12 protikorozní ochrana - People(dot)tuke(dot)sk

Protikorozní ochrana
12
PROTIKOROZNÍ OCHRANA
12.1
HISTORIE A VÝVOJ PROTIKOROZNÍ OCHRANY V PLYNÁRENSTVÍ
Protikorozní ochrana v plynárenství je nerozlučně spjata, podobně jako u jiných technologií, s rozvojem chemie,
hutnictví i dalších oborů, které přispěly k rozšíření výroby a poznání vlastností kovů, korozních procesů i způsobů
jejich potlačení. Blíže viz kapitola 1 této publikace.
12.2
KOROZE KOVŮ V ATMOSFÉŘE A V PŮDĚ
Základní podmínkou pro vznik a průběh koroze v přírodních, byť lidskými aktivitami modulovaných podmínkách,
je vlhkost.
12.2.1
Základní pojmy
Pod pojmem koroze se rozumí nežádoucí interakce materiálu a prostředí vedoucí ke zhoršení až k úplné ztrátě jejich
původních vlastností. V užším smyslu se koroze vztahuje na kovy, jedná-li se o jiný materiál je vhodné uvést doplněk, např. koroze betonu. K posouzení koroze, nebo agresivity prostředí se zjišťují korozní úbytky (přírůstky) ve
formě hmotnostních změn vztažených na exponovanou plochu (např. g.m-2) nebo změn tlouštěk (např. mm). Rychlostí koroze se rozumí poměr mezi korozními úbytky (přírůstky) a dobou expozice (např. g.m -2.rok-1, mm.rok-1).
Tyto údaje mají jednoznačný význam dochází-li pouze k plošnému rovnoměrnému napadení, tj. je-li homogenní
povrch kovu i prostředí. Častěji se však setkáváme s korozí nerovnoměrnou a pro její posouzení jsou důležitější jiná
kriteria (např. hloubka a četnost důlků, průniků, změny fyzikálních vlastností, atd.). Pro trubní materiály mají zvláštní význam:
a) koroze galvanickými články, jako důsledek vodivého spojení dvou nebo více kovů, různých povrchů téhož
kovu či rozdílnou agresivitou prostředí: např. ocel/litina s oxidovou krustou, ocel na rozhraní písčitá / jílovitá půda,
b) koroze důlková, štěrbinová vzniká v menších objemech stagnujícího prostředí, pod vrstvou úsad, u nýtovaných, či šroubovaných spojů, na místech poškozených oxidových vrstev, bývá stimulována halogenidy
(jmenovitě Cl –),
c) koroze selektivní vzniká rozdílnou stabilitou strukturních složek, např.houbovatění - spongióza šedé litiny
je způsobena přednostním rozpouštěním feritické či feriticko - perlitické matrice,
d) koroze za současného namáhání a vzniku trhlinek s mezikrystalovým, transkrystalovým či smíšeným průběhem vzniká v některých specifických prostředích vlivem vnitřního, nebo vnějšího, konstantního či cyklického (kor. únava) a jiného napětí (např. louhová křehkost ocelí, praskání nevhodně zpracovaných mosazných trubek a patic žárovek působením i malých koncentrací amoniaku),
e) koroze vodíkem může mít různé formy: vznik puchýřů u neuklidněných a polouklidněných ocelí vyvolává
atomární vodík po spojení v molekulu (např. při katodické polarizaci). Atomární vodík v ocelích má zvlášť
nepříznivé účinky po jejich zakalení. Za vyšších teplot a tlaků může vodík reagovat u ocelí s karbidy železa
za vzniku metanu, u mědi s oxidy po hranicích zrn za vzniku vody, což vede ke zhoršení mechanických
vlastností.
12.2.2
Charakteristika korozních pochodů, předpoklady pro průběh koroze
Koroze v atmosféře je charakterizována u běžných konstrukčních ocelí dobou ovlhčení, úrovní znečištění sirnými
sloučeninami (jmenovitě oxidem siřičitým), vzdušnou salinitou (v přímořských oblastech), průmyslovým prachem,
oxidy dusíku nebo jinými technologickými produkty (sulfan, chlor, atd.)
Koroze v půdě je charakterizována druhem půdy (bažiny, močály, jíl, písek apod.), podílem vyplavitelných součástí,
stupněm znečištění (strusky, odpady, kaly, uhlí), rezistivitou, obsahem vody, hodnotou pH, regulační schopností
(celkovou aciditou či bazicitou), obsahem sulfidových, chloridových a síranových aniontů, úrovní spodních vod,
vertikální a horizontální homogenitou, hodnotou potenciálu potrubí – půda (k vyhledání cizích katod).
Plynárenská příručka
Zmíněné ukazatele mající různou závažnost, slouží ke komplexnímu zhodnocení atmosfér a půd. Vzhledem k časové náročnosti se k posuzování agresivity a k odhadu koroze používá často jeden nebo několik snadno dostupných
ukazatelů, jako jsou např. obsah oxidu siřičitého v atmosféře nebo rezistivita půdy.
12.2.3
Korozní mechanizmy při korozi úložných zařízení
K základní orientaci o korozi železa mědi, ale i jiných čistých kovů v čisté vodě slouží diagramy potenciál - pH, z nichž lze odečítat podmínky termodynamické stability (imunity), pasivity a koroze kovu (obr.12.1). Elektrodové potenciály se vztahují ke standardní vodíkové elektrodě. Z diagramů nelze odvozovat žádné úvahy o rychlosti koroze. Kinetiku koroze je možno spekulativně
modelovat, měření jsou však nezbytná. Koroze ve vodných roztocích elektrolytů
je v principu způsobena dvěma pochody: přechodem kovu do iontové formy
(oxidační, anodický děj) a přestupem uvolněných elektronů na redukovatelnou
látku v roztoku, depolarizátor (redukční, katodický děj). V neutrálních vodách je nejčastějším depolarizátorem rozpuštěný kyslík, Obr. 12.1: Zjednodušený diagram
v kyselých hydratovaný proton. potenciál (U) - pH pro železo ve
Jsou-li v roztoku přítomné látky vodě, s oblastmi možné koroze (K)
schopné dávat s kovem rozpustné a termodynamické stability - imukomplexy anodický děj se urych- nity (I) a pasivity (P)
luje. Průběh katodické a anodické dílčí reakce se dá znázornit na diagramu proudová hustota/potenciál (obr. 12.2). Dílčí proudové hustoty j+ a j–
nejsou ovšem přístupné běžnému měření. Když j+ = *j-* ustaví se za konObr. 12.2: Znázornění modelových polari- stantních podmínek (teplota, velikost povrchu, koncentrace) jistý smíšezačních křivek proudová hustota (j) vers. ný potenciál (U ), v případě koroze totožný s potenciálem korozním
m
potenciál (U) pro případ vzniku:
(Uk), který je ireversibilní. U heterogenních povrchů jsou předpoklady
a) rovnovážného potenciálu Ur
ke vzniku lokálních anod a katod a k důlkové korozi. V důlcích klesá
b) smíšeného, korozního potenciálu (Uk) pH, zvětšuje se koncentrace
při oxidaci železa s kyslíkovou depola- stimulátorů a zmenšuje konrizací. Snižováním potenciálu U se centrace inhibitorů koroze,
zmenšuje korozní rychlost až k zane- jak patrno z reakce (obrázek 12.3):
dbatelné hodnotě.
Fe 2%%H2O %2 Cl &' Fe OH %%Cl &%H %%Cl &
(1)
Vznik a šíření trhlinek při korozi za napětí podporují látky schopné rozpouštět železo (jmenovitě vázáním do komplexů) a vyvolávajících vznik
a šíření důlků. Nežádoucí je přítomnost chemických a fyzikálních nehomogenit. Na vzniku korozního praskání se mohou podílet zvláště hydrogenkarbonátové, uhličitanové a hydroxidové anionty.
