RU2596514C2 - Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction - Google Patents
Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596514C2 RU2596514C2 RU2014132340/02A RU2014132340A RU2596514C2 RU 2596514 C2 RU2596514 C2 RU 2596514C2 RU 2014132340/02 A RU2014132340/02 A RU 2014132340/02A RU 2014132340 A RU2014132340 A RU 2014132340A RU 2596514 C2 RU2596514 C2 RU 2596514C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic unit
- turbine
- corrosion
- protection
- blades
- Prior art date
Links
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 229960000355 copper sulfate Drugs 0.000 claims abstract description 7
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 claims description 42
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 43
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- XNMARPWJSQWVGC-UHFFFAOYSA-N 2-[3-[11-[[5-(dimethylamino)naphthalen-1-yl]sulfonylamino]undecanoylamino]propoxy]-4-[(5,5,8,8-tetramethyl-6,7-dihydronaphthalene-2-carbonyl)amino]benzoic acid Chemical compound CC1(C)CCC(C)(C)C=2C1=CC(C(=O)NC=1C=C(C(=CC=1)C(O)=O)OCCCNC(=O)CCCCCCCCCCNS(=O)(=O)C1=C3C=CC=C(C3=CC=C1)N(C)C)=CC=2 XNMARPWJSQWVGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005592 electrolytic dissociation Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрохимии, в частности, к технологии катодной защиты стальных конструкций рабочего колеса с лопастями турбины гидроагрегата от коррозионных и кавитационных разрушений.The invention relates to the field of electrochemistry, in particular, to the technology of cathodic protection of steel structures of the impeller with turbine blades of a hydraulic unit from corrosion and cavitation damage.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) объем металлических конструкций значителен и требует большого внимания по текущему их содержанию для гарантированной безотказной работы турбины и основная доля - это антикоррозионная защита не только от кавитационной эрозии, но и электрохимической коррозии. Наиболее часто встречающимися капитальными работами на ГЭС являются мероприятия по ликвидации кавитационной эрозии на элементах проточной части (лопасти, поверхности камер рабочих колес, направляющий аппарат). Основные кавитационные разрушения рабочего колеса происходят на тыльных поверхностях лопастей. Поэтому вопросам практичности технологий по антикоррозионной защите необходимо придавать особое значение.At hydroelectric power plants (HPS), the volume of metal structures is significant and requires great attention to their current content for guaranteed trouble-free operation of the turbine and the main share is anticorrosion protection not only from cavitation erosion, but also electrochemical corrosion. The most common capital work at hydropower plants are measures to eliminate cavitation erosion on the elements of the flow part (blades, surfaces of the chambers of the impellers, guiding apparatus). The main cavitation destruction of the impeller occurs on the rear surfaces of the blades. Therefore, the practicality of anti-corrosion protection technologies must be given special importance.
На большинстве ГЭС наиболее применяемым и простым способом, является защита металлических конструкций от коррозионных и кавитационных разрушений путем нанесения на лопасти антикавитационных покрытий из специальной стали. Этот способ не гарантирует эффективную защиту металлических конструкций от кавитационной эрозии и электрохимической коррозии.At most hydropower plants, the most used and simplest method is to protect metal structures from corrosion and cavitation damage by applying anti-cavitation coatings of special steel to the blades. This method does not guarantee effective protection of metal structures from cavitation erosion and electrochemical corrosion.
Возникающие физические повреждения защитного слоя антикавитационной стали вследствие высокого давления воды, содержащей мелкие частицы песка, приводят к появлению в слое антикавитационной стали сквозных трещины, в которых образуются микропары. Такие микропары характеризуются разностью величин естественных стационарных потенциалов различных видов сталей, а именно материала стальных лопастей и антикавитационной стали покрытия. Кроме того, коррозионную ситуацию усугубляет скорость движения водного потока, в котором расположены лопасти. Увеличение скорости движения водного потока приводит к усилению подачи кислорода к корродирующему металлу, а следовательно, повышает скорость коррозии. В результате электрохимического и электромагнитного процессов происходит образование микроскопических газовых пузырьков кислорода и водорода. Увлекаемые потоком воды пузырьки схлопываются с большой скоростью, при этом высвобождается огромная энергия, которая разрушает стенку пузырька, т.е. молекулы воды. В результате разрушения молекулы воды происходит образование молекул водорода и кислорода, гидроокислов и других веществ. Атомарный кислород является основным окислителем, что способствует бурной ионообменной реакции с металлом, из которого изготовлены лопасти турбины.The resulting physical damage to the protective layer of anti-cavitation steel due to the high pressure of water containing fine particles of sand leads to the appearance of through cracks in the layer of anti-cavitation steel, in which micropairs form. Such micropairs are characterized by the difference in the values of the natural stationary potentials of various types of steels, namely, the material of steel blades and anti-cavitation coating steel. In addition, the corrosion situation is exacerbated by the speed of the water stream in which the blades are located. An increase in the speed of movement of the water stream leads to an increase in the supply of oxygen to the corroding metal, and therefore, increases the rate of corrosion. As a result of electrochemical and electromagnetic processes, microscopic gas bubbles of oxygen and hydrogen are formed. The bubbles carried away by the water flow collapse at a high speed, and huge energy is released that destroys the wall of the bubble, i.e. water molecules. As a result of the destruction of the water molecule, the formation of hydrogen and oxygen molecules, hydroxides and other substances. Atomic oxygen is the main oxidizing agent, which contributes to a violent ion-exchange reaction with the metal from which the turbine blades are made.
