Анодное заземление что это такое

Глубинный анодный заземлитель и его применение

Ещё в первой половине XX века выяснилось, что практически невозможно победить коррозию трубопроводов, металлических свайных фундаментов и других, заглублённых в землю металлоконструкций одним лишь нанесением защитного покрытия. Из-за неоднородности структуры, влажности, кислотности грунта на поверхности трубопровода появляются области с противоположным электродным потенциалом, что приводит к возникновению гальванических коррозионных элементов.

Электрокоррозионное разрушение металла усиливается под действием блуждающих токов, неизбежно возникающих в грунте, по поверхности которого перемещается электротранспорт.

История создания глубинных анодных заземлителей

Для предотвращения коррозии металла применяются УКЗ – установки катодной защиты. Защищаемый объект отрицательно поляризуется, ему отводится роль катода, в качестве анода используется специальный заземлитель. В результате электролиза на поверхности объекта происходят восстановительные процессы, коррозия значительно замедляется, а анод постепенно разрушается (поэтому его называют жертвенным электродом).

Но в условиях плотной городской застройки сложно разместить анодный заземлитель горизонтально. К тому же, при таком его расположении возникает опасность негативного влияния на другие объекты. Поэтому американский учёный Роберт Кун предложил устанавливать заземлители на большой глубине и вертикально. Впервые идея была реализована в 1952 году в Новом Орлеане, где анод опустили в скважину глубиной 90 м.

Позднее выяснилось, что глубинный анодный заземлитель – оптимальный вариант не только для городов, но и в тех случаях, когда верхние пласты грунта характеризуются высоким удельным сопротивлением, а по мере удаления от поверхности оно уменьшается. Эта технология не подходит лишь для скальных пород и заболоченных участков.

Конструкция изделий

Глубинными называются те заземлители, которые устанавливаются вертикально в скважину глубиной более 15 м. Такое оборудование должно поддерживать уровень сопротивления растеканию анодного тока не выше 4 Ом.

Первые из заземляющих анодов представляли собой цельные чугунные трубы или старые рельсы. Однако обычный металл разрушается очень быстро, а для того, чтобы стоимость бурения и оборудования скважины окупалась, анод должен прослужить как можно дольше. Поэтому учёные постоянно экспериментируют с материалами и конструкцией заземлителей.

Современный глубинный анодный заземлитель – это гирлянда из электродов, объединённых при помощи кабелей. Длину кабелей рассчитывают при проектировании оборудования.

Для производства электродов используют:

Электроды из конструкционного графита выгодно отличаются от металлосодержащих высокой устойчивостью к действию агрессивных сред. Графит экологически безвреден, удобен в хранении и перевозке. При эксплуатации трубчатые графитовые электроды (ЭГТ) растворяются равномерно и очень медленно.

Чтобы анодное оборудование прослужило дольше, каждый электрод заключают в корпус из оцинкованной стали. Пространство между сердечником и цилиндром засыпают коксовой или графитной крошкой. Наполнитель защищает электрод от разрушения и продлевает срок его службы.

Особенности проектирования и монтажа

При проектировании и монтаже глубинного анодного заземлителя следует придерживаться нескольких правил:

Установка катодной защиты с глубинным анодным оборудованием позволяет значительно продлить срок эксплуатации трубопроводов, промплощадок и других важных объектов.

Источник

Использование различных анодных заземлителей

Для обеспечения защиты подземных коммуникаций от коррозии, применяются анодные заземлители. Данный способ электрохимического предотвращения процесса окисления металла, позволяет эксплуатировать различные коммуникации и объекты под землей.

Устройство

Работают анодные заземлители следующим образом. Находясь в электролите различные металлы, имеют отличные электродные потенциалы. Поэтому если по трубопроводу пустить «-» от постоянного источника электроэнергии, а в непосредственной близости от трубы разместить электрод, состоящий из магния алюминия или цинка, к которому будет подведён «+», то данные металлы по отношению к обычной стали в электролите будут выполнять функцию анода.