12.2.4
Obr. 12.3: Představa o vzniku a šíření
důlku na železe v místě poškozené oxidové vrstvy za přítomnosti chloridů
a kyslíku jako depolarizátoru.
Samovolná půdní koroze
Samovolná půdní koroze je porušení kovu (oceli) bez působení cizích katod nebo bludných proudů. Může však být
ovlivňována koncentračními články vzniklými různým ovzdušněním, pH, různou solností, stavem povrchu atd. Anodická místa bývají charakterizována špatným ovzdušněním, větší solností, menším pH, porušenými vrstvami oxidů
a pod. Korozní praskání stimuluje zvýšená teplota (trvale nad 30 °C), dříve zmiňované specifické anionty, k nimž
lze počítat dále dusičnany, které vyvolávají trhlinky za zvýšených koncentrací, např. když na horkých místech se
odpařuje voda z roztoků obsahujících strojená hnojiva. Mezi rezistivitou půdy k(S.m) a hloubkami průniku za
1 rok h (m.rok-1) lze zjistit následující relace:
Protikorozní ochrana
Tabulka 1
k
h
10
0,08-0,40 (0,18!)
100-120
0,2-0,14 (0,08!)
120
0,015-0.12 (0,03!)
Číslice opatřené ! označují hloubky nejčastěji se vyskytující.
12.2.5
Koroze bludnými proudy
Bludnými proudy se rozumí elektrické proudy, které
procházejí jinou cestou než určeným okruhem. Jejich
zdrojem mohou být např. elektrizované dráhy (obrázek 12.4), jejich porušené zpětné kabely, katodicky
chráněné objekty proti objektům nechráněným, ale
event. i linie vysokého napětí indukující proudy v paralelně uložených potrubích. K výraznému poškození
ocelových, případně litinových zařízení stejnosměrnými bludnými proudy dochází na výstupu proudu
z konstrukce, tj. v anodických místech, u zařízení
z olova a hliníku i na vstupu, tj. i na katodických Obr. 12.4: Schéma znázorňující vstup bludného proudu
místech - vzhledem k zvýšené alkalitě. Hodnověrný z koleje přes půdní prostředí na potrubí (katodická oblast
důkaz o výskytu bludných proudů poskytují elektric- - k) a vystupujícího na vzdáleném místě z potrubí do koleje
ká měření. Kromě toho půda v blízkosti anodické (anodická oblast - a)
oblasti má 100 až 1000 krát větší koncentraci chloridů a síranů. Katodická místa na potrubí, vzhledem k jejich
alkalitě, se pokrývají uhličitanem vápenatým. Zkorodované lokality jsou ostře ohraničeny, mívají lasturovitý vzhled
s event. klikatými můstky a poloostrůvky původního materiálu. O možných korozních úbytcích se lze informovat
z Faradayových zákonů, např. proud o intenzitě jednoho ampéru, při stoprocentním využití, rozpustí za jeden rok:
9,128 kg železa, 33,8666 kg olova, nebo 2,935 kg hliníku za vzniku příslušných iontů (Fe2+, Pb2+, Al3+ ). Účinky
střídavých proudů jsou mnohem menší, u železa cca 0,5 % odpovídajícího proudu stejnosměrného. Projevují se
však nepříznivě při větších proudových hustotách. Např. podle DIN 50 925 není vyloučeno poškození když
proudová hustota převýší 30 A.m-2. Byly však již zaznamenány poruchy při údajných proudových hustotách větších
než 15 A.m -2.
12.2.6
Mikrobiální koroze
Pro korozi železa mají zvláštní význam bakterie schopné redukovat sírany na sulfan (H2S). Mechanizmus jejich působení není dosud spolehlivě vysvětlen. Jejich činnost podporují půdy s vysokým obsahem síranů (nad 200 mg
SO42-/kg půdy), půdy s organickými zbytky, znečištěné močůvkou, bažinaté, močálovité atd. Zjištění většího množství FeS se pokládá za důkaz anaerobní koroze. výjimkou mohou být lokality se sirnými vodami nebo s výskytem
kyzů. Sulfidy železa se mohou při styku s kyslíkem oxidovat na sírany, které hydrolýzou uvolňují kyselinu sírovou,
ve smyslu reakce:
FeS %H2O %2 O2 ' FeO %2 H %%SO4
2&
(2)
která napadá pochopitelně Fe. Na průběh koroze mohou mít vliv i bakterie, rozkládající polysacharidy (jmenovitě
celulózu), močovinu nebo redukující dusičnany za vzniku oxidu uhličitého. Při trouchnivění a tlení organických
zbytků se mohou generovat různé organické kyseliny (mravenčí, octová) o jejichž agresivitě nemůže být pochyb.
Jak známo, kdysi se používala zkvašená moč k moření železa.
12.3
ZÁKLADY A MOŽNOSTI PROTIKOROZNÍ OCHRANY
Cílem protikorozní ochrany je minimalizace ekonomických i ekologických ztrát vyvolávaných korozí. Protikorozní
ochrana je samozřejmě i prostředkem pro zvýšení bezpečnosti provozu potrubí, což je důležité zejména u potrubí
přepravujících plyn.
Plynárenská příručka
Základem protikorozní ochrany je aplikace kvalitní izolace potrubí v kombinaci s katodickou ochranou. Tato kombinace slouží k co možná nejdokonalejšímu oddělení potrubí od okolního prostředí a k elektrochemické ochraně míst
s poškozenou izolací. Nepříznivé korozní projevy je možno eliminovat i dalšími opatřeními.
Již ve stadiu přípravy stavby úložného zařízení je možno korozní situaci ovlivnit volbou vhodného materiálu, který
nepodléhá korozi. Úpravou vedení trasy a způsobu uložení potrubí je možno omezit vliv agresivního prostředí v některých lokalitách. Důležitý je i výběr příslušenství potrubí a realizace souvisejících objektů, které mohou při
nevhodném uspořádání životnost potrubí naopak snížit.
12.3.1
Použití korozně odolných materiálů
Z hlediska koroze je vhodný výběr takového materiálu potrubí, který není korozí napadán. Pro rozvod plynu je v posledních letech využíváno potrubí z polyetylénu. Možnosti jeho použití jsou však omezené jak potřebnou dimenzí,
tak i přípustným tlakem. Pro potrubí s vyššími tlaky a světlostmi není dosud jiná možnost, než použití ocelových
potrubí.
12.3.2
Ochranné povlaky
Povrch kovových úložných zařízení je opatřován izolacemi
(viz 12.4). Vliv použití izolací je možno ilustrovat na diagramu potenciál - proudová hustota (obr.12.5).
Z obrázku je zřejmý příznivý vliv izolace na polarizaci potrubí. Pro polarizaci na shodnou hodnotu potenciálu je potřebná průměrná proudová hustota při použití izolace podstatně menší.
12.3.3
Příslušenství potrubí a souvisící objekty
Pro potřeby sledování korozního stavu potrubí jsou na potrubí umístěna kontrolní a měřicí místa. Jejich konstrukce
se liší podle účelu, ke kterému jsou využívána. Kontrolní
měřící vývod je určen k měření hodnoty potenciálu potrubí / půda. Propojovací objekt (obr.12.6) slouží k propojení
2 i více různých zařízení. Používá se i pro měření potenciálu, umožňuje odstranění interference, může být doplněn
i odporem, pro regulaci velikosti procházejícího proudu.
Aplikují se rovněž propojovací objekty u izolačních spojů
a chrániček. Všechny typy těchto objektů se používají
v nadzemním i zemním provedení.