В России на Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 г. произошла индустриальная техногенная катастрофа, расследование причин аварии проводила комиссия Федеральной Службы по экологического, технологическому и атомному надзору. В акте комиссии (стр. 17) зафиксировано, что при капитальном ремонте рабочего колеса обнаружены кавитационные разрушения тыльной стороны лопастей в районе входной кромки глубиной до 12 мм и трещины в верхней части выходной кромки лопасти №1 длиной 130 мм, лопасти №7 - 100 мм. Трещины лопастей - зачищены, заварены электродами ЭА-395, зашлифованы по профилю. Такой метод локализации коррозионных трещин с электрохимической точки зрения является опасным для сооружения.In Russia, at the Sayano-Shushenskaya hydroelectric power station in August 2009, an industrial technological disaster occurred, the investigation of the causes of the accident was carried out by a commission of the Federal Service for Ecological, Technological and Nuclear Supervision. The commission act (p. 17) states that during overhaul of the impeller, cavitation fractures of the back side of the blades were found in the region of the input edge up to 12 mm deep and cracks in the upper part of the output edge of the blade No. 1 were 130 mm long, and the No. 7 blades were 100 mm . Cracks of the blades - cleaned, welded with EA-395 electrodes, polished along the profile. From an electrochemical point of view, this method of localizing corrosion cracks is dangerous for the structure.
Когда применяют метод зачистки и заварки трещин и каверн на поверхности металла, как это было сделано при капитальном ремонте на Саяно-Шушенской ГЭС, возникает разнородность металла. На поверхности разнородного металла появляется разница в величинах естественных стационарных электрохимических потенциалов. На таких участках поверхности металла величина естественного стационарного электрохимического потенциала, как правило, сдвигается в область более положительных значений относительно первичного естественного потенциала, так как в сварных швах присутствуют углеводородные примеси и при этом образуются коррозионные макропары, что является фактором развития коррозионного процесса.When the method of cleaning and welding cracks and cavities on the metal surface is used, as was done during the overhaul at the Sayano-Shushenskaya hydroelectric station, the heterogeneity of the metal occurs. On the surface of a dissimilar metal, a difference appears in the values of the natural stationary electrochemical potentials. In such areas of the metal surface, the value of the natural stationary electrochemical potential, as a rule, shifts to the region of more positive values relative to the primary natural potential, since hydrocarbon impurities are present in the welds and corrosion macropairs are formed, which is a factor in the development of the corrosion process.
Влияние движения воды на скорость коррозии сводится, с одной стороны, к увеличению толщины слоя, в котором перенос кислорода осуществляется путем турбулентной диффузии, и соответственному уменьшению толщины слоя, в котором перенос кислорода осуществляется путем молекулярной диффузии. При отсутствии движения воды толщина диффузионного пограничного слоя составляет 300-500 мкм. Движение воды приводит к его уменьшению до 10 мкм и менее. С другой стороны, движение воды влияет на толщину слоя продуктов коррозии, остающегося на металле, что также влияет на условия доставки кислорода к металлу. Кислород в процессе коррозии выполняет двоякую функцию. С одной стороны, он является активным деполяризатором и ускоряет процесс коррозии, с другой стороны, - участвует в окислении Fe(ОН)2, способствует образованию защитной пленки Fe(ОН)3 на аноде, т.е. замедлению коррозии. Величина электродного потенциала, возникающего на поверхности металла, контактирующего с водой, зависит от концентрации кислорода. Та часть поверхности, к которой приток кислорода больше, становится более пассивной, потенциал ее выше, а значит, она будет работать как катод. Участок с более слабой аэрацией станет анодным. На поверхности металла в результате различия степени аэрации возникают электрохимические пары, или пары дифференциальной аэрации. Разница в электродных потенциалах таких пар может составлять всего несколько милливольт, однако коррозия, вызываемая ими, не меньше, а даже больше, чем от обычных электрохимических пар.The effect of water movement on the corrosion rate is reduced, on the one hand, to an increase in the thickness of the layer in which oxygen is transported by turbulent diffusion, and a corresponding decrease in the thickness of the layer in which oxygen is transported by molecular diffusion. In the absence of water movement, the thickness of the diffusion boundary layer is 300-500 microns. The movement of water leads to its decrease to 10 microns or less. On the other hand, the movement of water affects the thickness of the layer of corrosion products remaining on the metal, which also affects the conditions for the delivery of oxygen to the metal. Oxygen in the corrosion process has a dual function. On the one hand, it is an active depolarizer and accelerates the corrosion process, on the other hand, it participates in the oxidation of Fe (OH) 2 , promotes the formation of a protective film of Fe (OH) 3 on the anode, i.e. slowing down corrosion. The magnitude of the electrode potential arising on the surface of a metal in contact with water depends on the concentration of oxygen. The part of the surface to which the oxygen supply is greater becomes more passive, its potential is higher, which means that it will work as a cathode. A site with weaker aeration will become anode. On the surface of the metal as a result of differences in the degree of aeration, electrochemical vapors, or pairs of differential aeration, arise. The difference in electrode potentials of such pairs can be only a few millivolts, however, the corrosion caused by them is not less, but even more than from ordinary electrochemical pairs.