Этот элемент, в данной электрохимической системе, будут саморазрушаться в почве, тем самым предохраняя катод, то есть трубу газопровода или другой коммуникации, от воздействия коррозии.

Подобным образом могут быть защищены от разрушения, подземные металлические ёмкости, и другие объекты, которые изготовлены из материала подверженного коррозии. Для того чтобы была обеспечена защита подземных металлических объектов на должном уровне, необходимо не только выбрать качественный анодный заземлитель, но и правильно осуществить монтажные работы.

Виды анодных заземлителей

Для обеспечения катодной защиты металлических объектов применяются 2 основных вида анодных заземлителей: поверхностный и глубинный.

Поверхностный заземлитель располагается, примерно, на одной глубине с защищаемым объектом, имеет небольшие размеры и радиус действия. Поверхностный заземлитель представляет собой электрод, который состоит из магниевого или цинкового сплава и имеет кабель для присоединения к питающей станции.

Для удешевления данной конструкции без потери качества, современные модели изготавливаются из специального железокремниевого сплава устойчивого к коррозии. Практически все поверхностные заземлители имеют стержневую форму с круглой отливкой и надёжно изолированными местами присоединения контактного провода к заземлителю. Количество стержней анодной защиты, должно быть рассчитано специалистом.

Каждый стержень присоединяется к магистральной линии с помощью термитной сварки или специальных зажимов. Чтобы заземлитель прослужил не менее 35 лет, его следует присыпать коксо-минеральным составом, который способствует уменьшению процесса распадения анода в почве.

Глубинный анодный заземлитель выполняет такие же функции, как и поверхностные модели устройства, но монтаж и устройство этого прибора, имеют существенные отличия. Глубинное анодное заземление устанавливается только в том случае, когда монтаж поверхностных приборов невозможен. Глубина установки приборов может составлять до 40 метров.

Масса прибора, также значительно повышается за счёт дополнительной нагрузки из коксо-минерального вещества, которым покрывается данный прибор. Затраты на установку анодного заземления этого типа, увеличиваются за счёт применения механизированного бурения. При невозможности осуществить бурение с помощью самоходных машин, монтаж глубинного заземления может быть осуществлён с применением переносных буровых установок.

Несмотря на значительно более сложный процесс установки подобного оборудования, электрод анодного заземления этот типа, способен защитить металлические объекты, находящиеся в почве на значительном расстоянии. Особенно эффективен данный метод анодного заземления в условиях города, когда многочисленные монтажные работы по установке поверхностных заземлителей, очень затруднительны или невозможны.

Данные устройства позволяют значительно сократить расходы на электроэнергию, по причине большего радиуса действия прибора, при этом, эффект экранирования значительно снижается за счёт меньшей плотности устанавливаемых объектов анодной защиты. Сопротивление анодного заземления этого типа, не зависит от времени года. Электрод находится на глубине исключающей промерзания грунта, что также является неоспоримым преимуществом данного метода.

Стоимость таких изделий значительно превышает аналогичные поверхностные устройства, при этом срок эксплуатации электронных глубинных заземлителей, по причине воздействия большего давления почвы немного ниже, чем у поверхностных приборов, и составляет около 30 лет.

Лучшие модели анодного заземления

В настоящее время на рынке представлено большое количество различных моделей анодного заземления, как для поверхностного размещения, так и для установки на значительной глубине. В каждом конкретном случае монтажа этого оборудования, количество необходимых элементов должно быть правильно рассчитано и отображено в плане.

Немаловажным условием эффективности защиты, является выбор качественного устройства и надёжной питающей станции. Как правило, такие устройства реализуются в комплекте, состоящем из 10 — 20 заземлителей и одного источника питания. Из поверхностных заземлителей наиболее часто для защиты подземных металлических объектов используется следующие модели:

Среди глубинных моделей наибольшее распространение получили следующие приборы:

Данное устройство может быть размещено в одной скважине, в количестве до 24 шт. что позволяет защитить подземные объекты максимально эффективно.

Минимальный эксплуатационный срок, данного устройства составляет не менее 30 лет, при условии что монтаж анодного заземлителя был произведён по всем правилам.

Источник

Анодное заземление

Анодное заземление предназначено для создания низкоомного электри­ческого контакта положительного полюса источника тока СКЗ с грунтом при наложении на газопровод внешнего тока.

Конструктивно анодное заземление состоит из одного или нескольких ра­бочих электродов (заземлителей), соединенных между собой кабелем или изо­лированной стальной шиной, которые подключаются к соединительным прово­дам источника тока СКЗ.

Классификация анодных заземлений.

Различают следующие основные типы анодных заземлений:

— по материалу рабочих электродов – металлические (стальные, чугунные и железокремниевые) и неметаллические (графитированные, графитопласто-вые и угольные);

— по расположению рабочих электродов – вертикальные, горизонтальные и комбинированные;

— по конфигурации – однорядные, двухрядные и сложной конфигурации;

по глубине установки – поверхностные (глубина установки менее 15 м) и глу­бинные (глубина установки более 15 м);

— в зависимости от расстояния до газопровода – удаленные (свыше 500 м) и приближенные;

— по расположению относительно точки дренажа СКЗ – противолежащие и вы­носные.

Стальные анодные заземления.

Конструкция стального анодного заземления создается путем сварки ус­танавливаемых вертикально или горизонтально рабочих электродов из бросо­вых труб, стержней (прутков) или фасонной прокатной стали (уголков, рельсов и

Расстояние между рабочими электродами анодного заземления выбира­ется исходя из условий уменьшения экранирующего эффекта току растекания. На СКЗ магистральных трубопроводов минимальное расстояние между рабо­чими электродами принято равным 5 м.

Срок службы анодов зависит от плотности стекающего с них тока, свойств материала, из которых они изготовлены, и используемого активатора.

Существенным недостатком анодов из стали является низкая стойкость к электролитическому растворению. Практический износ стальных анодов, уста­новленных непосредственно в грунт, составляет 10 кг|(А*год) и на одну защит­ную установку с токоотдачей 15 А требуется около 1,5 тонн стали, чтобы обес­печить 10-летний срок службы.

Доля электронной проводимости увеличивается с увеличением толщины слоя засыпки. Таким образом, стекание электрического тока в грунт с утрамбованной крошки снижает растворение анодного электрода. Такой метод уменьшения растворения анодных заземлений нашел широкое применение на газопроводах.

Следует, однако, заметить, что такие засыпки для увеличения срока службы анодных заземлений целесообразно применять только в сухих грунтах с высоким удельным сопротивлением.

Для снижения сопротивления растеканию тока стальных заземлителей в коксовой засыпке применяют активаторы в виде солевых добавок хлористого натрия, хлористого кальция, едкого натра, извести, минеральных удобрений и

При установке стальных электродов в коксовую засыпку их износ сущест­венно уменьшается и составляет 3. 4кг/(А*год), расход кокса при этом состав­ляет примерно 2кг/(А*год).

Конструкция анодного заземления из уголковой стали с коксовой засып­кой приведена на рис.3.

Для ускорения монтажа анодных заземлений очень часто применяют упакованные стальные аноды, представляющие собой стальные стержни, упакованные в коксовую засыпку, армированную кровельным железом. Для уст­ройства анодных заземлений в настоящее время промышленность выпускает упакованные стальные электроды типа ЗКА и АК.

Рис. 1. Конструкция упакованных стальных анодов:

Эти заземлители представляет собой стальной электрод с подключен­ным к нему проводником, упакованный вместе с коксовой мелочью в стальной кожух. Удельное сопротивление коксовой засыпки составляет не более 0,2 Ом-м. Заземлители изготовляются в заводских условиях, где тщательно кон­тролируется качество коксовой засыпки, плотность ее набивки в кожухе, одно­родность состава и влажности. Это позволяет максимально снизить электроли­тическое растворение стального электрода на первом этапе работы заземлите-лей в условиях полной герметичности внешнего кожуха.