Obr. 12.5: Zjednodušené znázornění vlivu izolační
vrstvy v diagramu proudová hustota - potenciál
ja, jk, jo
proudové hustoty bez použití izolace
ja*, jk*, jo* proudové hustoty s izolační vrstvou
Ukor
korozní potenciál
Umin
minimální ochranný potenciál
Chráničky (ocelové trubky o větší světlosti) slouží k mechanické ochraně potrubí při jeho křížení s tratí a s komunikacemi. Důležité je vystředění chráněného potrubí v chráničce, zabraňující kontaktu chráničky s potrubím, a utěsnění
čel chráničky, eliminující průsak vody do vnitřního prostoru. Galvanický kontakt potrubí s chráničkou má negativní vliv na stav potrubí, neboť nejen snižuje
dosah katodické ochrany, ale může způsobovat i korozi potrubí v chráničce.
Obr. 12.6: Schéma propojovacího objektu
Praktické zkušenosti ukazují, že procento
chrániček zatopených vodou je poměrně
vysoké, proto se v některých případech nepoužívá chránička, ale mechanická odolnost potrubí v místech podchodu potrubí
pod komunikací je zvýšena použitím trubky (nebo i delšího úseku potrubí) se silnější
stěnou.
Obr. 12.7: Schéma lepeného izolačního spoje
Protikorozní ochrana
Izolační spoje (obr.12.7) slouží k vzájemnému elektrickému oddělení dvou částí potrubí. Záměrně se jimi zvyšuje
podélný odpor potrubí, lze je tedy úspěšně používat jak v oblastech bludných proudů, ke snížení jejich vlivu na potrubí, tak i v místech, kde lze očekávat nepříznivé působení interference. Umístění izolačních spojů je však nutné
specifikovat na základě důkladného rozboru místních podmínek, neboť jejich nesprávné umístění situaci naopak
zhoršuje. S výhodou jsou například používány v místech, kde potrubí křižuje stejnosměrně elektrizovanou trať.
Tvarovky a armatury představují z hlediska protikorozní ochrany problematické prvky, neboť zejména u starších
potrubí nebyl vždy plně respektován oprávněný požadavek jejich kvalitní izolace. Armatury bez izolace výrazným
způsobem snižují dosah aktivní ochrany a v oblastech s výskytem bludných proudů se mohou stát místem vstupu
proudu do potrubí. Pro izolování armatur je již k dispozici řada vhodných izolačních materiálů.
12.3.4
Úprava korozního prostředí
Normy doporučují i úpravu prostředí obklopujícího potrubí např. použitím vhodného zásypového materiálu nebo
jeho úpravou, event. i odvodněním trasy potrubí.
Zásypové materiály jsou používány poměrně běžně, inhibiční účinek na elektrochemické korozních pochody vykazují např. popílky z elektrofiltrů. Tlumivý účinek pro mikrobiální korozi má zásyp mletým vápencem. Je využíván
i slévárenský písek, odpady ze stavebních výrob, další vápenaté materiály ap. Použitelnost těchto materiálů však
musí být odzkoušena, neboť bez ověření jejich neagresivnosti mohou korozní situaci naopak zhoršit. Naprosto nevhodné zásypy jsou popely s obsahem nedopalu (uhlík), škvára (uhlík a síra) a samozřejmě i rašelina (pH).
Úprava nebo výroba syntetických zásypů je ekonomicky i technicky problematická. Úpravy zásypů vyhovující po
stránce korozní, řešené zpravidla přidáním inhibičních látek, nevyhovují většinou po stránce hygienické, resp.
ekologické.
Odvodnění trasy potrubí je problematické, neboť výkop, do kterého je potrubí ukládáno, působí jako drenáž a stahuje naopak vodu z okolí.
12.3.5
Volba trasy a způsobu uložení potrubí.
Volba trasy potrubí může rozhodujícím způsobem ovlivnit účinnost protikorozní ochrany budoucího potrubí. Při
výběru variant trasy je nutno respektovat řadu požadavků:
Trasu vést tak, aby event. škody při poškození potrubí byly minimální nejen např. z hlediska blízkosti zástavby, ale
i z hlediska ekologie, ap. Při výběru je účelné vyhýbat se oblastem korozně nebezpečným z hlediska nepříznivého
geologického a chemického složení půdy a agresivity vod, je vhodné minimalizovat možný vliv bludných proudů
a interference. Vhodnou volbou trasy potrubí však může být nejen jeho vedení mimo oblasti bludných proudů, ale
i řešení, kdy potrubí je vedeno naopak poblíž zdroje bludných proudů a jejich nepříznivý vliv je eliminován drenáží.
Agresivitu prostředí je možno v některých případech částečně eliminovat uložením potrubí do kolektorů nebo nadzemním vedením trasy potrubí.
12.3.6
Elektrochemická ochrana
Obecně lze aktivní, elektrochemické ochrany označit jako postupy, které vycházejí ze skutečnosti, že všechny korozní pochody jsou vyvolávány elektrochemickými reakcemi, probíhajícími na povrchu kovu, a že je tedy možno
je dalšími elektrochemickými reakcemi ovlivňovat. Podle polarizace elektrochemické ochrany rozlišujeme anodickou a katodickou ochranu. Označení vychází z toho,že při anodické ochraně je chráněné zařízení zapojeno jako
anoda, při katodické ochraně je naopak katodou. Zatímco anodická ochrana je určena pro vnitřní povrchy zařízení
v některých chemických i jiných provozech, které svým charakterem její aplikaci umožňují, pro ochranu vnějších
povrchů zařízení uložených v zemi se používá katodická ochrana (viz 12.5).
12.4
PASIVNÍ OCHRANA
Základem ochrany proti korozi kovových zařízení uložených v zemi je opatření povrchu chráněného zařízení povlakem, který nazýváme izolací. Izolace pak tvoří barieru mezi chráněným povrchem kovu a okolním agresivním
prostředím. Jiným způsobem nezasahuje do probíhajících korozních pochodů, a proto se tento způsob protikorozní
ochrany označuje pasivním. Pod tento pojem zahrnujeme také řadu opatření, jako jsou vhodná volba trasy potrubí,
Plynárenská příručka
speciální způsoby uložení potrubí, event. vhodná volba příslušenství a souvisejících objektů potrubního řadu.
Protikorozní izolace musí splňovat následující základní předpoklady: neporéznost, trvalou přilnavost ke kovu, nesmí
obsahovat látky podporující korozi kovu a musí dostatečně odolávat biologickým vlivům. Dále se má vyznačovat
malou propustností pro vodu a kyslík (hlavní z depolarizátorů), odolávat účinkům elektrického proudu a mít vysoký
elektrický odpor i odolnost vůči působení látek obsažených v půdě. Rovněž je důležitá dostatečná odolnost vůči
mechanickému namáhání, kterému je vystavena při dopravě, skladování, montáži, ukládání nebo provozu. Stejně
tak je potřebná její tepelná stálost. Teprve splnění všech těchto požadavků je zárukou dlouhodobé životnosti
a ochranné účinnosti izolace.
12.4.1
Ochrana v zemi uložených zařízení izolacemi
Největší objem chráněných úložných plynárenských zařízení tvoří ocelová potrubí, v menší míře
pak podzemní kovové tlakové nádrže. Při volbě
způsobu ochrany se vychází z výsledků předem
provedeného korozního průzkumu terénu a podle
horninového prostředí ve kterém bude potrubí uloženo. Dále je uveden přehled druhů izolací používaných v současné době u nás a v zahraničí.
Klasické a nejdéle používané izolace jsou asfaltové. V ČR se používají asfaltové izolace vyráběné
podle ČSN 42 0021 pro trubky průměrů pod
50 mm a podle ČSN 42 0022 pro trubky nad
DN 50 výhradně výrobci trub jednotným postupem
daným normou. Izolace se vyrábí ve dvou základních druzích - normální a zesílená. Normální izolace je vyztužena dvěma oviny skleněného ovinovacího materiálu (tkaniny nebo rohože), zesílená izolace pak buď třemi oviny skleněného materiálu nebo ovinem folie PVC a skleněného materiálu nebo
ovinem tapatenu a skleněného materiálu. Vyrábí se
také speciálně zesílená izolace pro uložení trub
v chráničkách. V současné době jsou tradiční asfaltové izolace stále více nahrazovány plastovými izolacemi, hlavně polyetylenovými.
