Руководящий документ РД 31.35.07-83 "Руководство по электрохимической защите от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне"

Руководящий документ РД 31.35.07-83
"Руководство по электрохимической защите от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне"

Срок введения установлен с 1 июля 1983 г.

до 30 декабря 1985 г.

Вводится впервые

ГАРАНТ:

По информации, приведенной в Общероссийском строительном каталоге (СК-1. Нормативные и методические документы по строительству), настоящий документ является действующим

РД устанавливает методы расчета, рекомендации по проектированию, приемы монтажа и основные правила эксплуатации систем электрохимической защиты от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне.

Руководство предназначено для опытного применения.

1. Общие положения

1.1. Электрохимические способы защиты от коррозии подводных частей стальных конструкций морских гидротехнических сооружений основаны на катодной поляризации защищаемого металла внешним электрическим током (катодная защита) или током гальванических анодов-протекторов (протекторная защита). Термины, принятые в данном руководстве, и их определение приведены в приложении 1. Все приложения в данном Руководстве носят справочный характер.

1.2. В руководстве рассматривается защита металлоконструкций гидротехнических сооружений, расположенных в морских бассейнах и устьевых участках рек.

1.3. Основными параметрами электрохимической защиты являются электродный потенциал сооружения и плотность тока на защищаемой поверхности.

1.4. Величины стационарного потенциала (потенциала коррозии) и защитных потенциалов углеродистой и низколегированной сталей в морской и речной воде приведены в табл. 1.

Электродные потенциалы даны относительно электродов сравнения - нормального водородного электрода (НВЭ), медносульфатного электрода (МСЭ) и хлорсеребряного электрода (ХСЭ).

1.5. Тип электрохимической защиты следует выбирать из технико-экономических соображений. Применение протекторной защиты наиболее целесообразно в случаях, когда защищаемые объекты удалены от источников электроэнергии в акваториях с удельной электрической проводимостью воды не менее 2 Ом/м.

Не рекомендуется применять катодную защиту на объектах, предназначенных для перегрузки пожаро- и взрывоопасных грузов.

1.6. Основной расчет электрохимической защиты следует производить для установившегося режима поляризации, когда стабилизируются изоляционные свойства солевых катодных отложений (СКО) на поляризуемой поверхности.

Таблица 1

Электродные потенциалы стали

Показатели	Морская вода			Речная вода
	Величина потенциала по отношению к электродам сравнения, В
	НВЭ	МСЭ	ХСЭ	НВЭ	МСЭ	ХСЭ
Стационарный потенциал	-0,35	-0,65	-0,59	от -0,2 до -0,4	от -0,5 до -0,7	от -0,5 до -0,7
Минимальный защитный потенциал	-0,55	-0,85	-0,79	-0,55	-0,85	-0,79
Сдвиг потенциала	0,2	0,2	0,2	0,15	0,15	0,15
Максимальный защитный потенциал для неокрашенной поверхности	-2,5	-2,80	-2,74	-2,5	-2,80	-2,74
Сдвиг потенциала	2,15	2,15	2,15	2,05	2,05	2,05
Максимальный защитный потенциал для окрашенной поверхности	-1,2	-1,50	-1,44	-1,2	-1,50	-1,44
Сдвиг потенциала	0,85	0,85	0,85	0,75	0,75	0,75

Примечание. Обозначения электродов сравнения приведены в п. 1.3, а номера технических условий на них в п. 4.6.5.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо "п. 1.3" имеется в виду "п. 1.4"

1.7. Расчет электрохимической защиты сооружений приведен применительно к неокрашенным конструкциям. Электрохимическая защита может применяться в сочетании с защитой лакокрасочными покрытиями.

1.8. Электрохимическую защиту сооружений типа "больверк" допускается осуществлять с одной стороны - со стороны акватории.

1.9. При испытании и эксплуатации систем катодной защиты должны выполняться требования "Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

2. Катодная защита

2.1. Элементы системы катодной защиты

2.1.1. Совокупность защищаемого сооружения, катодной станции, соединительных линий, анодов и окружающей их электропроводной среды образует систему катодной защиты. Схема катодной защиты сооружения представлена на рис. 1.

2.1.2. В установках катодной защиты рекомендуется применять катодные станции и выпрямители с выходным напряжением 6, 12 и 24 В при силе тока до 400 А и мощностью до 5 кВт.

Характеристики выпрямителей и катодных станций приведены в приложении 2. Выбор типа выпрямителя или катодной станции осуществляется исходя из требуемых силы тока и напряжения, которые определяются расчетом (см. подраздел 2.2).