Следует отметить, что засыпка углеродистыми материалами не позволя­ет значительно повысить долговечность анодных заземлений в различных почвенно-грунтовых условиях. Поэтому, все большее применение находят рабочие электроды из малорастворимых материалов.

Железокремнистые анодные заземления.

Одним из наиболее стойких материалов к электролитическому растворе­нию является ферросилид.

Глубинные заземления имеют следующие преимущества:

-устраняются экранирование со стороны других подземных сооружений и влияние изменений метеорологических условий на работу заземления;

-снижается опасность повреждения заземлений при земляных работах, проводимых вблизи трассы газопровода;

-улучшаются условия растекания тока, что особенно важно при защите обсадных труб скважин подземных хранилищ газа.

Однако при установке этих заземлений необходимо приме­нять буровые станки, такие заземления недоступны для осмотра и ре­монта.

Рис. 2. Глубинный вертикальный анодный заземлитель

из железнокремнистых электродов в коксовой засыпке,

помещенных в стальную обсадную трубу:

Срок службы стального анодного заземления, установленного в грунт, определяют по формуле:

На практике этот срок может оказаться меньше вследствие самопро­извольного отключения отдельных электродов при растворении горизон­тальной шины.

Монтаж электродов анодного заземления.

Для монтажа АЗ с вертикальными рабочими электродами роют траншею глубиной 0,8-1 м и шириной 0,8 м. В ее дне бурят скважины глубиной до 2,8 ми диаметром 40 см на расстоянии 5 м друг от друга. В них устанавливают рабочие электроды, затем соединяют в общий контур приваркой к ним стальной полосы, прутка или труб, уложенных в траншею, засыпают коксовой крошкой. Для продления срока службы горизонтальную соединительную шину тщательно изолируют или монтируют над поверхностью земли,

Для монтажа АЗ с горизонтальными рабочими электродами роют траншею глубиной 2-2,5 м и шириной до 2,5 м. АЗ выполняют в виде одного или нескольких электродов наглухо соединенных приваренными шинами, засыпают коксовой крошкой. Соединительные провода вводят в контрольно-измерительный пункт.

Рис. 3. Установка анодных заземлений с применением коксовой мелочи:

а — комбинированное заземление с вертикальными электродами и горизонтальной шиной из уголковой стали; б — горизонтальное заземление из полосовой стали;

1 — вертикальный электрод из уголковой стали; 2 — коксовая мелочь; 3 — горизон­тальная соединительная шина из уголковой стали; 4 — шины анодного провода СКЗ; 5 — изоляция шин; 6 — полосовая сталь.

Рис. 4. Анодное заземление из электродов АК-1:

Роис. 5. Установка анодных заземлений с применением коксовой мелочи:

а — комбинированное заземление с вертикальными электродами и горизонтальной шиной из уголковой стали;

б — горизонтальное заземление из полосовой стали;

1 — вертикальный электрод из уголковой стали;

2 — коксовая мелочь;

3 — горизон­тальная соединительная шина из уголковой стали;

4 — шины анодного провода СКЗ;

6 — полосовая сталь.

Рис. 7. Анодное заземление из электродов АК-1:

Источник

Блог Ижевска

Анодное заземление для защиты от коррозии: когда применяется и каким бывает

Анодное заземление используется для обеспечения необходимого положительного потенциала для надежной защиты металлических элементов различных подземных коммуникаций от коррозии.

Такой способ позволяет предотвратить процессы окисления металла в подземных конструкциях для обеспечения их эксплуатации длительное время.

Где нужно использовать анодное заземление

Возникновение коррозионных процессов и нарушения целостности труб и другие деталей становятся главной причиной аварийных ситуаций на линиях различных коммуникаций. Для продления срока эффективной службы важно организовывать их защиту.

Служит эффективным и необходимым способом защиты и обслуживания таких объектов:

Какие материалы используются для создания анодных заземлителей

Для организации заземления газопровода и огромного количества других коммуникаций применяются такие основные материалы и компоненты:

Выбор конкретного вида оборудования будет напрямую зависеть от особенностей конкретного объекта и условий использования металлических деталей.