Obr. 12.8: Schéma výroby dvouvrstvé polyetylénové izolace
extruzí hadice
1 – extruder adheziva
5 – zahřátá trubka
2 – indukční ohřev
6 – adhezivum
3 – extruder polyeylénu
7 – PE izolaceu
4 – otryskaná trubka
Největšího rozšíření dosáhly
z plastových izolací polyetylénové (dále PE) tovární izolace, které se ve vyspělých zemích světa vyrábějí od počátku 60. let. Postupem doby se
optimalizovala výroba od
dvouvrstvé izolace až k dnešní
třívrstvé. V zásadě lze polyetylén na povrch trubek nanášet extruzí (vytlačováním taveniny PE ve formě hadice nebo pásky) nebo sintrováním
(slinování práškového PE).
Největší objem výroby pak
Obr. 12.9: Schéma výroby třívrstvé polyetylénové izolace extruzí ovíjením pásky připadá na výrobní postupy
1 – vysoušení
3 – ohřev
5 – chlazení
7 – polyetylén
extruzí. Při výrobě dvouvrstvé
2 – tryskání
4 – epoxi - primer 6 – adhezivum
izolace se na otryskaný povrch
trubek nejprve nanáší vrstva adheziva (nejčastěji opět extruzí) a v těsném sledu vrstva polyetylénu nebo se izolace
vyrábí koextruzí obou složek (obr.12.8). Nejvyšší nároky na jakost izolace splňují třívrstvé PE tovární izolace. Tyto
izolace se vyznačují obzvláště vysokou přilnavostí ke kovu a odolností vůči všem agresivním vlivům, skládají se
Protikorozní ochrana
z vrstvy základního (nejčastěji epoxidového) povlaku, vrstvy adheziva (nejčastěji nanášeného extruzí) a vrstvy PE
nanášené extruzí (obr.12.9). Tovární PE izolace vyráběné sintrováním jsou jednovrstevné, přilnavost PE ke kovu
je zajišťována první vrstvou roztaveného práškového PE při teplotě vyšší než je teplotní odolnost PE pomocí
složitých nižších produktů, které vznikly teplotní destrukcí. Další vrstvy taveného práškového PE se nechají
usazovat tak dlouho až je dosaženo požadované tloušťky izolace.
V menším objemu se vyrábějí tovární polypropylénové izolace extruzí výrobními postupy v principu stejnými jako
izolace PE. Nejmenšího rozšíření ve světové produkci doznaly tovární izolace trubek termosetové (nejčastěji
epoxidové).
Pro doizolování svarů, oblouků, tvarovek, armatur a event. dalších úložných zařízení a oprav vad továrních izolací na stavbě se
používají materiály korespondující s továrními izolacemi trubek.
Tedy platí, že svary trubek s asfaltovou tovární izolací se na stavbě doizolují materiály na bázi asfaltu, nejčastěji natavováním za
tepla. Používají se asfaltované hydroizolační pasy, které se skládají z nosné vložky opatřené z obou stran vrstvou plněného asfaltu
a jejich povrch je oboustranně opatřen jemnozrnným posypem
nebo tenkou lehkotavitelnou plastovou folií. Potrubní řad z trubek
s plastovou izolací se doizolovává materiály na bázi plastů, které
se aplikují buď za tepla - smršťovací materiály, nebo za studena
- páskové plastové izolace. K nejmodernějším izolacím patří tepelně smršťovací materiály sestávající z nosné folie, která má
uměle zesíťované molekuly umožňující zafixování materiálu v ex- Obr. 12.10: Epoxidehtová izolace kulového
pandovaném stavu z něhož se působením tepla na stavbě vrátí do uzávěru
původní velikosti. Na nosné folii je naneseno tavné adhezivum. Tyto materiály se aplikují na čistý povrch kovu,
v některých případech i se základním nátěrem. Pro doizolování za studena se používají páskové plastové izolace.
Většinou sestávají z nosné polyetylenové folie opatřené z jedné nebo obou stran vrstvou adheziva, většinou na bázi
butylkaučuku. Pásky se aplikují na čistý povrch kovu na nátěr příslušného primeru v počtu ovinů předepsaných
projektem. Páskové izolace jsou buď jednodruhové nebo se skládají z pásky vnitřní a vnější. Pro izolování krátkých
úseků a potrubí malých průměrů se také používají petrolátové bandáže.
Pro izolování armatur, tvarovek a nádrží lze využít materiály výše uvedené, s výhodou se však používají termosetové materiály (epoxidové, polyuretanové, epoxidehtové atd.) buď nátěrové nebo stěrkové (obr.12.10).
12.4.2
Ochrana izolací vůči mechanickému poškození
Prostředky používané pro mechanickou ochranu musí zvyšovat odolnost izolace proti mechanickému namáhání
(rázem při zásypu, zatlačováním při sesedání zeminy, atd), nesmí podléhat biologickému rozkladu a nesmí bránit
průtoku elektrického proudu katodické ochrany. Těmto požadavkům nejlépe vyhovují tzv. geotextilie (netkané textilie z odpadových plastových vláken). Mechanické namáhání izolace se také účinně snižuje vhodným jemnozrnným
obsypem a podsypem potrubí v rýze.
12.4.3
Ochrana vnitřních povrchů trubek proti korozi
Vnitřní povrchy potrubí se chrání proti korozi jen tehdy pokud přepravované medium může působit na kov korozivně. U plynovodů se používají v některých případech epoxidové vnitřní povlaky ovlivňující příznivě i tok přepravovaného plynu potrubím.
12.4.4
Speciální způsoby ukládání potrubí do země
Do pasivní ochrany potrubí proti korozi zahrnujeme také stavební úpravy, jako jsou uložení kovových zařízení v kanálech, kolektorech a ve zvláštních ložích (např. z písku), event. chemickou úpravu prostředí, dále použití izolačních spojů, přírub, chrániček apod.
12.4.5
Zkoušení izolací a izolačních systémů
Plynárenská příručka
Účinnost protikorozní ochrany závisí na jakosti izolace a na šetrném zacházení při ukládání a zásypu. Izolace a izolační
materiály se zkouší laboratorně, normovanými zkušebními metodami se prověřují jejich fyzikální a chemické vlastnosti
a ochranná funkce. Na stavbě se kontroluje jakost izolace podle příslušných ČSN a TP, hodnotí se vzhled izolace,
přilnavost ke kovu, tloušťka a bezporéznost. Před zásypem potrubí musí být všechny zjištěné vady odstraněny.
12.5
AKTIVNÍ OCHRANA
Nejčastějším způsobem aktivní ochrany v zemi uložených zařízení je katodická ochrana.
12.5.1
Princip katodické ochrany
Princip katodické ochrany (KAO) spočívá v ochraně kovu proti korozi pomocí
katodické polarizace a to buď vnějším zdrojem proudu nebo spojením s kovem
se zápornějším potenciálem (obětovanou anodou - protektorem). Katodickou
ochranou se dociluje posun potenciálu k negativnějším hodnotám tak, aby byla
koroze snížena pod technicky významnou mez.