Исключение процессов электрохимической коррозии в микро- и макропарах осуществляется посредством применения электрохимической защиты. В некоторых случаях, на небольших участках используют способ протекторной защиты путем нанесения на поверхность сооружения металла, у которого естественный электрохимический потенциал более отрицательный (алюминий, цинк) относительно естественного электрохимического потенциала стали. Протекторная защита носит локальный характер, так как протекторный металл быстрее растворяется в электролите по сравнению с металлом защищаемого сооружения, а наведенный защитный потенциал имеет небольшую величину и недостаточен для локализации электрохимической коррозии при кавитационных процессах.The exclusion of processes of electrochemical corrosion in micro- and macropairs is carried out through the use of electrochemical protection. In some cases, in small areas, a tread protection method is used by applying metal to the surface of the structure, in which the natural electrochemical potential is more negative (aluminum, zinc) relative to the natural electrochemical potential of steel. The tread protection is local in nature, since the tread metal dissolves faster in the electrolyte compared to the metal of the protected structure, and the induced protective potential is small and insufficient to localize electrochemical corrosion during cavitation processes.
Известен способ катодной защиты от коррозии механического оборудования и металлических конструкций гидросооружений, эксплуатируемых в пресной и морской воде и в грунте, который описан в ведомственном документе № ВСН 39-84 «Катодная защита от коррозии оборудования и металлических конструкций гидротехнических сооружений», разработанном ВНИИГом им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР, утверждены протоколом Главниипроекта Минэнерго СССР №44 от 26 сентября 1984 г. Данный ведомственный документ рассматривает катодную защиту плоских затворов любого назначения, сороудерживающих решеток, сегментных затворов, ворот шлюзов, металлических диафрагм и экранов грунтовых плотин, стенок из металлического шпунта и других металлоконструкций гидросооружений, поверхность которых может быть аппроксимирована плоскостью. Технологии защиты конструктивных элементов рабочего колеса и лопастей турбины от электрохимической коррозии и кавитационной эрозии в данном регламенте не описаны, также не рассматриваются вопросы совместной защиты смежных конструктивных элементов и мероприятий по исключению возможного вредного влияния катодной защиты защищаемых перечисленных выше элементов механического оборудования и металлических конструкций гидросооружения на смежные незащищенные конструктивные элементы рабочего колеса и лопасти турбины.There is a method of cathodic protection against corrosion of mechanical equipment and metal structures of hydraulic structures operated in fresh and sea water and in soil, which is described in departmental document No. BCH 39-84 "Cathodic protection against corrosion of equipment and metal structures of hydraulic structures" developed by VNIIG them. B.E. Vedeneeva of the USSR Ministry of Energy, approved by Minutes of the Ministry of Energy of the USSR No. 44 of September 26, 1984. This departmental document considers the cathodic protection of flat gates for any purpose, trash gates, segment gates, gate gates, metal diaphragms and screens of soil dams, walls made of metal sheet piling and other metal structures of hydraulic structures, the surface of which can be approximated by a plane. Technologies for the protection of structural elements of the impeller and turbine blades from electrochemical corrosion and cavitation erosion are not described in this regulation, nor are issues of joint protection of related structural elements and measures to eliminate the possible harmful effects of the cathodic protection of the above-listed elements of mechanical equipment and metal structures of hydraulic structures on adjacent unprotected structural elements of the impeller and turbine blades.
Наиболее близко к известному способу защиты были проведены эксперименты на Волжской ГЭС им. В.И. Ленина, по устройству катодной защиты в проточной части турбины в комбинации с протекторным покрытием цинковой краской. При ремонте одной из турбин было установлено, что за три года кавитация «съела» на лопастях 243 кг специальной антикавитационной стали. Используя медный пояс и подключив ток низкого напряжения, превратили турбину в своеобразный гальванический элемент, в результате чего ионообменная реакция шла между водой и медным поясом, не разрушая лопасти турбины. При следующем ремонте через три года выяснилось, что процесс кавитации уменьшился в 40 раз, разрушение металла составило 7,3 кг. Данный способ позволил сократить скорость коррозии, но не обеспечил исключение вероятности ее возникновения. По ряду организационных и технических трудностей, внедрение защиты по этому способу было прекращено (публикация В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон. «Гидроэлектростанции», Красноярск, 2002 г.).The closest to the known method of protection were experiments at the Volga hydroelectric station named after IN AND. Lenin, on the cathodic protection device in the flow part of the turbine in combination with a tread coating with zinc paint. When repairing one of the turbines, it was found that for three years, cavitation “ate” 243 kg of special anti-cavitation steel on the blades. Using a copper belt and connecting a low voltage current, they turned the turbine into a kind of galvanic cell, as a result of which the ion-exchange reaction took place between water and the copper belt without destroying the turbine blades. At the next repair, after three years, it turned out that the cavitation process decreased by 40 times, the destruction of the metal was 7.3 kg. This method allowed to reduce the corrosion rate, but did not provide an exception to the probability of its occurrence. For a number of organizational and technical difficulties, the introduction of protection by this method was discontinued (publication by V. I. Bryzgalov, L. A. Gordon. Hydroelectric Power Plants, Krasnoyarsk, 2002).
