Протектор магниевый ПМ-20у

Протектор магниевый ПМ-20У — элемент системы электрохимической защиты (ЭХЗ) подземных стальных конструкций от коррозии. Изделие представляет собой литой анод из магниевого протекторного сплава массой 20 кг, упакованный вместе с порошкообразным активатором в хлопчатобумажный мешок. Суммарная масса протектора ПМ-20У в упаковке с активатором составляет 60 кг.

Протекторы серии ПМ-У применяют для катодной защиты газонефтепродуктопроводов, водоводов, кабельных линий, подземных резервуаров и других стальных сооружений, эксплуатируемых в грунтах и пресных водах. Магниевые протекторы используют в средах, где цинковые и алюминиевые аноды малоэффективны — в грунтах с высоким удельным сопротивлением и низкой минерализацией.

Принцип действия протекторной защиты от коррозии

Протекторная (гальваническая) защита основана на разности электродных потенциалов двух металлов в электролитной среде. Магний обладает более отрицательным электродным потенциалом, чем сталь. При электрическом соединении протектора с защищаемым сооружением через дренажный проводник образуется гальваническая пара, в которой:

— протектор выступает анодом (растворяющийся электрод);
— защищаемое сооружение выступает катодом (защищённый электрод).

Защитный ток протекает от анода через грунт (электролит) к сооружению. За счёт катодной поляризации потенциал стальной поверхности смещается в отрицательную сторону, что подавляет анодные реакции растворения металла. Протектор при этом постепенно расходуется — коррозии подвергается анод, а не трубопровод.

Электрохимические параметры магниевых протекторов

Стационарный потенциал магниевого сплава составляет примерно минус 1600 мВ относительно медно-сульфатного электрода сравнения (м.с.э.). Для сравнения: потенциал стали в грунте составляет от минус 500 до минус 700 мВ (м.с.э.). Разность потенциалов между магниевым протектором и стальной конструкцией — около 900–1100 мВ, что обеспечивает достаточную движущую силу для протекания защитного тока.

Теоретическая токоотдача (электрохимический эквивалент) чистого магния составляет около 2200 А·ч/кг. Это означает, что при растворении 1 кг магния теоретически выделяется 2200 ампер-часов электричества. На практике коэффициент использования протектора составляет 50–60 % за счёт саморастворения, поэтому фактическая токоотдача — порядка 1100–1320 А·ч/кг.

Область применения протектора ПМ-20У

Магниевые протекторы серии ПМ-У рекомендуются для работы в грунтах с удельным электрическим сопротивлением менее 50 Ом·м. При более высоком сопротивлении грунта токоотдача протектора снижается, и рекомендуется использование станций катодной защиты с внешним источником тока.

Основные объекты защиты:

— магистральные и промысловые нефтепроводы, газопроводы, продуктопроводы;
— водоводы систем водоснабжения и канализации;
— подземные стальные резервуары для хранения нефтепродуктов и ГСМ;
— стальные кабельные линии связи и электроснабжения;
— подземные металлические конструкции промышленных объектов;
— участки трубопроводов в зонах воздействия блуждающих токов.

Протекторную защиту также применяют для временной защиты строящихся и ремонтируемых участков трубопроводов, а также в дополнение к станциям катодной защиты на отдельных участках с повышенной коррозионной опасностью.

Химический состав магниевого протекторного сплава

Протекторы серии ПМ изготавливаются из магниевых протекторных сплавов марок МП-1 и МП-2, относящихся к системе Mg–Al–Zn. Химический состав сплавов регламентирован ГОСТ 26251-84 (таблица 20). Основные легирующие элементы — алюминий и цинк — обеспечивают необходимый электродный потенциал и равномерное растворение анода.

Состав сплава МП-1

Содержание примесей в сплаве МП-1 жёстко ограничено: железо — не более 0,003 %, медь — не более 0,004 %, никель — не более 0,001 %, кремний — не более 0,04 %, титан — не более 0,02 %. Столь низкие нормы по железу, меди и никелю обусловлены тем, что именно эти элементы резко усиливают саморастворение магния и снижают токоотдачу протектора.

Состав сплава МП-2

Сплав МП-2 имеет идентичное содержание основных легирующих элементов (Al 5,0–7,0 %, Zn 2,0–4,0 %, Mn 0,02–0,5 %), но допускает более высокое содержание примесей: железо — не более 0,03 %, медь — не более 0,15 %, никель — не более 0,008 %, кремний — не более 0,25 %. По согласованию сторон в сплаве МП-2 допускается массовая доля редкоземельных элементов (РЗЭ) не более 2 %.

Сплав МП-1 обеспечивает более высокий коэффициент использования протекторной массы за счёт пониженного саморастворения. Выбор марки сплава определяется проектной документацией системы ЭХЗ.

Габаритные размеры и масса протектора ПМ-20

Размеры анода ПМ-20 (без упаковки)

Размеры протектора ПМ-20У (с активатором в упаковке)

Сравнение типоразмеров серии ПМ-У

Активатор магниевого протектора: состав и функции

Протектор ПМ-20У поставляется в комплекте с порошкообразным активатором (засыпкой прианодного пространства). Активатор выполняет несколько функций: снижает переходное сопротивление на границе «анод–грунт», предотвращает образование труднорастворимых плёнок на поверхности магния, обеспечивает равномерное растворение протекторной массы и стабилизирует электродный потенциал анода.

Состав активатора протекторов серии ПМ-У

Бентонитовая глина при увлажнении набухает и обеспечивает плотный контакт активатора с окружающим грунтом. Эпсомит (сульфат магния) повышает электропроводность прианодной зоны и создаёт ионную среду, препятствующую образованию на поверхности магния нерастворимых оксидных и гидроксидных плёнок. Строительный гипс выполняет роль структурного наполнителя и дополнительного источника сульфат-ионов.