Obr. 12.11: Princip katodické ochrany
b) obětovanou anodou
Systém KAO lze objasnit na obr.č.12.11a, kde
jsou v nádobě z plastu s vodivým roztokem dvě
kovové elektrody. Jestliže je připojíme ke zdroji
stejnosměrného proudu, pak elektroda s vyšším
potenciálem (kladná)se bude rozpouštět a druhá
s nižším potenciálem (záporná) se rozpouštět ne- Obr. 12.11: Princip katodické
bude. V praxi se KAO obvykle řeší tak, že ochrany
u chráněné konstrukce, např.potrubí, se ve vzdá- a) vnějším zdrojem proudu
lenosti cca 200 až 300 m vybuduje tzv. obětní anoda a spojí se s kladným pólem
zdroje stejnosměrného proudu, záporný pak s potrubím viz obr. 12.12. Obětní
anoda (v praxi se vžil výraz anodové uzemnění - AU) je pozvolna korozně rozpouštěna, ale potrubí je chráněno.
Schéma katodické ochrany obětovanou anodou bez vnějšího zdroje proudu je znázorněno na ob.č.12.11b.
Ve zmíněné nádobě s vodivým roztokem jsou umístěny dvě
elektrody spojené nakrátko,z nichž jedna je např. železo Fe,
které má kladnější elektrodový potenciál než druhá elektroda
např. hořčík Mg, který je zápornější.V půdních podmínkách
bývá absolutní hodnota napětí tohoto článku cca 1,2 V. Podle elektrochemické konvence proud zmíněného zdroje teče
vodičem od kladného pólu k zápornému, tzn., že korozní
anoda (hořčík) se bude pozvolna rozpouštět a železo bude
chráněno.
12.5.2
Obr. 12.12: Schéma katodické ochrany
Aplikace katodické ochrany na dálkových potrubích, místních sítích a nádržích
Katodická ochrana na dálkových potrubích se v České republice běžně používá od druhé poloviny padesátých let.
Lze ji však použít pouze u izolovaných ocelových svařovaných potrubí s vyhovující podélnou elektrickou vodivostí
a s izolací. Pokud nejsou tyto podmínky splněny, případná aplikace katodické ochrany je neekonomická a může
např. u litinových potrubí s hrdly temovanými hliníkem nebo olovem způsobit naopak jeho celkovou destrukci.
Katodická ochrana s vnějším zdrojem proudu se podle ČSN aplikuje tam, kde rezistivita půdy je nižší než 200 Sm.
Na důležitých potrubních systémech se užívá i v půdách s vyšší rezistivitou,ale zde se nemusí podařit dosáhnout
ochranného potenciálu. Životnost zařízení, zejména uzemňovacích anod,se navrhuje cca na 25 let. Katodická ochrana obětovanými (galvanickými) anodami se navrhuje do půd s rezistivitou do cca 50 Sm. Životnost se předpokládá
asi 10 let.
Projektová příprava a výstavba katodické ochrany musí být řešena v souladu se stavebním zákonem [8] a souvisejícími předpisy, zejména s vyhláškou o obecných technických požadavcích na výstavbu [9] a příslušnými ČSN.
Protikorozní ochrana
Rozestupy jednotlivých stanic, resp. ochranný dosah lze teoreticky, za předpokladu homogenního prostředí a známé
vodivosti izolace vypočítat podle níže uvedených vzorců. V praxi se dosahuje ochranného potenciálu jednou stanicí
od několika km (zejména v oblastech bludných proudů a při nekvalitní izolaci) až po desítky km pro kvalitní izolace
např. z plastů.
Při výpočtu parametrů stanic KAO se vychází
zejména z následujících podkladů:
–
vnější průměr potrubí
–
tloušťka stěny potrubí
–
rezistivita materiálu potrubí
–
délka potrubí jenž má být chráněno
–
měrná vodivost izolace
–
rezistivita půdy
Obr. 12.13: Průběh potenciálu potrubí - půda
Výpočet potenciálu (vůči Cu/CuSO4 elektrodě) v místě připojení a dosahu stanice:
a) Pro jednotlivé stanice,nebo stanici na jedné straně ukončenou.Průběh potenciálu po trase potrubí je
znázorněn na obr. 12.13.
)U a ' )Umin . e
kde
0,0116 .
Gi
t
. L1
(3)
)Ua
posun potenciálu potřebný pro ochranu v místě připojení (V)
*)Uc*
celkový potenciál v místě přípojení
*Uc* = Ua + 0,55 V
Umin
hodnota min. ochranného potenciálu ve vzdálenosti L1 od místa přípojení
Ukor
průměrný korozní potenciál železa (cca -0.55 V)
Umin = Umin - Ukor = -0,85 - (-0,55) = -0,3 V
Umin
minimální ochranný potenciál - 0,85 (V)
Gi
měrná vodivost izolace (µS.m-2)
t
tloušťka stěny (mm)
L1
vzdálenost od místa přípojení k místu min. ochr. potenciálu (km) (na jednu stranu)
0,0116
odvozená konstanta (blíže viz [10])
b) Pro soustavu stanic na trase
)U a ' )Umin . cosh 0,0116 .
kde
L2
Gi
t
. L2
(4)
vzdálenost od místa připojení k místu min.ochr.potenciálu (km) (na obě strany)
Výpočet zemního odporu potrubí
a) Pro jednu stanici,nebo na jedné straně ukončenou
Rz '
kde
11,6
o Gi . t
Rz
'
11,6
B. d G i . t
zemní odpor potrubí (S)
(5)
Plynárenská příručka
o
obvod potrubí (m)
d
vnější průměr potrubí (m)
11,6
odvozená konstanta (blíže viz [10])
b) Pro soustavu stanic na trase
11,6
1
Rz '
.
o . G i . t tgh 0,116 G i . L2
(6)
Výpočet hodnoty ochranného proudu v místě připojení stanice
&
1
Ia ' U . Rz
(A)
(7)
Celkový proud Ic (na obě strany od stanice KAO)
I c ' 2 . Ia
(A)
(8)
V případě, že je k dispozici hodnota průměrné hustoty ochranného proudu, je možno postupovat podle orientačních
vztahů např. dle:
I c ' L2 . . d . J
(A)
(9)
nebo
L2 '
kde
8 . )Umin . t
(km)
J.k
0
d
vnější průměr potrubí (m)
J
hustota ochranného proudu (mA.m-2)
k
0
rezistivita oceli (S.mm2.m-1)
(10)
Katodická ochrana potrubí v městských oblastech je mimořádně obtížná a je-li skutečně provedena podle platných
ČSN představuje vrchol náročnosti v oboru. Samotná instalace katodické ochrany, nebo drenáží není o nic složitější
než na dálkových plynovodech,ale hlavní problém aplikace KAO je v odstranění následných interferenčních vlivů.
Aktivní ochrana je tedy opodstatněná tam, kde jsou známy všechny úložné konstrukce a kde lze dodržet podmínky
pro společnou ochranu. To obvykle nelze splnit ve starých částech měst, kde je značná část úložných konstrukcí
mnohdy již neprovozovaných a v řadě případů bez pasivní ochrany. Z toho vyplývá, že aktivní ochranu lze použít
převážně na nových sídelních útvarech. Přesto byla plynárenskými specialisty aplikována aktivní ochrana na částech
místních sítí např. v Brně, Ostravě a Praze a to za předpokladu částečné ochrany ve spolupráci s ostatními majiteli
úložných konstrukcí s prioritou plynových potrubí.
Katodická ochrana ocelových nádrží uložených v zemi se běžně používá zejména v petrochemickém průmyslu.
V posledních letech též v plynárenství u nádrží na topné plyny. Je běžná i u nádrží na pohonné hmoty. Předpoklad
aplikace KAO je dobrá izolace. Kriteria ochrany jsou stejná jako u ocelových potrubí.
12.5.3
Kriteria katodické ochrany
Základním kriteriem je hodnota potenciálu vůči referenční elektrodě umístěné v blízkosti povrchu chráněné
konstrukce.
Úplné katodické ochrany je dosaženo při hodnotě
Upol .
Uv #- 0,85 V
(vůči Cu/CuSO4 elektrodě)
Upol .