Недостатком способа, примененного на Волжской ГЭС им. В.И. Ленина, является следующее. До конечного результата не были доведены исследования по оптимальному размещению анодов по отношению к защищаемому сооружению, имело место коррозионное разрушение отдельных элементов в проточной части турбины и пазовых конструкций сороудерживающих решеток. Это свидетельствует о том, что отсутствовали мероприятия по исключению возможного вредного влияния катодной защиты на смежные конструктивные элементы. Не был разработан рабочий проект по установке элементов катодной защиты (катодный преобразователь, контактное устройство, анодные электроды), отсутствовал расчет относительно выходных параметров катодного преобразователя, сопротивление растеканию анодов, не определена величина эффективного защитного потенциала защищаемого сооружения.The disadvantage of the method applied at the Volga hydroelectric station them. IN AND. Lenin, is the following. Studies on the optimal placement of the anodes with respect to the protected structure were not brought to the final result, there was a corrosion failure of individual elements in the flow part of the turbine and groove structures of the trash grids. This indicates that there were no measures to eliminate the possible harmful effects of cathodic protection on adjacent structural elements. A detailed project for the installation of cathodic protection elements (cathode converter, contact device, anode electrodes) was not developed, there was no calculation regarding the output parameters of the cathode converter, resistance to spreading of the anodes, and the value of the effective protective potential of the protected structure was not determined.
Наиболее близким аналогом предложенного способа является способ защиты элементов конструкций гидроагрегатов, например лопастей гребных винтов и колес камер гидротурбин, от коррозионно-кавитационных разрушений (патент SU 164181 А, опубл. 29.10.1965 г.), включающий катодную поляризацию от внешнего источника постоянного тока - катодную защиту и протекторную защиту. При этом в камере турбины располагают несколько анодов, соединенных с положительным зажимом катодной установки, представленной в виде двух селеновых выпрямителей, а с отрицательным зажимом соединен корпус турбины, причем катодную поляризацию осуществляют наложением тока плотностью 0,1 А/м2, а на валу устанавливают щетку, замыкающую электрическую цепь между корпусом турбины и валом.The closest analogue of the proposed method is a method of protecting structural elements of hydraulic units, for example, propeller blades and wheels of turbine chambers, from corrosion-cavitation damage (patent SU 164181 A, publ. 10.29.1965), including cathodic polarization from an external direct current source - cathodic protection and tread protection. At the same time, several anodes are placed in the turbine chamber, connected to the positive clamp of the cathode installation, which is presented in the form of two selenium rectifiers, and the turbine housing is connected to the negative clamp, moreover, the cathodic polarization is carried out by applying a current density of 0.1 A / m 2 , and set on the shaft a brush that closes the electrical circuit between the turbine housing and the shaft.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе нет описания из какого материала выполнены аноды, их размещение внутри камеры, где очень большое давление, большие физические нагрузки на протекторную защиту, а именно на цинковую краску, отсутствие определения эффективности катодной защиты относительно величины суммарного электропотенциала, так как плотность тока не является показателем эффективности защиты в соответствии с действующими техническими регламентами в области защиты от коррозии, где эффективность определяют по суммарному, либо поляризационному электропотенциалу. Не предусмотрено снятие вредного влияния от катодной поляризации на смежные стальные сооружения и стальные узлы гидроагрегата, так как в действующих нормативно-технических актах выполнение требования по снятию вредного влияния является обязательным для исключения разрушения этих элементов.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that in the known method there is no description of what material the anodes are made of, their placement inside the chamber, where there is very high pressure, great physical stress on the tread protection, namely zinc paint, the lack of determining the effectiveness of cathodic protection relative to the value of the total electric potential, since the current density is not an indicator of the effectiveness of protection in accordance with relevant technical regulations in the field of corrosion protection, where the effectiveness is determined by the total or polarization electric potential. It is not envisaged to remove the harmful effects of cathodic polarization on adjacent steel structures and steel units of the hydraulic unit, since the current regulatory and technical acts fulfill the requirement to remove harmful effects is mandatory to exclude the destruction of these elements.
