=R_рг*F_p где

R_рг- сопротивление на границе «резервуар грунт».

F_p– площадь резервуара.

R_о=0,04*918,174=41,54 Ом*м²

4.По таблице 13.11 принимаем величину защитной плотности тока соответствуют:

r_гр=20 Ом*м и R_о=41,54 Ом*м²

I_n=2,5 А/м²*10^-4

5.Определяем силу тока, необходимого для защиты днища резервуара от коррозии.

I_з=I_n*F_p где

F_p – площадь резервуара.

I_n- величина защитной плотности тока.

I_з=0,00025*918,16=0,229 A

6.Выполняем проверку I_зR_рг=0,229*0,04=0,009 В

(E_п-E_ест)=|-1,6-(-,55)|=1,05>0,009 так как условие выполняется значит резервуар защищён.

7.Определяем сопротивление по растеканию пока с протектора.

R_nl=0,18+0,47*20=9,85 Ом.

8.Ориентировочное количество протекторов.

N_по=R_п*I_з/|E_п|-|E_ест|-R_рг*I_з

N_по=2,2*9,85/1,6-0,55-9,85*0,2=11 шт.

9.Определяем окончательное число протекторов.

N_п=N_пo/n_эп.

n_эп-коэффициент экранирования.

n_эп=0,73.

N_п=11/0,73=15 шт.

Окончательное число протекторов на одном резервуаре 15 шт.

10. Определяем силу тока протектора.

I_лl=|E_п|-|E_ест|/R_рг+R_пl

I_лl==|1,6|-|0,55|/9,85+2,2=3,7 А

11.Определяем срок службы протекторов.

Т_п.у=G_п*n_и*n_п/I_п*q_п

n_и- коэффициент использования протектора.

n_и=0,95.

n_п- КПД насоса, его определяют в зависимости от анодной плотности тока.

q_п- электрохимический эквивалент материала протектора.

q_п=3,95 кг/А*год (для магниевых протекторов).

Т_п.у=10*0,95*0,47/2,5*3,95=7,05 года.

Схема защиты днища резервуара типа РВС от почвенной коррозии с помощью протекторов

-одиночными протекторами; (рис 10)

-групповыми протекторными установками;(рис 11)

Вывод: Мы определили общее число протекторов установленных на площадке с влажным песком.

В резервуарном парке ГНПС «Субхангулово» установленно 150 протекторов. Срок службы каждого протектора 7 лет. [№2 стр 577]

Выполняем расчет протекторной защиты внутренней поверхности днища и первого пояся стальных резервуаров.

Исходные данные:

Резервуар РВС 10000.

D_рв=34.2 м

h=0,15 м

S₃=11 м²

Ход решения:

1. Определяем число протекторов располагаемых на днище резервуара.

N=3,6*r(r+h)/ S₃ где

S₃- зона действия одного протектора м².

h- высота подтоварной воды м.

N=3,6*17,1(17,1+0,15)/11=97 шт.

2. Определяем силу тока протектора.

I_п=E_п-д/ρ_э*(d_э-d_п)/4*πh*d_п+=R_пол/S_п*K_у

I_п=1/0,05*(0,4-0,3)/4*3,14*0,15*0,4+0,20/0,33*1,79=0,92 А.

3. Определяем срок (в годах) службы протекторов.

Т=0,1*G_п/I_п*К_т.

Т=0,1*20/0,92*1,3=2,82 года.

Заданный срок службы протектора 5 лет. Поэтому _для защиты резервуара на этот срок необходимое количество протекторов будет определятся формулой:

N_н=N*T_н/T где

N -количество протекторов.

T_н -необходимый срок работы протектора.

T_н -срок работы полученный при расчете.

N_н=97*5/2,82=171,98 шт.

Схема размещения протекторов на днище РВС-10000 (рис 12)

Вывод: Исходя из выполненных расчетов мы вычислили необходимое количество протекторов необходимое для защиты внутренней поверхности днища и первого пояса резервуара. Для защиты одного резервуара необходимо 172 протектора. Общее число протекторов установленное для защиты внутренней поверхности днища резервуара на ГНПС «Субхангулово» будет равно 17200 штук.

[№6 стр.163-165]

Список использованных источников

1. М.Л. Медведева, А.В. Мурадов, А.К. Прыгаев. Коррозия и защита магистральных трубопроводов и резервуа­ров.

2. Тугунов П.И., В.Ф Новосёлов, Коршак А.А., Шаммазов А.М. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтпроводов.

3. Алиев.Р.А,Белоусов.В.Д, Немудров.А.Г, Юфин.В.А. Трубопроводный транспорт нефти и газа.(2-е издание переработанное и дополненное).

4. А.А Коршак, А.М. Нечваль. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов.

5. А.М Шамазов, В.Н Александров, А.И Гольянов и др. Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций.

6. Дезенко Е.И, Новосёлов В.Ф, Тугунов П.И, Юфин В.А Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров.