Вопросы, связанные с защитой металлических коммуникаций от коррозии, возникли сразу после их начала использования. Уже в средние века кованые железные и литые чугунные трубы покрывались расплавленным пеком или древесным дегтем для защиты. В середине XIX века оцинкованные трубы стали активно применяться. Для защиты водопроводных сетей в 1837 году во Франции и в 1843 году в США была разработана технология покрытия цементным раствором, которая используется и по сей день.
С появлением электрифицированного транспорта и телефонной канализации с кабелями в свинцовой оболочке, а также увеличением использования стальных труб для коммуникаций, было отмечено значительное увеличение числа коррозионных повреждений из-за воздействия блуждающих токов.
В 1892 году впервые были высказаны предупреждения о возможном разрушении газовых труб, проложенных в агрессивных грунтах и под воздействием блуждающих токов.
В 1906 году в Германии была построена первая установка катодной защиты для газопровода и водопровода, проложенных вдоль трамвайной линии. Для подачи постоянного тока использовался генератор.
В нашей стране активное использование защиты началось в 1930-х годах на кабелях связи. В период с 1933 по 1935 годы среднее количество повреждений оболочек кабелей составляло около 1 350 ежегодно. Однако после внедрения системы электрозащиты количество повреждений резко снизилось, и в 1940-х годах число повреждений уменьшилось до 20-15 в год.
В довоенные годы в Москве практически не было отмечено коррозионных повреждений газопроводов, вызванных блуждающими токами. Это объясняется тем, что основная часть газопроводов состояла из чугунных труб.
Из представленных данных видно, что до 1950 года чугунные газопроводы были основными, но начиная с 1940 года в Москве использовались только стальные газопроводы.
Чугунные газопроводы с раструбными соединениями имеют гораздо большее продольное сопротивление по сравнению со сварными стальными газопроводами. Они представляют собой секционированные сооружения, и поэтому, с точки зрения устойчивости к коррозии при воздействии блуждающих токов, чугунные раструбные газопроводы являются более долговечными, чем стальные.
Важно отметить, что чугунные трубы, не имея изоляции, имеют большую площадь контакта с землей, в то время как стальные трубы контактируют с землей только там, где нарушена изоляция.
Кроме того, стенки у чугунных труб значительно толще, что приводит к медленному появлению сквозных повреждений.
К началу 1950 года длина трамвайных путей в Москве составляла 530 километров. В 1954 году была завершена электрификация всех железнодорожных направлений Московского узла, которая началась в 1929 году. В результате это привело к резкому увеличению влияния блуждающих токов на подземные металлические сооружения. Доля стальных газопроводов в 1952 году составляла 78% от общей протяженности.
Было замечено значительное увеличение коррозионных повреждений газопроводов. С учетом этой ситуации, Исполком Моссовета в своем решении (от 3.08.1953 года № 52/6) отметил участившиеся случаи повреждений металлических подземных сооружений от воздействия блуждающих токов электрифицированного транспорта и ущерб, который они наносят населению и городскому хозяйству. Он потребовал от организаций Москвы, включая Управление газового хозяйства, создание групп для контроля и защиты подземных металлических коммуникаций от коррозии. Кроме того, в этом решении предложено включать в проекты прокладки металлических подземных сооружений меры по защите от почвенной коррозии и блуждающих токов.
Одновременно с этим, на ОПС возлагалась задача координации межведомственных вопросов, связанных с контролем и охраной подземных металлических сооружений Москвы от воздействия блуждающих токов и почвенной коррозии. К сожалению, с 1992 года ОПС практически прекратил выполнение этой координационной функции.
В сентябре 1954 года при лаборатории треста "Мосгаз" была сформирована группа по защите газопроводов от коррозии.
С самого начала своей работы группа по защите начала систематически измерять блуждающие токи на газопроводах, проводить инструментальную проверку качества изоляционного покрытия новых газопроводов и периодически проверять состояние изоляции труб в действующей газовой сети.
В 1955 году, на Симферопольском бульваре в районе поселка "Зил", были построены две электродренажные установки. С этого момента внедрение активной защиты на газовых сетях Москвы началось.
К моменту создания Управления по защите газовых сетей от коррозии в 1962 году, трестом "Мосгаз" было построено 32 защитных установки, и были разработаны маршрутные карты для всех подземных газопроводов.
