Повышение эффективности применения электроизолирующих фланцевых соединений в трубопроводах водо-и теплоснабжения

Повышение эффективности применения электроизолирующих фланцевых соединений в трубопроводах водои теплоснабжения

Одной из причин появления свищей и разрывов трубопроводов водои теплоснабжения является электрохимическая почвенная коррозия и коррозия от блуждающего электрического тока.

Низкое качество антикоррозионного покрытия подземных трубопроводов в условиях большой насыщенности подземными электрическими коммуникациями и трамвайными путями приводит к появлению электрохимической почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами в местах их прокладки.

Причиной возникновения коррозии от блуждающего электрического тока является также состояние внутреннего электрохозяйства зданий. В результате старения внутридомового электрохозяйства, а также при активном содействии некоторых «умелых» жильцов, внутридомовые трубопроводы систем водоснабжения и теплоснабжения оказываются под воздействием электрического тока. Кроме того, в настоящее время [8] при реконструкции старых систем электроснабжения зданий и монтаже новых в соответствии с требованиями [1] (разделы 1 и 7) внедряется трехи пятипроводная схема подключения электрооборудования, т. е. фактически к фазным и нулевому рабочему проводникам добавляется нулевой защитный проводник. Поэтому, любая неочевидная ошибка в подключении электрооборудования в этих схемах (наиболее часто встречается либо подключение нулевого рабочего проводника к клемме нулевого защитного и, наоборот, либо подключение под один контактный зажим обоих проводников) приводит к появлению неконтролируемого растекания токов по металлоконструкциям и трубопроводам систем водоснабжения и отопления зданий. Здесь уместно отметить, что такая ошибка не только увеличивает скорость точечной коррозии трубопроводов, но и представляет опасность поражения людей электрическим током. В отчетах организаций, эксплуатирующих водопроводы и внутридомовые системы теплоснабжения, указывается на искрение между разъединенными концами трубопровода, жалобы обслуживающего сантехнического персонала на удары током.

Одним из основных мероприятий, которое позволяет подавить процесс коррозии, вызванный блуждающими токами на существующих тепловых сетях и водопроводах, является электрохимическая защита подземных трубопроводов. Другим мероприятием по защите металлических трубопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, являются электроизолирующие фланцевые соединения (ЭФС), которые уменьшают электрохимическую коррозию трубопровода, путем увеличения его продольного сопротивления и соответствующего снижения величины коррозионного тока.

ЭФС представляет собой прочно-плотное соединение двух участков трубопровода, которое с помощью электроизолирующей прокладки и втулок препятствует прохождению электрического тока вдоль трубопровода, что необходимо при вводах теплопроводов на производственных объектах по обслуживанию трамваев, метрополитена, электрифицированных на постоянном токе железных дорог (депо, тяговые подстанции, ремонтные базы и т. п.).

Особое внимание следует уделить установке ЭФС на вводах тепловой сети и водопроводов в жилые дома и общественные и производственные здания с наличием в них системы уравнивания потенциалов (п. 1.7.82 ПУЭ, раздел 1, седьмое издание, утверждено приказом Минэнерго РФ № 204 от 08.07.02 г. [1]). Согласно указанному пункту ПУЭ: «…металлические трубы коммуникаций, входящих в здание: горячего и холодного водоснабжения, отопления … все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов».

При наличии гальванического контакта трубопроводов тепловой сети с грунтом (через неподвижные опоры, стенки тепловых камер и др.), при отсутствии ЭФС, трубопроводы тепловой сети фактически будут являться заземлителями, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Это приведет к нарушению п. 1.7.110 ПУЭ, где говорится: «Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы … центрального отопления. Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с п. 1.7.82».

Для решения проблемы неконтролируемого растекания токов обычно принимают следующие меры: электрически изолируют все внутренние водопроводные линии от подводящей магистрали посредством установки ЭФС или проводят замену подверженных ускоренной коррозии металлические трубы на пластиковые.

Таким образом, обобщая вышеизложенное, можно заключить, что без применения ЭФС на вводах трубопроводов теплосети и водоснабжения невозможно выполнение требований ПУЭ на сооружениях с наличием системы уравнивания потенциалов.

Конструкции ЭФС, применяемые на газопроводах [2], непригодны для использования на тепло-, водопроводах, где параллельно трубопроводу через столб воды также возможно протекание тока. При этом в случае наличия электроизолирующего элемента на трубопроводе возможно возникновение опасного анодного растворения внутренней поверхности трубопровода, поскольку в зоне ЭФС падение напряжения может достигать 0,5 В.

Электрическое сопротивление ЭФС ® на трубопроводах, транспортирующих воду, зависит от внутреннего диаметра трубопровода (d), толщины изолирующей прокладки (д) и удельного электрического сопротивления воды (р), в свою очередь зависящего от температуры воды (t) [9]. На рис. 1 показана зависимость электрического сопротивления фланцев с диэлектрической прокладкой толщиной 2 мм от с воды, диаметра трубопровода и температуры воды. Откуда следует, что с увеличением диаметра трубопровода электрическое сопротивление ЭФС резко падает.

Так, при d = 0,5 м и d = 0,1 м, р = 20 Ом. м и д=5 мм токи утечки составят соответственно 1 и 0,04 А. Плотности тока утечки с единицы длины анодного участка ЭФС при этом будут в соотношении 5/1, из чего следует, что трубопроводы большего диаметра могут подвергаться более интенсивной коррозии.