В основу изобретения положена задача создания способа катодной защиты, лишенного вышеизложенных недостатков, и в котором обеспечивается эффективная защита от коррозионных и кавитационных разрушений рабочего колеса с лопастями турбины гидроагрегата и осуществляется контроль за эффективностью катодной защиты.The basis of the invention is the creation of a method of cathodic protection, devoid of the above disadvantages, and which provides effective protection against corrosion and cavitation destruction of the impeller with the turbine blades of the hydraulic unit and monitors the effectiveness of cathodic protection.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ защиты элементов конструкций гидроагрегатов, например лопастей гребных винтов и колес камер гидротурбин, от коррозионно-кавитационных разрушений, заключающемся в применении протекторной защиты путем нанесения цинковой краски, и катодной защиты путем наложения тока плотностью 0,1 А/м2 с применением внешнего источника постоянного тока и анодов, расположенных в камере турбины, вводятся существенные отличительные признаки, а именно нанесение стального покрытия из антикавитационной стали на защищаемые элементы турбины и их катодную защиту при величине суммарного защитного потенциала в пределах от (-1,5 В) до (-2,5 В) относительно медно-сульфатного электрода сравнения посредством электрохимической системы, состоящей из внешнего источника постоянного тока и углеграфитовых анодных электродов, размещенных и закрепленных в бетонном колодце в воде на расстоянии 400-500 м от турбины гидроагрегата в береговой зоне, или размещенных в подвесной конструкции на столбах в воде на расстоянии 400-500 м от турбины гидроагрегата в береговой зоне, или размещенных в воде с использованием подвесной конструкции, закрепленной на стене здания, в котором расположен гидроагрегат, на расстоянии 25-30 м от сливного узла гидроагрегата, при этом осуществляют одновременное снятие вредного влияния от катодной поляризации на смежные конструктивные элементы гидроагрегата и смежные сооружения.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of protecting structural elements of hydraulic units, for example, propeller blades and wheels of turbine chambers, from corrosion-cavitation damage, which involves the use of tread protection by applying zinc paint, and cathodic protection by applying a current density of 0.1 a / m 2 using an external source of DC and anodes arranged in a turbine chamber, are introduced essential features, namely applying a coating of the steel en of cavitation steel to the protected elements of the turbine and their cathodic protection with the value of the total protective potential ranging from (-1.5 V) to (-2.5 V) relative to the copper-sulfate reference electrode by means of an electrochemical system consisting of an external DC source and carbon-graphite anode electrodes placed and fixed in a concrete well in water at a distance of 400-500 m from the hydroelectric turbine in the coastal zone, or placed in a suspended structure on poles in water at a distance of 400-500 m from the hydroelectric turbine a gata in the coastal zone, or placed in water using a suspension structure mounted on the wall of the building in which the hydraulic unit is located, at a distance of 25-30 m from the drain unit of the hydraulic unit, while simultaneously removing the harmful effects of cathodic polarization on adjacent structural elements of the hydraulic unit and related facilities.
Величина защитного суммарного потенциала на лопастях рабочего колеса турбины обусловлена не только высокой коррозионностью водного электролита, но и кавитационными процессами. Электрохимический суммарный защитный потенциал для действующих сооружений определять согласно действующего Межгосударственного стандарта «Единая система защиты от коррозии и старения» ГОСТ 9.602-2005. Для вновь проектируемых, модернизируемых и требующих капитального ремонта защитный потенциал определять по величине поляризационного потенциала.The value of the protective total potential on the blades of the turbine impeller is due not only to the high corrosivity of the aqueous electrolyte, but also to cavitation processes. The electrochemical total protective potential for existing facilities should be determined in accordance with the current Interstate standard “Unified system of protection against corrosion and aging” GOST 9.602-2005. For newly designed, modernized and requiring major repairs, the protective potential is determined by the value of the polarization potential.
Межгосударственный стандарт «Единая система защиты от коррозии и старения» ГОСТ 9.602-2005 определяет эффективность катодной защиты по величине защитного потенциала таким образом, чтобы поляризационные потенциалы металла относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения находились между минимальным и максимальным значениями в соответствии с таблицей.Interstate standard “Unified system of corrosion and aging protection” GOST 9.602-2005 determines the effectiveness of cathodic protection by the value of the protective potential so that the polarization potentials of the metal relative to the saturated copper-sulfate reference electrode are between the minimum and maximum values in accordance with the table.
Контроль защищенности по величине поляризационного потенциала более точен, чем по величине суммарного потенциала. Рабочим проектом защиты должно быть определено, по какому параметру будет осуществляться определение эффективности защиты сооружения, в связи с этим также следует выбрать различные виды контрольно-измерительных пунктов, применяемых соответственно для измерения величины поляризационного либо суммарного потенциалов.Security control by the magnitude of the polarization potential is more accurate than by the magnitude of the total potential. The working protection project should determine what parameter will determine the effectiveness of the protection of the structure, in connection with this, it is also necessary to choose various types of control and measuring points used respectively to measure the magnitude of the polarization or total potentials.
Метод катодной защиты предусматривает смещение потенциала металла с помощью внешнего источника тока для значений, соответствующих защитным потенциалам, т.е. таким, при которых скорость растворения не превышает некоторой заданной величины.The cathodic protection method involves displacing the metal potential using an external current source for values corresponding to protective potentials, i.e. such that the dissolution rate does not exceed a predetermined value.
