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:
- Электроды, входящие в гирлянду, устанавливают исключительно ниже уровня промерзания почвы. Особенно четко это условие следует соблюдать в регионах с многолетними мерзлыми грунтами.
- При превышении силы тока на катодной станции 25 Ампер понадобится установка на гирлянду перфорированной трубки для удаления газов, выделившихся в процессе работы оборудования. В противном случае газовая оболочка, возникающая возле анода, увеличивает сопротивление и сокращает радиус действия системы.
- Чтобы продлить срок службы электродов, скважину засыпают не землей, а коксовой крошкой.
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:
- «Менделеевец-ММ». Поверхностная модель, эффективно предотвращающая деструктивные процессы в подземных конструкциях. Заземлитель используют для защиты нефтегазовых объектов, но и могут задействовать и для охраны любых других металлических коммуникаций, расположенных в грунте. Интенсивность растворения электрода — 300 граммов в год. Исходя из массы электрода — 43 килограмма, — его хватит более чем на столетие.
- «Менделеевец-МТП». Магниевый анодный заземлитель поверхностного типа, используемый для предотвращения коррозии на магистральных трубопроводах. Характеристики модификации позволяют работать в условиях особенно агрессивных сред. Например, «Менделеевец-МТП» часто используют для защиты портовых сооружений. В комплектацию устройства входит станция, поставляющая электропитание.
Распространенные глубинные модели:
- «ГАЗ-М». Рассчитано на защиту глубоко установленных конструкций всех типов. Работает с током 10 Ампер.
- «Менделеевец-МРКГ». Устройство малорастворимого типа, предназначенное для работы в почвах с повышенным уровнем удельного сопротивления. В комплектацию входит до 24 заземлителей.
Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.