2.1.3. Для защиты от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений следует применять одиночные или групповые аноды, объединенные анодными цепями (рис. 2).

2.1.4. В системах катодной защиты могут использоваться подвесные ферросилидовые аноды типа АФП (ТУ 39-08-22-77), из платинированного титана (ОСТ 5.3080-75), углеграфитовые типа ЭГТ (ТУ 48-20-97-77). Наиболее распространенными являются углеграфитовые аноды. Конструкции анодов приведены в приложении 3.

2.1.5. Анодные и соединительные линии следует выполнять из кабелей марки КНРП (приложение 4). Сечение кабеля определяется проектом.

2.1.6. Аноды следует располагать в одиночку или группами (анодными пакетами) на дне водоема вдоль сооружения на грунте или в специальных кассетах на расстоянии от 10 до 100 метров от защищаемого сооружения в зоне, где использование якорей при стоянке или маневрировании судов наименее вероятно. При защите металлических шпунтовых стенок аноды могут подвешиваться на лицевой грани сооружения. При этом между анодом и стенкой должен располагаться экран из электроизоляционного материала (резина, пластмасса, асбоцементные щиты и т.п.). Площадь экрана должна быть в 5-6 раз больше проекции анода на стенку.

При устройстве катодной защиты как засыпных, так и сквозных пирсов аноды следует располагать по обе стороны сооружения. При защите набережных эстакадного типа аноды следует располагать, во избежание получения на сваях незащищенных ("затемненных") участков, как со стороны акватории, так и на берегу, в грунте на глубине, соответствующей половине глубины воды у кордона причала или подвешивать между сваями.

2.1.7. Все защищаемые элементы должны быть соединены между собой стальной шиной сечением не менее 3 .

2.1.8. Катодная станция должна быть подключена к сооружению кабельной линией, подсоединенной в нескольких точках (примерно через 20 м), к защищенным элементам или общей шине.

2.2. Расчет катодной защиты

2.2.1. Расчет катодной защиты основан на допущении, что при рекомендуемом расположении анодов достигается равномерное распределение потенциалов на защищаемой поверхности.

2.2.2. Расчет защиты должен производиться для двух этапов ее эксплуатации - периода формирования на защищаемой поверхности катодного осадка (СКО) и эксплуатационного периода.

2.2.3. Основной расчетной величиной принята минимальная защитная плотность тока - , определяется по формуле (3).

2.2.4. Исходные данные для расчета:

S - площадь защищаемой поверхности в подводной зоне, ;

L - протяженность сооружения со стороны расположения анодов, м;

b - удельная катодная поляризуемость стали, ;

с - соленость воды, ;

- удельная электропроводимость среды, Ом/м ( воды - см. приложение 5; грунта воды);

q - электрохимический эквивалент материала анода (приложение 3), ;

М - масса анода, кг;

l - длина анода, м;

r - радиус анода, м;

h - удаление анодов от сооружения, м;

Т - срок службы анодов, год;

данные токопроводов (приложение 4).

2.2.5. Аноды должны находиться не ближе 10 м от сооружения. Расстояние между анодами или анодными пакетами следует определять из условия, что зона эффективного действия их L' равна

. (1)

2.2.6. При расчете параметров катодной защиты определяются следующие величины:

Число точек расположения анодов или пакетов анодов

. (2)

Минимальная защитная плотность тока

. (3)

Для неокрашенной стальной поверхности, покрытой СКО, , для поверхности, окрашенной кузбасслаком, .

Расчетная защитная плотность тока в первом случае равна (с учетом утечки тока на подземную часть конструкций) 0,045 .

Общий защитный ток на эксплуатационный период

. (4)

Номинальный ток анода

, (5)

где - коэффициент, учитывающий фактическую продолжительность работы анодов в течение года. При непрерывной работе анодов в течение года .

Число анодов

. (6)

Число анодов в пакете

. (7)

Сопротивление растеканию одиночного анода:

в случае удаления анода от сооружения на величину больше 5 r

, (8)

в случае установки анода на плоской стенке

, (9)

где h' - полуширина экрана, м.

Сопротивление растеканию пакета анодов

, (10)

где z - расстояние между анодами в пакете, м;

В - коэффициент, определяемый из таблицы:

n'	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В	0	0,46	1,24	2,26	3,48	4,85	6,40	8,06	9,8

Защитная плотность тока в период формирования СКО

, (11)

где - сдвиг потенциала, обеспечивающий формирование СКО; В, .

Сила тока, стекающего с анода в период формирования СКО

. (12)

Напряжение на выходе катодной станции в эксплуатационный период

или

(13)

где - сопротивление подводящего кабеля, Ом;

- сопротивление береговых кабелей с учетом схемы соединения, Ом.