Электрическое сопротивление ЭФС при прочих равных параметрах в основном обусловлено толщиной электроизолирующей прокладки (д), т. е. практически длиной столба жидкости, равной толщине прокладки, поэтому уменьшение тока утечки может быть достигнуто увеличением (д). Необходимость снижения скорости коррозии до допустимых значений (с учетом неравномерности распределения тока утечки на анодном участке трубопровода) требует увеличения электрического сопротивления (т.е. длины) столба жидкости не менее, чем на два порядка величин. Исходя из конструктивных соображений, увеличение длины столба жидкости на указанную величину практически может быть реализовано лишь изоляцией внутренней поверхности труб в зоне ЭФС покрытием с переходным электрическим сопротивлением Rпер > 100 Ом/м2.

На основе изложенного и рекомендаций, приведенных в технической литературе [3, 4, 7], суммарную длину участков, примыкающих к ЭФС, принимают равной не менее 2d трубопровода. При этом электрическое сопротивление ЭФС на трубопроводе диаметром d = 500 мм, заполненном водой с удельным электрическим сопротивлением р=20 Ом. м, составит не менее 100 Ом (электрическое сопротивление ЭФС на трубопроводе без воды должно быть не менее 5 МОм).

Выбор длины диэлектрической вставки существенно влияет как на скорость коррозии (плотность коррозионного тока) на границе труба-диэлектрическая вставка, так и на интегральный ток коррозии. При этом, согласно расчетам и экспериментальным данным [5, 6] существенное снижение (в несколько раз) указанных параметров достигается при выборе длины диэлектрической вставки (L) исходя из соотношения L/2R>2, где R — радиус трубопровода. Использование длинных вставок L/2R > 3 не дает существенного дополнительного эффекта снижения тока коррозии.

коррозия трубопровод фланцевый соединение.

Требование, при котором обеспечивается длина столба жидкости, может быть реализовано в трех вариантах исполнения узла фланцевого соединения (рис. 2). Анализ преимуществ и недостатков представленных вариантов показывает, что предпочтение следует отдавать второму и третьему. В первом варианте при появлении дефекта в покрытии вблизи фланцевого соединения резко сокращается L, что соответственно увеличивает опасность коррозии в месте дефекта, если анодный участок ЭФС находится на поверхности с покрытием. Это полностью исключается в третьем варианте и лишь частично имеется во втором. Поэтому соотношение L/2R = 3 можно считать оптимальным при выборе геометрии диэлектрической вставки.

В качестве антикоррозионного диэлектрического покрытия на внутренней поверхности примыкающих к фланцевому соединению труб может быть рекомендовано покрытие, обладающее термовлагостойкостью и стойкостью в агрессивных средах, например, силикатно-эмалевое покрытие. Покрытие наносят и на плоскую часть фланцев, где устанавливается диэлектрическая прокладка.

В качестве диэлектрических прокладок можно применять материалы, обладающие термовлагостойкостью и необходимыми прочностными характеристиками, например, фторопласт. Фланцевое соединение осуществляется на болтах, электроизоляция которых от фланцев достигается с помощью втулок из конструкционного текстолита марки ПТК-1, термостойкость которого обеспечивается при температуре до 140 ОС. Для исключения случаев прожигания электроизолирующего слоя при монтаже, необходимо нанести на наружную поверхность ЭФС сигнальную окраску, указывающую место, где можно производить сварочные работы (рис. 3).

Для контроля работоспособности ЭФС, необходимо вывести контрольные проводники от разделяемых участков трубопровода в контрольно-измерительный пункт (рис. 4), расположенный в удобном для производства измерений месте. Контроль ЭФС производится согласно документам, изложенным в [2] (стр. 82, 190, 191).

ЭФС является высоко технологичным изделием, требующим неукоснительного соблюдения технологии нанесения термовлагостойких электроизолирующих покрытий и определенных навыков при монтаже.

• 1. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание/СПб, 2002.
• 2. РД 153−34.9−091−01 «Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии».
• 3. РД 153−34.0−20.518−2003 «Типовая инструкция по защите тепловых сетей от наружной коррозии».
• 4. Сурис М. А., Липовских В. М. Защита трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии. М.: Энергоиздат, 2003.
• 5. Александров А. А., Дончевский С. В., Киселев В. Г., Титков В. В. Влияние диэлектрических параметров изолирующих фланцевых соединений на процесс коррозии теплопроводов // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1999. № 7.
• 6. Александров А. А., КиселевВ.Г., Титков В. В. Выбор параметров диэлектрических вставок антикоррозионной защиты трубопроводов // Известия академии наук. 1999. № 3.
• 7. Бэкман В., Швэнк В. Катодная защита от коррозии: Справочник, пер. с нем. / под ред. Стрижевского И. В. М.: Металлургия, 1984.
• 8. Григорьев О. А., Петухов В. С., Соколов В. А. Ускоренная точечная коррозия внутренних трубопроводов зданий, вызванная протеканием переменных токов//АВОК. 2002. № 5.
• 9. Beackman W. G. Catodik protection of underground pipelines with special reference — to urban areas//J. AWWA. 1974. P. 466−470.