Конструкция и комплект поставки ПМ-20У

Протектор магниевый ПМ-20У поставляется в виде готового к монтажу комплекта, включающего:

— литой анод из магниевого сплава МП-1 (или МП-2) массой 20 кг с залитым контактным стержнем;
— изолированный дренажный проводник, подключённый к контактному стержню;
— порошкообразный активатор массой около 40 кг;
— хлопчатобумажный мешок, в который помещён анод с активатором.

Для хранения и транспортировки протектор дополнительно упаковывается в бумажный или полипропиленовый мешок. Наружная упаковка снимается непосредственно перед установкой протектора в грунт.

Контактный стержень из оцинкованной стали залит в тело протектора при литье. Место соединения дренажного провода со стержнем изолировано от внешней среды для предотвращения контактной коррозии.

Монтаж протектора ПМ-20У

Схемы размещения протекторов

Протекторную защиту организуют по одной из двух схем.

Одиночная установка — протектор размещается индивидуально, подключается к защищаемому сооружению через контрольно-измерительный пункт (КИП). Используется на участках с невысокой коррозионной активностью грунта.

Групповая установка — от 5 до 15 протекторов объединяются в группу, подключённую к общему дренажному проводнику и КИП. Применяется на участках с повышенной агрессивностью грунта, в зонах блуждающих токов или при необходимости обеспечить более высокий защитный ток.

Порядок монтажа одиночного протектора

Протектор устанавливают на расстоянии около 5 м от оси трубопровода. Глубина заложения протектора определяется проектом, но, как правило, совпадает с глубиной заложения защищаемого сооружения. В грунте отрывают шурф, на дно укладывают протектор в мешке с активатором, засыпают грунтом и уплотняют. Дренажный проводник прокладывают к месту подключения и соединяют с трубопроводом через КИП.

Место контакта провода со стальной конструкцией выполняют сваркой (термитной или электродуговой) с последующей изоляцией. КИП устанавливают на поверхности земли для обеспечения возможности периодического контроля защитного потенциала и силы тока.

Расстояние между протекторами

Норма расхода магниевых протекторов на единицу протяжённости трубопровода рассчитывается индивидуально для каждого объекта. Расчёт зависит от удельного сопротивления грунта, диаметра и состояния изоляции трубопровода, требуемого защитного потенциала и других факторов.

По практическим данным, один протектор ПМ-10У или ПМ-20У в среднем защищает участок трубопровода протяжённостью от 1000 до 2000 м. Однако эта величина является ориентировочной — фактический интервал определяется проектом системы ЭХЗ, который разрабатывается специализированной организацией.

Срок службы магниевого протектора ПМ-20У

Средний срок эксплуатации магниевых протекторов серии ПМ-У составляет от 5 до 10 лет до полной выработки протекторной массы. Фактический срок зависит от ряда условий:

— масса протекторного тела (чем больше масса, тем дольше срок);
— удельное сопротивление грунта (в низкоомных грунтах растворение идёт быстрее);
— качество изоляции защищаемого трубопровода (при плохой изоляции ток утечки выше, протектор расходуется быстрее);
— наличие блуждающих токов в зоне монтажа;
— температура грунта.

Гарантийный срок хранения магниевых протекторов — 3 года с момента изготовления (ГОСТ 26251-84, п. 7.2). По истечении гарантийного срока хранения перед монтажом проводится проверка состояния протекторов в объёме 10 % от партии на соответствие требованиям по внешнему виду, массе и размерам.

Нормативные документы

Химический состав протекторных сплавов МП-1 и МП-2 регламентирован ГОСТ 26251-84 «Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия». Данный стандарт действующий, ограничение срока действия снято (протокол МГС № 5-94 от 17.05.1994).

Протекторы серии ПМ-У для защиты подземных сооружений изготавливаются по техническим условиям.

Проектирование систем протекторной защиты трубопроводов выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602 «ЕСЗКС. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии» и ведомственных нормативных документов.

Хранение и транспортировка

Магниевые протекторы ПМ-20У хранят в закрытых складских помещениях или под навесом в заводской упаковке. Активатор является гигроскопичным материалом — при намокании он может частично утратить свойства, поэтому наружную упаковку не следует вскрывать до момента монтажа.

При транспортировке протекторы укладывают в транспортные пакеты или дощатые ящики. Допускается хранение протекторов в пакетах на специально отведённых площадках в закрытых складах.

Сравнение магниевых, цинковых и алюминиевых протекторов

Выбор материала протектора определяется условиями эксплуатации. Магниевые протекторы применяют преимущественно в грунтах и пресных водах, цинковые протекторы — в морской воде и грунтах с низким удельным сопротивлением, алюминиевые — в морской воде.

Главное преимущество магниевых протекторов — высокая движущая ЭДС (разность потенциалов с железом), что позволяет им эффективно работать в средах с высоким удельным сопротивлением, где цинковые и алюминиевые аноды не обеспечивают достаточного защитного тока. Основной недостаток — повышенное саморастворение, снижающее практический коэффициент использования до 50–60 %.

Формы поставки магниевых протекторов

Протекторы серии ПМ-У поставляются в готовом к монтажу виде: анод с проводником, упакованный в х/б мешок вместе с активатором, в наружной транспортной упаковке. Серийные типоразмеры — ПМ-5У (5 кг), ПМ-10У (10 кг), ПМ-20У (20 кг).

При необходимости у нас изготавливают протекторы нестандартных типоразмеров по требованиям заказчика. Также выпускаются магниевые протекторы серии ПМ-15-80 увеличенной массы для объектов с высоким требуемым сроком службы защиты.