Напряжение на выходе катодной станции в период формирования СКО

. (14)

Сила тока катодной станции в эксплуатационный период

(15)

и в период формирования СКО

. (16)

Мощность катодной станции в эксплуатационный период

(17)

и в начальный период

. (18)

2.2.7. По величинам и выбирается катодная станция (приложение 2).

2.2.8. В случае, если расчетное напряжение катодной станции превышает номинальное значение напряжения выбранной станции, необходимо увеличить число анодов, уменьшив тем самым ток и увеличив срок их службы.

В начальный период эксплуатации защиты, когда требуются дополнительные мощности, необходимые для формирования СКО (, , ), к системе должны подключаться резервные станции или система защиты должна расчленяться на отдельные участки, которые следует вводить в работу поэтапно. При этом должен обеспечиваться ток анодов, равный .

3. Протекторная защита

3.1. Элементы системы протекторной защиты

3.1.1. Совокупность защищаемого сооружения, протекторов, окружающей их электропроводной среды и соединительных токопроводов образует систему протекторной защиты.

3.1.2. Для защиты морских гидротехнических сооружений могут применяться одиночные протекторы или групповые протекторные установки.

3.1.3. Рекомендуются применять следующие типы протекторов:

из алюминиевых сплавов - П-ПОА-30, П-ПОА-60 (ОСТ 5.3072-75), ПАКМ-40, ПАКМ-65, ПАКМ-80 (ТУ 51-136-83);

из магниевых сплавов - П-ПОМ-30, П-ПОМ-60 (ОСТ 5.3072-75), ПММ-20, ПММ-30, ПММ-60 (ТУ 48-10-23-80).

Характеристики протекторов приведены в приложении 6.

При солености воды ниже должны применяться протекторы из магниевых сплавов.

3.1.4. Протекторы должны укладываться на дно водоема на грунт или в специальные кассеты (приложение 7) вдоль сооружения на расстоянии 10-30 м от защищаемой конструкции, подвешиваться (при защите сквозных конструкций) равномерно по всей площади сооружения на глубине, равной половине глубины моря в данном месте или подвешиваться (при защите шпунтовых стенок) на лицевой грани сооружения. В последнем случае, так же как и при катодной защите, между протектором и стенкой должен быть установлен электроизоляционный экран (см. п. 2.1.6).

3.1.5. В случае, когда одна протекторная установка защищает группу элементов, последние должны быть соединены между собой шиной из полосовой стали или прутка, укрепляемой на сварке. Сечение шины - не менее 3 .

3.1.6. В качестве токопровода, обеспечивающего электрический контакт протектора с сооружением, следует применять кабели КНРП, каротажные кабели типа КГ1-24-90, КГ1-44-90К, КГ3-59-90 и стальные оцинкованные канаты. Характеристики токопроводов приведены в приложении 4.

Для подвесных протекторов тип кабеля выбирают исходя из его механической прочности и массы протектора. Линейное электрическое сопротивление токопровода должно быть не более 0,007 Ом/м.

3.2. Расчет протекторной защиты

3.2.1. Расчет протекторной защиты должен сводиться к определению числа одиночных протекторов или протекторов пакетов.

3.2.2. Для расчета протекторной защиты необходимы следующие исходные данные:

L - длина сооружения со стороны установки протекторов в случае, когда они укладываются на дно на удалении от сооружения, м;

S - площадь защищаемой поверхности, ;

- удельная электропроводимость воды (приложение 5), Ом/м;

- длина протектора, м;

D - условный диаметр протектора, м;

- линейное сопротивление токопровода, Ом/м;

- длина токопровода, м;

- масса протектора, кг;

- потенциал протекторного сплава по НВЭ, В (приложение 6);

- токоотдача сплава (приложение 6), ;

- сопротивление растеканию протектора.

3.2.3. Расчет системы защиты сводится к определению следующих величин:

Сопротивление растеканию тока стержневого протектора. Эта величина определяется так же, как и для анодов (см. п. 2.2.6).

Сопротивление соединительного токопровода

. (19)

Ток одиночного протектора

, Ом

, А (20)

при подвеске

принимается по отношению к НВЭ.

Суммарный защитный ток сооружения

(21)

принимается равной 0,048 (см. п. 2.2.6).

- стационарный потенциал по НВЭ для морской воды В.

Необходимое количество протекторов

. (22)

Зона действия протектора в случае, когда он устанавливается на дне в удалении от сооружения

, (23)

где - расстояние от протектора до защищаемой поверхности, м.

