анодные заземлители что это
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.
Виды анодных заземлителей
В статье идет речь о назначений, устройстве и видах анодных заземлителей.
Что такое анодные заземлители?
Анодные заземлители — это рабочие электроды, используемые для обеспечения антикоррозионной защиты подземных сооружений. Благодаря этому способу электрохимзащиты металла от окисления возможна эксплуатация различных металлических объектов под землей. Задача заземлителя обеспечить стекание тока в землю, поэтому выбирают материал который хорошо проводит ток.
Устройство
Самая простая схема катодной электрохимической защиты, выглядит следующим образом: по трубопроводу пускают «минус» от постоянного источника электричества, а рядом с трубой устанавливают электрод, который выполнен из токопроводного материала. К последнему подводят «плюс», так что он превращается в анод. В результате анод саморазрушается в почве, принимая на себя губительное воздействие коррозии и отводя его от катода, т. е. газопроводной трубы, других коммуникаций или емкостей. Скорость разрушения анода имеет важное значение, так как замена старого заземления или выход из строя раньше времени, несут не только экономические затраты, но и могут привести к катастрофе. Конечно в схеме есть еще дополнительное оборудование такие как электроды сравнения, датчики скорости коррозии и т.д.
Чтобы обеспечить катодную защиту объектов из металла, используют анодное заземление на основе поверхностных и глубинных заземлителей и протяженных электродов.
Поверхностные
Данный заземлитель устанавливают на одной глубине с защищаемым сооружением. Он отличается компактными габаритами и небольшим радиусом действия. Представляет собой электрод, состоящий из магниевого, цинкового или железокремниевого сплавов, с кабелем для подключения к питающей станции. Современные модели изготавливаются из полимерных материалов, что значительно продлевает срок службы заземлителя, удешевляет конструкцию без ущерба качеству, делают монтаж простым.
Устройства для такого заземления выполняются в форме стержней с круглой отливкой и изолированными участками присоединения контактного кабеля. Каждый стержень подсоединяют к магистральной линии посредством термитной сварки или с помощью зажимов.
Глубинные
Эти заземлители решают те же задачи, что поверхностные аналоги, но отличаются особенностями монтажа и строения. Глубина установки их может доходить до 40 м.
Подобные приборы покрываются коксо-минеральным веществом, что значительно увеличивает их массу. Повышаются и затраты на их установку за счет необходимости использования механизированного бурения. Если бурение самоходными машинами невозможно, монтаж осуществляют с использованием переносных буровых установок.
Несмотря на сложный процесс монтажа данное оборудование отличается эффективностью: с его помощью защищают металлоконструкции, расположенные в почве на значительном расстоянии. Этот метод особо актуален в условиях города, где многочисленные работы по установке поверхностного заземления затруднены или невозможны.
Глубинные устройства дают возможность сократить расходы на электричество благодаря большому радиусу действия. Их сопротивление не зависит от времени года. К тому же электроды находятся на такой глубине, где промерзание грунта исключено. Стоимость такого заземления выше, чем с устройствами предыдущего типа, а срок эксплуатации немного меньше и составляет в среднем 30 лет.
Протяженные
Лучшие модели анодного заземления
На рынке представлено множество различных моделей анодных заземлителей для размещения на поверхности или на значительной глубине. От качества устройств зависит эффективность электрохимической защиты.
Корпорация ПСС выпускает широкий ассортимент анодных заземлителей, из разных материалов и конструкции, для поверхностного и глубинного монтажа, а также протяженные заземлители ЭПМ.
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.
Анодный заземлитель, что это такое, устройство, принцип работы, проектирование и установка
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.
Устройство и принцип работы
Анодный заземлитель, как правило, устанавливается вертикально на глубину свыше 15 метров. Благодаря такому способу монтажа, уровень сопротивления поддерживается на уровне не более 4 Ом.
Отметим, что в роли первых заземляющих устройств применяли рельсы или трубы из чугуна. Но такой металл быстро разрушается под действием коррозии и теряет эффективность. Сегодня предпочтение отдается другим материалам, о которых поговорим ниже.
Анодный заземлитель состоит из следующих составляющих:
Для продления срока службы изделие закрывается кожухом из оцинковки, а полость между внешней частью и сердцевиной заполняется графитным или коксовым составом. Назначение последнего состоит в защите электрода от повреждения и продления его ресурса.
Принцип действия анодного заземлителя направлен на компенсацию отрицательного заряда грунта положительными ионами.
Причина коррозии металла, находящегося в земле — высокий уровень влаги, неоднородная структура и высокая кислотность. Как результат, на поверхности металлического изделия появляются разные потенциалы, провоцирующие появление ржавчины.
Дополнительный негативный фактор, ускоряющий разрушение металла — блуждающие токи, появляющиеся из-за движения по поверхности электротранспорта, электрических станций, вышек мобильных операторов и другого оборудования.
Установка анодного заземлителя гарантирует компенсацию отрицательного заряда и тем самым продлевает срок службы металлических изделий. Одно заземление способно защитить любой металл, расположенный под землей — трубы, емкости, плоские поверхности и т. д.
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.
История создания
До появления современных анодных заземлителей применялись «жертвенные электроды» старого типа или установки катодной защиты. Охраняемый объект играл роль катода, а заземление — анода. В результате металлические конструкции служили дольше, но анодный заземлитель быстро повреждался и требовал замены.