С 1969 года по 1990 год включительно было проведено массовое строительство электрозащитных установок (ЭЗУ) - в среднем 130-140 установок в год. В 1990 году Управлением эксплуатировалось 2 400 установок, включая 128 электродренажных.
В настоящее время Управлением эксплуатируется 3 199 установок электрохимической защиты, в том числе 121 - дренажных, 2 969 - катодных и 99 - протекторных.
Из общей протяженности 4 100 километров подземных газопроводов, находящихся на балансе ГУП "Мосгаз", защитными установками обеспечивается защита от коррозии для 2 954,4 километров, включая газопроводы низкого давления - 1 953,6 километров и газопроводы высокого и среднего давления - 1 000,8 километров.
Кроме того, эти установки также защищают 800 километров сопряженных с газопроводами подземных коммуникаций, таких как водопроводы и кабели связи.
Требуют активной защиты 98,46 километров, включая 65,75 километров от блуждающих токов и 32,71 километров от почвенной коррозии. Процент защищенности сети от объектов, требующих защиты, составляет 96,8%, а от общей протяженности газопроводов - 72,1%.
Основным показателем эффективности работы электрозащитных установок является обеспечение на газопроводах защитного потенциала в соответствии с требованиями ГОСТ 9-602-89.
Величина защитного потенциала непосредственно зависит от качества изоляционного покрытия. Чем выше качество изоляции, тем ниже защитный ток (и, соответственно, потребляемая электроэнергия) и больше зона покрытия электрозащитной установки (ЭЗУ).
К сожалению, состояние изоляционного покрытия газопроводов не всегда соответствует требованиям ГОСТ.
Подразделения ГУП "Мосгаз" активно работали над восстановлением повреждений изоляционного покрытия в течение последних 20 лет.
Количество повреждений сократилось с 2 000 в год (1980 год) до 140 в настоящее время.
Анализ расследования коррозионных повреждений (25 случаев в 1999 году и 12 случаев за 9 месяцев 2000 года) показал, что все случаи коррозии труб произошли в местах повреждения изоляции при строительстве газопровода.
В настоящее время лаборатория ГУП "Мосгаз" по контролю качества работ при строительстве газопроводов была существенно расширена, что приведет к повышению качества выполнения этих работ и исключит случаи ошибок, допущенные при выдаче заключений о проверке изоляции со стороны лабораторий строительных организаций.
Эти меры позволят дальнейшему снижению количества коррозионных повреждений до минимума.
Как уже упоминалось ранее, величина защитного потенциала непосредственно связана с величиной тока электрозащитной установки.
В настоящее время ГУП "Мосгаз" эксплуатирует установки, потребляющие 1 560 000 киловатт-часов электроэнергии в месяц. Это соответствует затратам около 800 000 рублей в месяц или около 9 000 000 рублей в год.
Учитывая финансовую напряженность ГУП "Мосгаз", а также других городских организаций, возникла острая потребность в сокращении затрат.
Экономия электроэнергии позволит снизить затраты.
При эксплуатации электрозащитных установок экономию возможно получить за счет следующих мероприятий:
- Применение оборудования с более высоким кпд.
- Снижение защитного тока.
- Уменьшение сопротивления контура анодного заземления.
- Повышение качества изоляционного покрытия.
В 1960-70 годах были введены в эксплуатацию электрозащитные установки (ЭЗУ), где использовались катодные преобразователи с КПД 0,6-0,7. В настоящее время внедряется оборудование с КПД 0,8-0,85.
Ежегодно производится замена 170-180 единиц оборудования. На данный момент разработаны преобразователи с КПД 0,95.
Однако из-за высокой стоимости этих преобразователей - 25-27 тысяч рублей (в то время как используемые сейчас преобразователи стоят от 11 до 15 тысяч рублей в зависимости от производителя) - их внедрение не является экономически целесообразным.
Экономический эффект будет заметен только через 20 лет, при расчетном сроке службы в 10 лет. С 1969 года при строительстве ЭЗУ широко применяются глубинные анодные заземлители от 30 до 50 метров (первый глубинный анодный заземлитель был построен в Германии в 1962 году).