Число пакетов протекторов

. (24)

Число протекторов в пакете

. (25)

Ресурс годности протектора (в годах)

. (26)

4. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем электрохимической защиты

4.1. Проектирование электрохимической защиты металлоконструкций морских гидротехнических сооружений включает в себя: технико-экономическое обоснование необходимости защиты, получение исходных данных, выбор способа защиты, электротехнический расчет системы, разработка рабочего проекта защиты, разработка технического задания на проектирование строительных элементов, необходимых для осуществления защиты.

4.2. В состав проектной документации должны входить:

пояснительная записка;

план защищаемого сооружения с указанием элементов, требующих защиты;

исходные данные, принятые при проектировании;

электротехнический расчет;

принципиальные схемы;

установочные чертежи оборудования защиты;

спецификация на основное оборудование и материалы;

технология монтажа защиты;

смета на устройство защиты;

акты согласования с организациями энергонадзора (в случае применения катодной защиты).

4.3. В техническом задании на проектирование строительных элементов и конструкций следует указать требования к установке станций катодной защиты (в случае применения этого метода), места расположения и размеры каналов для прокладки кабельных линий, размеры, материал и места установки прочих строительных элементов, необходимых для осуществления защиты (трубы, кассеты, шины и т.п.).

4.4. Монтаж катодных установок

4.4.1. При производстве работ по монтажу систем катодной защиты необходимо соблюдать требования СНиП III-33-76 "Правила производства и приемки работ. Электротехнические устройства".

ГАРАНТ:

Взамен СНиП III-33-76 постановлением Госстроя СССР от 11 декабря 1985 г. N 215 с 1 июля 1986 г. введены в действие СНиП 3.05.06-85

4.4.2. В объем монтажных работ входят:

установка катодной станции;

подводка питания к катодной станции;

прокладка наземных кабельных линий;

сборка анодных пакетов;

установка анодов или анодных пакетов на дно;

подключение подводящих кабелей к магистральным линиям;

подключение к сооружению катодной станции, включение катодной защиты и наладка ее.

4.4.3. Станции катодной защиты можно устанавливать на отдельных фундаментах, на стальных или железобетонных опорах, крепить на наружных кирпичных или бетонных стенах зданий.

Место установки катодной станции следует выбирать с учетом свободного доступа к ней обслуживающего персонала.

4.4.4. Корпус катодной станции должен быть заземлен.

4.4.5. Береговые линии - анодная магистральная линия и катодная линия, посредством которой катодная станция подключается к элементам сооружения, должны выполняться кабелем типа КНРП. Кабель должен быть защищен от ударов и других механических воздействий, могущих привести к его повреждению.

4.4.6. Анодную и катодную линии рекомендуется выполнять из цельного кабеля с оголением жилы в месте присоединения ее к элементу конструкции, общей шине или подводящему кабелю. Соединение должно осуществляться с помощью болтового оцинкованного зажима. Место присоединения кабеля к конструкции или шине должно быть зачищено до металлического блеска. Соединение кабеля катодной линии с конструкцией или шиной после окончания монтажа должно быть защищено от воздействия влаги путем окраски горячим битумом за 3 раза, а соединение подводящего кабеля с магистральной анодной линией заключено в кожух, залитый горячей битумной мастикой.

4.4.7. Мастика должна приготавливаться путем смешивания горячего (180°С) обезвоженного битума с цементом любой марки в соотношении 1:3 по массе.

4.4.8. Кассеты для анодов или протекторов должны изготовляться из досок толщиной 50 мм, пропитанных креозотовым маслом или другим стойким в воде антисептиком. Конструкция кассеты приведена в приложении 7. Секций в кассете должно быть на два больше, чем число анодов в пакете. Свободные секции должны заполняться балластом для уменьшения плавучести кассеты.

4.4.9. Сборка анодных пакетов должна осуществляться в следующей последовательности:

уложить аноды в кассету;

соединить аноды друг с другом кабелем и присоединить к группе анодов подводящий кабель;

поставить кассету вертикально;

залить места соединения изолирующей мастикой.

4.4.10. Установку анодных пакетов на дно следует производить с помощью водолазов. Места установки пакетов должны быть предварительно обозначены буями.

4.4.11. Во избежание повреждения кабеля, он должен быть уложен на участке от сооружения до места установки анодов в донную траншею глубиной 0,6 - 0,8 м и защищен в месте его подъема по сооружению.

4.5. Монтаж протекторных установок

4.5.1. Монтажные работы при устройстве протекторной защиты включают:

укладку протекторов в кассеты и их закрепление (для протекторов, устанавливаемых на дно водоема);

присоединение к протектору токопровода;

установка или подвеска протекторов на место;

присоединение токопроводов к сооружению.