Ранее такие аноды располагались горизонтально, но в условиях города такой подход трудно реализовать.
Решение проблемы придумал Роберт Кун, предложивший ставить заземлитель на большую глубину и вертикально. При первой проверке в 1952 году удалось установить анод на 90 метров.
Со временем специалисты пришли ко мнению, что такой способ защиты металлических конструкций лучше подходит для условий города.
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:
Классификация
При изучении темы анодных заземлителей важно понимать их особенности и классификацию. Условно изделия делятся по нескольким признакам.
По расположению
Анодные заземлители отличаются по позиции относительно защищаемого объекта или рабочего элемента.
По расположению относительно защищаемого объекта они бывают:
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.
Проектирование и установка
Перед монтажом выполняется проектирование с учетом типа грунта, требований к сроку службу, особенностей защищаемого устройства и финансовых возможностей. При этом работа выполняется с учетом действующего стандарта, ГОСТ Р 51-164, проекта, правил и норм, действующих в определенной сфере.
Также учитываются данные инструкции и паспорта по установке анодного заземлителя.
Монтаж анодных заземлителей необходима в следующих случаях:
При работе на промышленных площадках монтаж заземляющих устройств необходим в местах:
Главные правила монтажа:
В процессе монтажа запрещено:
После ввода в эксплуатацию ремонтом анодных заземлителей занимается компания-изготовитель с учетом действующей инструкции. При необходимости для изолирования контактов применяются диэлектрические полимеры и соединительные муфты, предназначенные для таких целей.
Соблюдение ГОСТ 58344-2019 и других нормативных документов позволяет избежать ошибок при проектировании и монтаже, максимально защитить объект и продлить ресурс изделия.
Популярные модели
Современный рынок предлагает большой выбор анодных заземлителей. Ниже рассмотрим особенности и устройство наиболее популярных моделей.
Менделееевец
Под торговой маркой Менделеевец выпускается много современных моделей анодных заземлителей — магнетитовых, ферросилидовых и ММО.
Это российский производитель, имеющий большой опыт изготовления оборудования катодной защиты для разных металлических конструкций — резервуаров, емкостей, труб и т.д.
Дополнительно компания занимается выпуском приборов и оборудования для проверки подземных труб, а также оборудования ПКЗ.
К наиболее востребованным моделям анодных заземлителей Менделеевец можно отнести:
Кроме рассмотренных выше, применяются и другие типы малорастворимых анодных заземлителей Менделеевец:
Все приведенные модели отличаются высоким качеством и надежностью.
Магнит
Структура ООО Магнит — известная компания, занимающаяся разработкой катодной защиты, предотвращающей появления ржавчины на трубопроводах и в иных подземных сооружениях.
Выпускает следующие модели анодных заземлителей:
Предусмотрены типовые решения заземлителей, применяющихся для защиты подземных коммуникаций. За время деятельности производитель получил много положительных отзывов, наработал большой ресурс и партнерскую базу.
Особенности конструкции рассмотрим на примере АЗМ-3Х.
Устройство применяется в системах катодной защиты. Подходят для земельных участков, отличающихся повышенной коррозийной активностью, а также в морской воде.
Конструктивно представляет собой цилиндрическую колбу с медными проводами усиленной изоляции, а также специальной муфтой для подключения к кабелю катодной станции.
Параметр растворимости зависит от плотности тока и грунте, в котором работает устройство. Средние показатели — до 0,1-0,5 кг/А*год. Ресурс — от 50 лет.
Анодные заземлители ГАЗ-М применяются для защиты подземных металлических конструкций при невозможности применения более дешевой защиты.
Конструктивно изделие состоит из модуль-электродов, объединенных в гирлянду с помощью специальных муфт (идут в комплекте). Число модулей и проводов, а также длина определяется индивидуально. Газы отводятся через специальные отверстия.
Для установки заземлителя не нужно специальной техники, ведь конструкция собирается из специальных модулей по ходу углубления.
Электрод изготовлен из железно-кремниевого сплава типа ЧС-15 ГОСТ 7769-86. Общий объем кремния в составе — 14,5%.
Что такое КМА
Коксо-минеральный активатор — один из элементов многих анодных заземлителей, применяемый для уменьшения переходного сопротивления.
Рекомендуется при установке анодных заземлителей в землях с высоким сопротивлением грунта (больше 30 ОМ*м).
Конструктивно состоит из следующих компонентов:
Структура коксо-минерального активатора четко определена и зафиксирована в патенте, а право на выпуск имеется только у предприятия Химсервис.
На изготовление, использование и продажу есть заключение СЭС. Параметр удельного сопротивления — от 0,03 до 0,06 Ом*м.
КМА продается в мешках по 40 кг. Должен храниться в упаковочной таре в закрытых объектах. Максимальный срок хранения не лимитируется.
Установка глубинного анодного заземления
Глубинное анодное заземление устанавливается в скважину, которая проработана глинистым раствором. Крайне важно не допускать перерывов во время монтировки и установки заземления, поэтому сразу же после завершения бурения необходимо приступать к его установке.
Установка анодного заземления ведется секциями с использованием монтажного стола. Перед пуском глубинного анодного заземления следует проверить при помощи дефектоскопа качество изоляции. После завершения установки скважина заполняется глинистым раствором либо коксом, верхняя часть, в соответствии с рабочими чертежами и техпроектом – песком или гравием.