Uv #- 0,75 V
(v půdách pro k> 500 S.m ), popř.
Upol .
Uv #- 0,95 V
(v anaerobních půdách),
Protikorozní ochrana
kde
Upol
polarizační potenciál,
Uv
vypínací potenciál (bez spádu nápětí v půdě).
Mohou být použita i následující kriteria:
–
Při katodické polarizaci povrchu (obvykle holého) nejméně 50 hodin a po vypnutí ochranného proudu
je polarizační posun
)Upol = *Uv - UD* > 100 mV (kriterium úplné ochrany),
kde
Uv
potenciál změřený do 2 s po vypnutí ochranného proudu,
UD
depolarizační potenciál, změřený nejméně 50 min po vypnutí proudu.
Při )Upol = 20 mV až 80 mV se jedná o ochranu částečnou.
–
Dosažení minimální hustoty ochranného proudu pro dané korozní prostředí a druh chráněné konstrukce,
např. pro ocelové konstrukce v půdě pro holé povrchy platí přibližně kriteria uvedená v tabulce 2.
Tabulka 2
Rezistivita půdy k(S.m)
100
25
–
12.5.4
Hustota ochranného proudu j (mA.m-2)
10
30
Dosažení potenciálu potrubí - půda negativnějšího než - 0,85 V vůči Cu/CuSO 4 elektrodě v oblastech
s bludnými proudy jako směrné hodnoty pro částečnou ochranu,přičemž Uz = - 0,85 V je potenciál
zapínací,včetně spádu napětí v půdě.
Zařízení katodické ochrany
Katodická ochrana se nejčastěji aplikuje pomocí stanic katodické ochrany - SKAO. Její součástí je, jak vyplývá z obrázku 12.14 zdroj stejnosměrného proudu 1 (obvykle usměrňovač), anodové uzemnění 2, kabelové rozvody ss proudu 3,
spojovací objekty 4, kontrolní měřící body 5, přípojka el.
energie 6, referenční elektroda (někdy též snímací) 7.
Usměrňovač může být instalován v kiosku stanice, případně
v ocelové skříni a pod. Usměrňovače se dříve vyráběly jen
ručně řízené odbočkami na transformátoru. Nyní se vyrábějí jen automaticky řízené pomocí regulátoru, do kterého je
přiveden potenciál snímaný mezi referenční elektrodou
a potrubím. Převážná část usměrňovačů je s tyristorovou
regulací, s výkony 500 až 3000 W. V současné době se vyrábějí též usměrňovače s pulzní regulací pracující na frekvenci několika 10 kHz. Výhodou je nízká hmotnost a vyhlazený stejnosměrný proud.Jeden z posledních typů automaticky řízeného usměrňovače s pulzní regulací je na obrázku 12.15.
Obr. 12.14: Schéma stanice KAO
1 – zdroj stejnosměrného proudu
2 – anodové uzemění
3 – kabelové rozvody stejnosměrného proudu
Důležitou součástí SKAO je anodové uzemnění. Nejčastěji 4 – spojovací objekt
se používá ocelová výmětová(zmetková) trubka DN 150 až 5 – kontrolní měřící body
200 ukládaná horizontálně od délek několika desítek až do 6 – přípojka elektrické energie
200 m, obvykle 2 m hluboko. Aplikují se také ferosilitové 7 – referenční elektroda (někdy též snímací)
tyče ukládané horizontálně do délek cca 150 m a u vertikálních do hloubek několika desítek metrů. Obsyp ferosilitových anod je nejčastěji koksový, u ocelových anod prosátá zemina, případně smíchaná s bentonitem. V poslední
době se, zejména pro ochranu čerpacích stanic pohonných hmot a nádrží na topné plyny, užívá tzv. flexibilní anoda.
Plynárenská příručka
Zemní odpor nejčastěji používaných anodových uzemnění
se vypočte dle následujících vztahů:
a) Pro trubkové anodové uzemnění platí vztah
0,366
R' k
z
l
log
l2
%0,301
dh
(11)
kde k
rezistivit půdy v místě uzemnění (S.cm)
z
l
délka zemniče (cm)
d
průměr zemniče (cm)
h
vzdálenost středu trubky od povrchu půdy
(cm)
Obr. 12.15: Usměrňovač DC - UKO 400
b) Pro ferosilitové anodové uzemnění platí vztah
0,366
R' k
z
l1
kde
log
2 l1
d
%log
l1
2h
(S )
(12)
l1
délka soustavy tyčí (cm)
d
průměr koksového obložení (cm)
h
vzdálenost těžiště zemničů od povrchu půdy (cm)
0,366
konstanta (viz [10])
Počet FeSi tyčí se vypočte dle vztahu: (mezi tyčemi je odstup 1m, 1 tyč FeSi + mezera = 185 cm)
n ' l1 . 185&1
(počet kusů )
(13)
Katodická ochrana se někdy realizuje pomocí elektrických polarizovaných drenáží EPD, avšak představuje jen několik procent oproti SKAO.
Princip spočívá v tom, že se potrubí galvanicky propojí s kolejí přes
polovodič.Za předpokladu provozu na elektrizované železnici se tím
opět dosáhne posunu potenciálu do zápornějších hodnot svodem bludných proudů ke zdroji tj. měnírně. Není-li na železnici v příslušné oblasti provoz, není potrubí v tomto časovém úseku chráněno proti půdní
korozi, a proto se někdy aplikuje tzv. saturáž. Je to v podstatě stanice
katodické ochrany, kde se jako anodové uzemnění používá kolej a současně je to v případě provozu na železnici drenáž. Schéma el. polarizované drenáže je na obr. 12.16.
12.6
Obr. 12.16: Schéma elektrické polarizované drenáže
NĚKTERÁ OPATŘENÍ PRO OMEZENÍ KOROZE ŽELEZOBETONOVÝCH ZÁKLADOVÝCH
KONSTRUKCÍ
Zákldní ochranou železobetonových konstrukcí je, stejně tak jako u ocelových konstrukcí uložených v zemi, pasivní
ochrana. V některých zemích se zejména pro mostní konstrukce používá i aktivní ochrana a to tak, že se do tělesa
mostu při stavbě uloží obětní anoda ve tvaru mříže.
12.6.1
Primární a sekundární ochrana
Princip primární ochrany spočívá ve zvýšení odolnosti betonu úpravou jeho vlastností a to především volbou odolných hmot betonu – cement, kamenivo, záměsová voda, přísady, příměsi a dále krytí výztuže. Zejména v bludných
proudech musí být ocelová výztuž chráněna nejméně 4 cm vrstvou betonu. Primární ochrana se navrhuje v souladu
s příslušnými ČSN.
Protikorozní ochrana
Sekundární ochrana proti korozi spočívá v omezení nebo vyloučení působení agresivního prostředí na železobetonové konstrukce po zhotovení. Na základě zjištěné agresivity prostředí (včetně přítomnosti bludných proudů) se volí
druh sekundární ochrany a to výběrem hmot a povlaků, hmot pro úpravu a impregnaci betonu, volbou způsobu
provedení. Za nejúčinnější jsou považovány izolace z plastů. V případě agresivního chemického prostředí a přítomnosti bludných proudů je nutné oddělení návazných kovových liniových zařízení od nosné konstrukce použitím
izolačních spojek, přírub apod., aby se omezilo zavlékání bludných proudů do konstrukce. U mostních konstrukcí
se odděluje nosná konstrukce od spodní stavby izolováním ložisek a dále se izolují inženýrské sítě od nosné konstrukce. Pasivní ochrana se aplikuje i na vybavení mostů (sloupy osvětlení, trolejí, zábradlí apod.)
12.7
KOROZNÍ PRŮZKUM
Korozní průzkum je soubor postupů, sloužících k určení korozní agresivity prostředí, tj. k odhadu jeho pravděpodobného vlivu na kovová úložná zařízení.