При катодной поляризации на катод поступают свободные электроны, которые выходят на поверхность металла и, соединяясь с водой, происходит электролитическая диссоциация воды:During cathodic polarization, free electrons arrive at the cathode, which exit onto the metal surface and, when combined with water, electrolytic dissociation of water occurs:
В воде, не содержащей кислород, коррозия протекает следующим образом: ион-атомы железа переходят в раствор, в результате чего на аноде происходит потеря металла, а его поверхность приобретает отрицательный заряд. Электроды от анода движутся к аноду. В воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисные ионы ОН-, появляющиеся в результате диссоциации воды. Ионы железа, которые перешли в раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа. Водородные катионы соединяются с электронами, и на катоде выделяется атомарный водород.In oxygen-free water, corrosion proceeds as follows: iron ion-atoms pass into solution, resulting in the loss of metal at the anode, and its surface acquires a negative charge. The electrodes from the anode move to the anode. In water, the current carriers are hydrogen ions H + and hydroxide ions OH–, which appear as a result of dissociation of water. The iron ions that have passed into the solution combine with hydroxide anions to form a poorly soluble iron oxide hydrate. Hydrogen cations combine with electrons, and atomic hydrogen is released at the cathode.
Он образует на поверхности металла защитный слой, уменьшающий скорость коррозии стали (водородная деполяризация). В некоторых случаях атомарный водород соединяется в молекулы газа. Пузырьки водорода растут и отрываются от электрода, как только достигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. В этом случае эффект защитного слоя исчезает.It forms a protective layer on the metal surface, which reduces the corrosion rate of steel (hydrogen depolarization). In some cases, atomic hydrogen combines into gas molecules. Bubbles of hydrogen grow and break away from the electrode as soon as they reach such a magnitude as to overcome surface tension. In this case, the effect of the protective layer disappears.
Это приводит к двум факторам:This leads to two factors:
1. При катодной поляризации па поверхности металла образуется отрицательный катодный потенциал, который отталкивает отрицательно заряженные ионы гидрата (ОН) от поверхности металла, тем самым затормаживается скорость коррозионного процесса.1. During cathodic polarization on the metal surface, a negative cathodic potential is formed, which repels negatively charged hydrate ions (OH) from the metal surface, thereby inhibiting the speed of the corrosion process.
2. При кавитации образуется атомарный кислород, который способствует коррозии лопастей.2. At cavitation atomic oxygen is formed, which contributes to the corrosion of the blades.
Водород, образовавшийся при диэлектрической диссоциации воды, вступает в реакцию с атомарным кислородом, который образовался в результате кавитации около поверхности лопастей турбины. Когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозионный процесс происходит следующим образом:Hydrogen formed during the dielectric dissociation of water reacts with atomic oxygen, which is formed as a result of cavitation near the surface of the turbine blades. When steel comes into contact with oxygen-containing water, the corrosion process proceeds as follows:
Водород, образовавшийся при диэлектрической диссоциации воды, вследствие катодной поляризации связывает кислород, содержащийся в воде.Hydrogen formed during dielectric dissociation of water, due to cathodic polarization, binds oxygen contained in water.
Содержащийся в воде кислород связывает водород, образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация), а двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное.Oxygen contained in water binds hydrogen, forming a protective layer on the surface of iron (oxygen depolarization), and ferrous iron undergoes oxidation to ferric.
Катодную поляризацию защищаемого металлического конструктивного узла осуществляют так, чтобы она не влияла на смежные конструктивные элементы, которые не имеют общей электрической цепи с защищаемыми лопатками рабочего колеса, но которые имеют электролитическую связь, так как могут находиться в общем электролите с защищаемым сооружением, например подводящие стальные водоводы, стальные узлы гидроагрегата или железобетонные конструкции плотины. Если при осуществлении катодной поляризации возникает вредное влияние на соседние конструкции, необходимо принять меры по устранению вредного влияния. При этом следует учитывать, что вредным влиянием катодной поляризации на соседние конструкции считается уменьшение по абсолютной величине минимального или увеличение по абсолютной величине максимального защитного потенциала на соседних металлических конструкциях, имеющих электрохимическую защиту. Так для железобетонных конструкций от коррозии применяется МежгосударственныйThe cathodic polarization of the protected metal structural unit is carried out so that it does not affect adjacent structural elements that do not have a common electrical circuit with protected impeller blades, but which have an electrolytic connection, since they can be in a common electrolyte with the protected structure, for example, steel feed water conduits, steel units of a hydraulic unit or reinforced concrete dam structures. If during the implementation of cathodic polarization a harmful effect arises on adjacent structures, measures must be taken to eliminate the harmful effect. It should be borne in mind that a harmful effect of cathodic polarization on neighboring structures is considered to be a decrease in absolute value of the minimum or an increase in absolute value of the maximum protective potential on adjacent metal structures having electrochemical protection. So for reinforced concrete structures from corrosion, the Interstate
1010
стандарт ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии», для стальных водоводов - Межгосударственный стандарт «Единая система защиты от коррозии и старения» ГОСТ 9.602-2005.GOST 31384-2008 standard “Protection of concrete and reinforced concrete structures against corrosion”, for steel water pipes - Interstate standard “Unified system of protection against corrosion and aging” GOST 9.602-2005.