4.5.2. Токопровод (жила кабеля или канат) должен крепиться к сердечнику протектора с помощью зажимной оцинкованной муфты. Конструкция муфты зависит от способа установки протекторов, типа и сечения токопровода и определяется проектом защиты сооружения.

4.5.3. Крепление токопроводов к сооружению должно производиться с помощью болтовых зажимов или наконечников, привариваемых к элементам конструкции или общей шине.

4.5.4. Установка протекторов на место осуществляется аналогично установке анодов (п. 4.4.10).

4.6. Правила эксплуатации систем катодной защиты

4.6.1. В процессе эксплуатации системы катодной защиты должны производиться периодические осмотры элементов системы и проверки режима ее работы.

При осмотрах должны проверяться степень разрушения анодов, сохранность токопроводов, состояние электрических соединений. Режим работы системы катодной защиты устанавливается по результатам осмотра катодной станции и замеров потенциалов конструкций.

Периодичность осмотра и проверки режима работы системы катодной защиты устанавливается в соответствии с табл. 2, а форма журнала записи результатов контроля приведена в приложении 8.

Таблица 2

Периодичность осмотра электрических установок защиты и измерения потенциалов сооружений

Характер профилактических работ	Катодные установки	Протекторные установки
Регулировка и выбор оптимального режима	При пуске установки	-
Замер потенциалов сооружения	1 раз в три месяца	1 раз в три месяца
Осмотр работающих установок с замером токов	1 раз в месяц	-
Профилактический ремонт	1 раз в три месяца	-
Смена анодов и протекторов	При полном износе или при снижении защитного тока

4.6.2. В начальный период эксплуатации система катодной защиты должна работать в режиме, способствующем интенсивному формированию катодного осадка. Плотность поляризующего тока в режиме осаждения СКО должна быть не менее 0,15 . Продолжительность формирования СКО 30-40 суток.

Увеличение защитного тока в этом случае (по сравнению с эксплуатационным периодом) достигается за счет мероприятий, упомянутых в п. 2.2.8.

4.6.3. Контроль за эффективностью действия катодной защиты должен осуществляться по величине потенциала защищаемой поверхности. При оптимальном режиме эксплуатации потенциал поверхности должен быть в пределах 0,55 - 0,65 В (по НВЭ).

4.6.4. При использовании автоматических катодных станций заданный потенциал сооружения поддерживается автоматически. При применении неавтоматических станций необходимо регулярно производить замер потенциала сооружения и корректировать работу системы вручную.

4.6.5. Замер потенциала сооружения следует производить в точках, расположенных через 20-25 метров по длине сооружения и в нескольких точках по вертикали. Замер производится высокоомным вольтметром относительно электрода сравнения - МСЭ (ТУ 204 РСФСР 380-71) или ХСЭ. Хлорсеребряные электроды сравнения выпускаются промышленностью по ТУ 5.3.94-13127-77.

Для производства электрических измерений следует использовать переносные вольтметры с входным сопротивлением не менее 20 кОм/В (например, БК7-13).

При замере потенциала клемма (-) прибора должна присоединяться к металлоконструкции, а клемма (+) - к электроду сравнения, погруженному в воду. При этом место присоединения вольтметра к конструкции должно быть очищено до металлического блеска.

4.6.6. Суммарная сила тока и напряжение катодной станции должны измеряться амперметром и вольтметром, установленными на станции. Сила тока, протекающего через отдельные аноды или пакеты анодов, должна измеряться, в случае необходимости, в месте подключения подводящей линии к магистральной переносным амперметром.

4.6.7. Последействие катодной защиты допускает периодическое отключение источника постоянного тока. При установившихся защитных потенциалах цикличность работы может составлять 15-30 дней при одинаковой продолжительности периодов "включено - отключено".

4.7. Правила эксплуатации систем протекторной защиты

4.7.1. В процессе эксплуатации системы протекторной защиты должны производиться периодические осмотры элементов системы и проверки режима ее работы. Периодичность осмотров указана в табл. 2.

4.7.2. Во время технических осмотров проверяется состояние протекторов, соединительных токопроводов и электрических контактов. Режим работы системы протекторной защиты должен контролироваться путем измерения защитного потенциала сооружения в различных точках. Метод измерения защитного потенциала сооружения такой же, как и при контроле режима работы катодных установок (п. 4.6.5).

4.7.3. На основании результатов измерений защитного потенциала сооружения следует отрегулировать работу системы путем изменения общего количества или замены израсходованных протекторов.

Изменение режима работы системы наступает спустя 10 суток после изменения ее параметров, поэтому все контрольные измерения следует производить не ранее этого срока.