Использование этих заземлителей значительно снизило сопротивление контура. При вводе установки в эксплуатацию оно составляет 0,5-1,1 Ом, в то время как на поверхности (на глубине 6-12 метров) оно составляет 2-3,5 Ом, что в свою очередь увеличивает сроки капитального ремонта контура анодных заземлителей.
Использование глубинных анодных заземлителей также снизило потребление электроэнергии (благодаря низкому сопротивлению контура), особенно в первые 6-7 лет эксплуатации.
Одним из основных мероприятий по снижению потребления электроэнергии и повышению эффективности работы ЭЗУ является устранение несанкционированных электрических соединений газопровода с другими металлическими сооружениями (водопровод, кабели связи, теплосеть, железобетонные конструкции зданий) путем установки изолирующих фланцевых соединений (ИФ) или изолирующих вставок.
С начала массового строительства ЭЗУ (1969 год) ИФ устанавливались только на тупиковых газопроводах, идущих к промышленным предприятиям.
Установка ИФ на жилых домах в то время была технически невозможна из-за того, что газопроводы в основном проходили подземно, а значительная часть их прокладывалась в коллекторах, где была электрическая связь с другими коммуникациями.
В настоящее время основная часть подводов газопроводов выведена на поверхность, и силами "Мосгаза" ведется работа по выносу газопроводов из коллекторов, что позволяет устанавливать ИФ с целью снижения потребления электроэнергии, повышения эффективности ЭЗУ и увеличения срока службы анодных заземлителей.
ГУП "Мосгаз" разработало и внедрило "Концепцию по защите подземных газопроводов г. Москвы от коррозии", в которой предусмотрена установка ИФ на жилых домах. Проекты по реконструкции газовых сетей также предусматривают установку ИФ.
С 1999 года в план работ эксплуатационных управлений ГУП "Мосгаз" были включены работы по установке изолирующих фланцевых соединений (ИФ) на существующих сетях.
Установка фланцев решает следующие задачи:
- Расширение зоны действия защитных установок, увеличение защитного потенциала и эффективности работы ЭЗУ.
- Снижение наладочных параметров с целью сокращения потребления электроэнергии, исключение потерь тока перетекания на смежные коммуникации через несанкционированные электрические соединения.
В 1999 году было установлено общее количество 550 фланцевых соединений. Из них 181 соединение было установлено в среднем по 16-20 штук в отдельных микрорайонах, расположенных по разным частям Москвы.
Анализ результатов установки изолирующих фланцевых соединений на 10 объектах показал, что у 9 из них были достигнуты положительные результаты. В среднем защитные потенциалы повысились на 15-20%, что привело к снижению величины защитного тока на 50% в некоторых случаях. Также было достигнуто значение защитного потенциала, соответствующее требованиям, установленным в ГОСТе.
Единственный объект, на котором не удалось достичь положительных результатов, находится в районе Садово-Кудринской улицы, где было установлено 26 изолирующих фланцевых соединений. Это объясняется тем, что газопроводы в этом районе были проложены в 1953-55 годах, и изоляционное покрытие не соответствует физико-техническим требованиям.
В настоящее время Управление проводит обследование газовой сети с использованием прибора РСМ (токовый топограф трубопровода), производства Англии, с целью определить оптимальные места для установки изолирующих фланцевых соединений. Это обследование позволяет выявить места контакта газопровода с другими подземными коммуникациями, а также определить величину утечки тока через вводы в дома.
Согласно проведенному обследованию управлений эксплуатации, в 2000 году будет установлено 255 изолирующих фланцевых соединений (ИФ). В среднем по каждому микрорайону будет установлено 26 ИФ, и общее количество установленных ИФ к концу года составит 600 штук.
Хочу остановиться на проектировании системы электрозащиты для подземных газопроводов. К сожалению, существующая практика показывает, что проектировщики, занимающиеся активной защитой, присоединяются к процессу проектирования на последних стадиях, когда линейная часть уже разработана. В результате возникают непредвиденные затраты на установку и эксплуатацию системы электрозащиты из-за вынужденного увеличения защитного тока.
Необходимо согласовывать линейную часть проекта с отделом, отвечающим за разработку защитных мероприятий, еще на начальной стадии проектирования. Это позволит существенно сократить затраты на защиту газопровода путем уменьшения количества требуемых электрозащитных установок.