При выполнении рабочего проекта защиты определить возможное вредное влияние на смежные конструктивные узлы, на которых также должны быть установлены контрольно-измерительные пункты. При проведении пуско-наладочных работ системы защиты произвести измерения электрохимического суммарного (поляризационного) потенциала с определением наличия или отсутствия вредного влияния от катодной поляризации. В случае обнаружения вредного влияния от катодной поляризации, на смежных конструктивных элементах установить контактные устройства и подключить рассматриваемые элементы в систему защиты через регулируемый диодно-резисторный блок к отрицательному полюсу катодного преобразователя.When carrying out a detailed protection project, determine the possible harmful effect on adjacent structural units, on which control and measuring points should also be installed. During the commissioning of the protection system, to measure the total electrochemical (polarization) potential with the determination of the presence or absence of harmful effects from cathodic polarization. In case of detection of harmful effects from cathodic polarization, install contact devices on adjacent structural elements and connect the elements in question to the protection system through an adjustable diode-resistor block to the negative pole of the cathode converter.
Применение способа катодной защиты рабочего колеса с лопастями турбины гидроагрегата от коррозионных и кавитационных разрушений обеспечивает постоянную, в пределах проектного срока эксплуатации применяемой системы катодной защиты, сохранность стальных элементов от коррозионных и кавитационных разрушений, исключаются риски разбалансировки вращения турбины из-за изменения целостности лопастей по причине возникновения на поверхности лопастей кавитационных трещин, предоставляется возможность осуществления контроля за эффективностью применения катодной поляризации путем периодического измерения величины защитного потенциала. Превышение критериев защищенности путем поддержания более отрицательного потенциала может привести к непроизводительному расходу электроэнергии и неэффективности катодной защиты. Для оценки условий достижения эффективной катодной защиты следует учитывать четыре критерия:The application of the cathodic protection method for the impeller with turbine blades of a hydraulic unit against corrosion and cavitation damage ensures constant, within the design life of the applied cathodic protection system, safety of steel elements from corrosion and cavitation damage, the risks of unbalancing the rotation of the turbine due to changes in the integrity of the blades due to occurrence of cavitation cracks on the surface of the blades, it is possible to monitor the efficiency Strongly applying cathodic polarization by periodically measuring the protective potential. Exceeding the security criteria by maintaining a more negative potential can lead to unproductive energy consumption and inefficiency of cathodic protection. To assess the conditions for achieving effective cathodic protection, four criteria should be considered:
1. Максимально возможное уменьшение скорости коррозии стали достигается при потенциалах, не превышающих величины равновесного (обратимого) потенциала для реакции окисления металла. Этот критерий для стали предполагает определение абсолютного значения обратимого потенциала для анодной реакции.1. The maximum possible decrease in the corrosion rate of steel is achieved at potentials not exceeding the equilibrium (reversible) potential for the metal oxidation reaction. This criterion for steel involves determining the absolute value of the reversible potential for the anode reaction.
Наибольшее распространение получило уравнение, описывающее величину защитного потенциала:The most widely used equation that describes the value of the protective potential:
φзащ=-(0,05+0,059 pH) φpr = - (0.05 + 0.059 pH)
где φзащ.- минимальный защитный потенциал: pH-гидратообразование.where φ def. - minimum protective potential: pH hydrate formation.
Это уравнение представляет собой преобразованное, с учетом произведения растворимости Fe(OH)2, уравнение Нерста для равновесного потенциала реакции
2. Уменьшение скорости коррозии до технически допустимой величины достигается, если минимальное смещение потенциала при катодной поляризации относительно потенциала при катодной поляризации относительно потенциала коррозии стали составляет 300 мВ.2. A decrease in the corrosion rate to a technically permissible value is achieved if the minimum potential shift at cathodic polarization relative to the potential at cathodic polarization relative to the corrosion potential of steel is 300 mV.
3. Уменьшение скорости коррозии до технически допустимой величины достигается, если величина смещения между потенциалом коррозии стали и потенциалом, измеренным в первоначальный момент после отключения катодной защиты, составляет не менее 100 мВ. При этом следует учитывать, что это смещение не включает омического падения напряжения IR.3. A decrease in the corrosion rate to a technically permissible value is achieved if the displacement between the corrosion potential of steel and the potential measured at the initial moment after the cathodic protection is turned off is at least 100 mV. It should be borne in mind that this bias does not include the ohmic voltage drop IR.
4. Через границу раздела металл-среда должен протекать ток, обеспечивающий необходимую величину защитной плотности тока, при которой скорость коррозии стали уменьшается до технически допустимого предела измерения величины защитного электропотенциала на защищаемом сооружении.4. A current must flow through the metal-medium interface, providing the required value of the protective current density at which the corrosion rate of steel decreases to the technically permissible limit of measuring the value of the protective electric potential at the protected structure.