Особенности монтажа анодного заземления

В зависимости от порядка монтажа элементы могут распределяться на два основных вида.

Конструкции для анодного заземления показывают отличные результаты сопротивления коррозионным процессам коммуникаций на больших расстояниях. Значительный радиус действия глубинных электродов полностью компенсируют трудоемкость и хлопотность их монтажа.

Важным и необходимым условием для организации хорошей защиты от коррозии различных деталей станет выбор надежных и проверенных компонентов устройства.

Отличными и проверенными материалами, которые помогут создать надежную систему анодного заземления для защиты от коррозии станут трубчатые графитовые изделия от компании «Донкарб Графит».

Для получения подробной информации о порядке выбора и использования товаров и заказа трубчатых графитовых электродов заказа трубчатых графитовых звоните 8-800-250-76-73.

Источник

Принципы работы и использование различных видов анодных заземлителей

Анодное заземление — главный компонент установки катодной защиты и состоит из анодных электродов, размещенных в электролитической коррозионной среде. Заземление этого типа используется для защиты подземных металлических коммуникаций от коррозийных процессов.

Принципы работы анодных заземлителей

Примерно в середине XX века ученые осознали, что преодолеть развитие коррозии расположенных под землей металлических конструкций за счет одних только защитных покрытий не представляется возможным. По причине неоднородной структуры, высокой влажности и кислотности грунта на поверхности металла возникают участки с противоположными электродными потенциалами. В результате возникают гальванические коррозионные образования.

Коррозионное разрушение металла дополнительно провоцируется воздействием блуждающих токов. Такие токи время от времени появляются в почве, на поверхности которой проходит электрический транспорт, расположены электроподстанции, сотовые вышки и т. п.

Чтобы избежать коррозионных процессов, используются установки катодной защиты. Объект оказывается в условиях отрицательной поляризации, где выступает в качестве катода. Роль анода отдается специальному заземлительному устройству.

Находясь в электролитной среде, разные виды металлы имеют отличные друг от друга электродные потенциалы. Если в стальном трубопроводе запустить минус от постоянного источника электричества, а рядом с трубой установить электрод из цинка, алюминия или магния с подведенным к нему плюсом, цветной металл выступит в качестве анода. Электролизная реакция на поверхности металла запускает восстановительные процессы, ржавление становится менее интенсивным, а анод подвергается разрушению. Такие аноды называют жертвенными электродами.

По указанной схеме защищаются всевозможные металлические конструкции, находящиеся под землей, в том числе емкости, колонны, трубопроводы. Для организации эффективной защиты важно не только правильно подобрать анодный заземлитель, но и безошибочно выполнить монтажные работы.

В условиях плотной застройки в городах анодный заземлитель часто невозможно разместить по горизонтали. Существует вероятность его отрицательного воздействия на окружающие объекты. В связи с этим американские ученые выдвинули предложение возможности установки заземляющих устройств на большой глубине в вертикальном положении. Первое воплощение идеи увидело свет в 1952 году в США. Анодный заземлитель был установлен на глубину 90 метров.

В дальнейшем на практике было доказано, что глубинные заземлители подходят не только для городов, но и для использования на участках, где верхние пласты почвы отличаются повышенным удельным сопротивлением. Удаляясь от поверхности, сопротивление должно сокращаться. Неприменима технология глубинного заземления только для скальных пород и заболоченной местности.

Виды анодных заземлителей

Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.

Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.

Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды.

Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.

Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.

Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.

Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.

Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.

Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.

Особенности проектирования и установки

Проектирование и монтаж глубинного заземляющего устройства осуществляются в соответствии с определенными правилами:

Популярные модели анодного заземления

На рынке есть множество моделей, предназначенных как для поверхностной установки, так и для глубинной. Техника поставляется в комплекте, содержащем от 10 до 20 заземлителей и один источник электропитания.

Среди поверхностных заземлителей отечественного производства стоит выделить такие модели:

Распространенные глубинные модели:

Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.

Источник