Pro hodnocení agresivity prostředí byla vypracována celá řada postupů a způsobů klasifikace prostředí. U nás je
v plynárenství používána praxí osvědčená metoda hodnocení agresivity prováděná např. podle ČSN 03 8375, která
řeší zásady korozního průzkumu se zřetelem na úložná ocelová zařízení.
Korozní průzkum je podle této normy rozlišován na:
–
základní, při kterém se zjišťuje pravděpodobné korozní ohrožení projektovaného potrubí. Na základě
výsledků základního korozního průzkumu se volí způsob ochrany proti korozi, včetně případné změny
průběhu uvažované trasy, typu izolace, způsobu aktivní ochrany, atd.
–
dodatečný, kdy se zjišťuje konkrétní korozní situace na vystavěném potrubí. Slouží pro kontrolu aplikované
protikorozní ochrany, případně jako podklad pro event. nutné úpravy a doplnění protikorozní ochrany.
–
kontrolní, při němž se kontroluje stav protikorozní ochrany potrubí, včetně souvisejících objektů a dalších zařízení v blízkosti sledovaného potrubí. Podle výsledků se optimalizuje provoz aktivní ochrany.
Rozsah korozního průzkumu se volí podle požadované životnosti potrubí, podle možných důsledků případné
poruchy, v neposlední řadě podle ekonomických hledisek. Přestože je provedení korozního průzkumu ekonomicky
poměrně náročné, jeho provedení umožňuje optimalizovat náklady na protikorozní ochranu potrubí.
V případě stavby krátkých úseků potrubí je však vhodné zvážit účelnost vynakládání prostředků na korozní průzkum, neboť v těchto případech bývá ekonomicky výhodnější zvolit dražší a spolehlivější variantu protikorozní
ochrany spojenou s použitím zesílené izolace bez průzkumu.
12.7.1
Metody korozního průzkumu
Pro korozní průzkum se stanovují fyzikální, chemické, geoelektrické, geologické i další vlastnosti prostředí, které
ovlivňují korozní situaci.
V rámci základního korozního průzkumu se provádějí tato stanovení, resp. měření:
a) stanovení zdánlivé rezistivity zeminy,
b) zjištění geologické stavby území a hydrogeologického režimu,
c) určení měrné elektrické vodivosti podzemních a povrchových vod,
d) chemický rozbor zemin a vod, obsah vlhkosti v zeminách, pH zemin a vody,
e) zjišťování přítomnosti bludných proudů v půdě.
Při dodatečném korozním průzkumu se provádí zejména:
f) měření potenciálu potrubí - půda,
g) zjišťování interference,
h) zjišťování stavu izolačních spojů,
i) kontrola stavu izolace,
j) kontrola stavu stavební ochrany potrubí proti korozi.
Plynárenská příručka
V případě výskytu bludných proudů se navíc zjišťuje:
k) velikost a směru toku el. proudu potrubím,
l) velikosti elektrického proudu vstupujícího (vystupujícího) z (do) kovového potrubí,
m) zdroj bludných proudů.
Kontrolní korozní průzkum používá postupy již uvedené v bodech f) až j), navíc se provádí:
n) kontrola stavu zařízení aktivní ochrany,
o) kontrola dosahu aktivní ochrany,
a v případě potřeby další
p) speciální měření.
Do kategorie speciálních měření jsou zahrnuty mj. i postupy k určení event. nebezpečí vzniku mikrobiální koroze.
Tato stanovení však lze provést i v rámci základního korozního průzkumu a jejich zařazení do kontrolního průzkumu tedy není přesné.
Principy jednotlivých měřících metod jsou popsány v příslušných ČSN. Praktické provedení vyžaduje v řadě
případů speciálně vybavenou laboratoř a měřící techniku, kterou však s ohledem na rychlý rozvoj v této oblasti není
možno pro každý postup konkrétně uvádět.
12.7.2
Vyhodnocení korozního průzkumu
Výsledky všech měření a laboratorních stanovení, uvedené v kapitolách týkajících se základního korozního průzkumu se vyhodnocují podle ČSN 03 8375, resp. podle tabulky č. 1 a č. 2 této normy. Agresivita půd a vod je členěna
do stupňů I až IV (I. velmi nízká, II. střední, III. zvýšená, IV. velmi vysoká). Výsledkům jednotlivých stanovení
jsou podle hodnot, kterých dosahují, přiřazeny odpovídající stupně agresivity. Za výslednou agresivitu se považuje
nejvyšší zjištěný stupeň, příklad hodnocení je uveden v tabulce 3.
Tabulka 3: Příklad hodnocení agresivity prostředí
sledovaná vlastnost prostředí
zdánlivá rezistivita zeminy
hustota bludných proudů v půdě
vodivost vody
reakce pH vody
obsah SO 42- a Cl–
zjištěné hodnoty
115 S.m
55 µA.m -2
120 µS.cm -2
7,3
45 mg.kg-1
hodnocení agresivity
I. velmi nízká
III. zvýšená
II. střední
I. velmi nízká
I. velmi nízká
Přestože většina sledovaných vlastností prostředí poukazuje na jeho velmi nízkou agresivitu, je třeba v tomto místě
prostředí (s ohledem na výskyt bludných proudů o hustotě odpovídající zvýšené agresivitě) hodnotit jako prostředí
se zvýšenou agresivitou.
Základní korozní průzkum je tedy možno vyhodnotit podle exaktních a reprodukovatelných výsledků. Spolehlivé
vyhodnocení všech údajů, které korozní průzkum může poskytnout, a správnost návrhu dalších opatření je (zejména
v případě dodatečného a kontrolního průzkumu) limitována praxí, zkušenostmi a znalostmi pracovníků, kteří
uvedené práce provádějí.
12.8
VLIV STŘÍDAVÝCH ROZVODNÝCH SYSTÉMŮ A ATMOSFÉRICKÉ ELEKTŘINY NA
ÚLOŽNÁ ZAŘÍZENÍ
Již od samých začátků aplikace aktivní ochrany se korozní specialisté setkávali s různými poruchami instalovaných
zařízení. Zprvu byly veškeré potíže připisovány bouřkové činnosti. V následujícím období bylo zjištěno, že na výpadky zařízení má vliv nejen atmosférická elektřina, ale také poruchové stavy na linkách velmi vysokého napětí nacházejících se v blízkosti potrubních systémů. Značné zkušenosti s těmito jevy byly v sektoru spojů a řada poznatků
byla promítnuta do ČSN 332165, která je platná od r. 1989. Tato norma stanovuje zásady pro projektování, stavbu
a provoz ocelových izolovaných potrubí před nebezpečnými vlivy trojfázových vedení a stanic VVN a ZVN.
Protikorozní ochrana
Norma rozeznává tři druhy ovlivnění, případně jejich kombinace
a to: kapacitní, indukční a galvanický vliv.
Kapacitní vliv se uplatňuje při výstavbě potrubí tehdy, je-li potrubí na ocelových podpěrách odizolováno od země. Je dán kapacitou mezi fázovými vodiči el. systému a potrubím v serii s kapacitou mezi potrubím a půdou viz obr. 12.17. Za určitých podmínek je možnost vzniku životu nebezpečných napětí a proto je
nutné potrubí v souladu s ČSN uzemnit. Postačí obvykle jedna
zemnící tyč na 500 m délky potrubí.
Indukční vliv se uplatňuje
zejména při poruchových
stavech a lze jej vysvětlit Obr. 12.17: Kapacitní vazba potrubí při výindukcí (obr.12.18). Primá- stavbě
rem je el.vedení,vzduch a půda jsou prostředím jímž se šíří elektromagnetické
vlny a izolované ocelové potrubí je vedením sekundárním. V praxi byly zaznamenány případy, kdy se na potrubí indukovala napětí až několik set V.
Proto se nyní při projektovém řešení stavby potrubí zcela automaticky vypočítávají hodnoty možných napětí proti zemi.
Obr. 12.18: Induktivní vlivy na
potrubí
Výpočty jsou složité, a proto převážná část projekčních kanceláří zadává tuto
činnost několika specializovaným pracovištím, a také proto, že je nutno detailně znát energetickou soustavu. Jde o typ vedení,zkratové poměry a podobně.
Pro představu je dále uvedena rovnice, z které je patrno, které veličiny se uplatňují na výši indukovaného podélného
napětí.
U i ' 2 B. f . M . I . l . w . r. 10&6
kde
f
M
I
l
w
r
(V)
(14)
kmitočet proudu (Hz)
součinitel vzájemné indukčnosti mezi dvěma vodiči se zpětným vedením (H.km),
blíže viz ČSN 332165
jednofázový zkratový proud tekoucí vedením (A)
délka výpočetního úseku (km)
činitel pravděpodobnosti vyjadřující vliv zatížení sítě (bere se w = 0,7)
redukční činitel zemních lan, zjistí se z ČSN 342030 ev. 332050
Z rovnice vyplývá, že na velikost indukovaného napětí má vliv především zkratový proud Ik a délka výpočetního
úseku.
Tedy čím větší bude zkratový proud (v našich podmínkách u rozvoden až 20 kA) a délka souběhu,tím větší bude
výsledné podélné indukované napětí. Toto podélné napětí je nutno podle citované normy při překročení hodnoty
600 V přepočítat na maximální potenciál, který nesmí být v jakémkoliv místě na trase větší než 300 V pro vypínací
čas ochran 0,3 s a 500 V pro 0,1 s. Vyjde-li výpočtem větší hodnota napětí než je přípustná mez, je potrubí nutno
uzemnit. Aby nebyla snížena funkce katodické ochrany je potrubí obvykle uzemňováno přes polovodičové prvky,
případně další svodiče přepětí.
Galvanickému vlivu jsou vystavena ocelová izolovaná potrubí uložená v zemi v blízkosti elektrických stanic nebo
stožárů venkovních vedení VVN a ZVN. Mezní hodnoty napětí vzniklé proti zemi nesmí být větší než hodnoty pro
indukční vliv. Výpočetní metodika je uvedena v citované ČSN. Není nutno činit žádná opatření ani výpočty pokud
světlá vzdálenost mezi potrubím a oplocením elektrické stanice 110/22 kV je větší než 100 m a u ostatních stanic
VVN a ZVN 300 m. Taktéž není nutno činit žádná opatření, je-li světlá vzdálenost od zemničů stožáru a jejich
základu větší jak 10 m.
Při poruchových stavech na linkách VVN a ZVN může dojít na ovlivněném potrubí nejen k poruše zařízení, ale také
k ohrožení osob el. proudem. Proto by si všichni pracovníci dotýkající se potrubí měli být vědomi možného
nebezpečí. Velmi nebezpečné místo je u izolačních spojů umístěných na vstupu do elektráren, měníren apod. Další
nebezpečné místo je na potrubí vedeném v blízkosti stožáru.
Plynárenská příručka
Při práci v těchto extrémních podmínkách je nezbytné používat ochranné pomůcky (pryžové rukavice, obuv) a práce
za deště a vlhka se nedoporučuje. Při projektovém řešení katodické ochrany se musí dodržet minimální vzdálenost
anodového uzemnění od stožáru 50 m a 100 m je-li umístěno mezi stožáry. Dále musí být nejblíže 150 m od oplocení distribučních transformoven a 300 m od oplocení ostatních stanic VVN a ZVN.
12.9
EKONOMIKA PROTIKOROZNÍ OCHRANY
Podle statistických údajů z let 1969 – 1980 byly přímé ztráty způsobené korozí v USA, SRN, SSSR a Polsku v rozmezí 3 až 4,1 % hrubého domácího produktu. U nás v r. 1980 to bylo 3,1 % HDP, což představovalo cca 15 miliard Kčs, z toho na úložných zařízeních 1 miliardu. Vedle přímých ztrát znehodnocením konstrukcí a materiálů
vznikají nepřímé ztráty např. při výpadcích energie, ztráty produktů (plyn, ropa), znečištění životního prostředí
a další. V chemickém průmyslu bývají nepřímé ztráty 15 až 30 krát větší než ztráty přímé. Vhodnou aplikací izolačních systémů doplněnou v případě úložných zařízení aktivní ochranou lze dosáhnout výrazného zvýšení životnosti.
Obvykle se udává [12], že katodickou ochranou (KAO) lze dosáhnout až trojnásobné životnosti při návratnosti
investic na vybudování KAO od cca 0,5 až 7,5 roků. Pro porovnání se současným stavem je níže uveden následující
příklad (vstupní údaje získány od VČP v r.1997).
Předpoklad prodloužení životnosti potrubí z 15 na 45 let.
Plynovod DN 300,délky 14,5 km bez KAO činí náklady na stavbu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 milionů Kč
Náklad na vybudování KAO na VTL 14,5 km činí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 miliony Kč
Náklady na provoz KAO na 1 km potrubí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 500 Kč/rok
Při životnosti potrubí 45 let je nutno vzhledem k fyzické životnosti KAO cca za 25 let obnovit
aktivní ochranu, to znamená, že náklady na vybudování a obnovu KAO budou . . . . . . . . . . . . 4 miliony Kč
Celkové náklady na provoz KAO na 14,5 km potrubí za 45 let při 2500 Kč/rok/km
14,5 x 45 x 2500 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6 milionu Kč
Celkové náklady na KAO a provoz = 4 mil.+ 1,6 mil. = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,6 miliónu Kč
Úspora na vybudování VTL plynovodu za 15 a 30 let 2 x 49 mil. - 5,6 mil. = . . . . . . . . . . . . .
92,2 mil.Kč
Za rok při životnosti 45 let je to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 mil.Kč
Návratnost investice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2,8 roku
Bez aplikace KAO by na nechráněném potrubí v průběhu životnosti docházelo k nárustu korozních poruch až do
nutné výměny. Částky na opravy by snížily návratnost vložených investic. Podle [12] je počet korozních poruch
za 15 let v oblastech s bludnýmí proudy na potrubí bez katodické ochrany cca 1800 na 100 km trasy. Pro náš případ
14,5 km to představuje 261 poruch a při dnešní ceně cca 30 000 Kč/poruchu to je 7,8 mil. Kč
Návratnost investice na KAO se sníží na 2,5 roku. Navíc je zřejmé, že jen náklady na opravy jsou přibližně 1,5 x
větší než vložené částky na KAO.
Přestože ztráty korozí jsou hospodářsky velmi závažné a účinnost protikorozní ochrany byla mnohokrát prokázána,
je právě ekonomické stránce věnována dosud malá pozornost. Snad je to tím, že úspory vznikají až po několika
letech realizace. Přesto se největšího přínosu dosahuje tehdy, je-li katodická ochrana zaváděna u nově pokládaných
potrubí. Tato praxe je dnes v plynárenství na dálkových potrubích zcela běžná. V zásadě lze aktivní ochranu použít
i u starých potrubí, avšak bez dobré izolace to není obvykle hospodárné.
12.10
LITERATURA
[1]
von Baeckmann W., Schwenk W.: Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes, Verlag Chemie 1980
[2]
Rahmel A., Schwenk W.: Korrosion und Korrosionschutz von Stählen, Verlag Chemie 1977
[3]
Bartoníček R. a kol.: Koroze a protikorozní ochrana kovů, Academia Praha 1966
[4]
Bartoň K.: Schutz gegen atmosphärische Korrosion, Verlag Chemie 1979
[5]
ASTM: Underground Corrosion, ASTM Special Publication 741, National Bureau of Standarts,
Philadelphia 1981