Способ катодной защиты рабочего колеса с лопастями турбины гидроагрегата осуществляется посредством использования элементов электрохимической защиты, которая используется в настоящее время для защиты от электрохимической коррозии стальных подземных трубопроводов, находящихся в грунтовом электролите, и гидротехнических сооружений, находящихся в водном электролите.The method of cathodic protection of the impeller with the blades of a turbine of a hydraulic unit is carried out by using electrochemical protection elements, which is currently used to protect against underground electrochemical corrosion of steel underground pipelines located in a ground electrolyte and hydraulic structures located in an aqueous electrolyte.
Для катодной поляризации применяется электрохимическая система, которая состоит из катодной преобразователя 1, включенного в электрическую цепь соединительным дренажным кабелем 2 через контактное устройство 6 соединительным кабелем 7 с анодными электродами 3 и соединительным дренажным кабелем 2 через контактное устройство 16, расположенное на корпусе турбины с рабочим колесом с лопастями турбины 17. Катодный преобразователь 1 представляет собой внешнее устройство, преобразующее переменный ток частотой 50 Гц в постоянный с регулируемыми параметрами, необходимыми для катодной защиты. Для обеспечения прямой электрической связи катодного преобразователя 1 и лопастей рабочего колеса турбины 17 от отрицательного полюса катодного преобразователя проложить кабель до контактного устройства 16, расположенного на корпусе турбины, между корпусом турбины и валом рабочего колеса установить щеточный механизм, замыкающий электрическую цепь для обеспечения катодной поляризацией защищаемого объекта. Соединительный дренажный кабель 2 от положительного полюса катодного преобразователя 1 присоединить к анодным электродам 3. Соединительный дренажный кабель 2 выбирать методом расчета относительно выходных параметров катодного преобразователя при выполнении проекта защиты.For cathodic polarization, an electrochemical system is used, which consists of a
Катодная защита рабочего колеса турбины будет эффективной при величине суммарного потенциала в пределах от (-1,5 В) до (-2,5 В). Величина защитного суммарного потенциала на лопастях рабочего колеса турбины обусловлена не только высокой коррозионностью водного электролита, но и кавитационными процессами. Электрохимический суммарный защитный потенциал определять относительно медно-сульфатного электрода сравнения.The cathodic protection of the turbine impeller will be effective when the total potential value is in the range from (-1.5 V) to (-2.5 V). The value of the protective total potential on the blades of the turbine impeller is due not only to the high corrosivity of the aqueous electrolyte, but also to cavitation processes. The electrochemical total protective potential is determined relative to the copper-sulfate reference electrode.
Основными параметрами, определяющими эффективность действия анодных электродов, является: сопротивление растеканию и стабильность его во времени, растворимость под действием анодного тока, величина площади, занимаемая электродами и стоимость. Для получения эффективной катодной защиты рабочего колеса и лопастей турбины необходимо выполнить электрические перемычки для уравнивания электрохимических потенциалов на всех конструктивных узлах рабочего колеса.The main parameters that determine the effectiveness of the anode electrodes are: resistance to spreading and its stability over time, solubility under the influence of the anode current, the size of the area occupied by the electrodes and cost. To obtain effective cathodic protection of the impeller and turbine blades, it is necessary to make electrical jumpers to equalize the electrochemical potentials on all structural components of the impeller.
Для электрохимической защиты лопастей и рабочего колеса гидротурбины выполнить конкретный проект защиты одновременно с разработкой проекта гидротурбины.For the electrochemical protection of the blades and the impeller of a hydraulic turbine, carry out a specific protection project simultaneously with the development of a design of a hydraulic turbine.
Место расположения контура анодных электродов определить по рабочему проекту защиты в ситуационном плане. В зависимости от ситуационного плана возможно расположение анодных электродов в следующих вариантах:The location of the contour of the anode electrodes is determined by the working draft protection in the situational plan. Depending on the situational plan, the location of the anode electrodes in the following options is possible:
1. В подвесной конструкции на столбах.1. In a suspended structure on poles.
Схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в подвесной конструкции на столбах представлена на фиг. 2.The connection diagram of the structural elements and the location of the anode electrodes in the suspension structure on the posts is shown in FIG. 2.
Анодные электроды 3 разместить с применением диэлектрических прокладок 5 в подвесной конструкции 4, представляющей собой каркас из металлической сетки, закрепленной на бетонных столбах 8, установленных в воде в береговой зоне на расстоянии 400-500 метров от защищаемого узла. Соединительный дренажный кабель 7 для электрического соединения анодных электродов 3 с дренажным соединительным кабелем 2 проложить через контактное устройство 6 в стальной трубе 13. Контактное устройство 6 установить на стальной трубе 13, диаметром не менее 250 мм2, закрепленной на верхней части каркаса подвесной конструкции 4.Place the
2. В подвесной конструкции, закрепленной на стене плотины.2. In a suspended structure mounted on a dam wall.
Схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в подвесной конструкции на стене плотины представлена на фиг. 3.The connection diagram of the structural elements and the location of the anode electrodes in the suspension structure on the dam wall is shown in FIG. 3.
Анодные электроды 3 разместить с применением диэлектрических прокладок 5 в подвесной конструкции 4, представляющей собой каркас из металлической сетки, закрепленной на стене плотины 15 креплением 14 на расстоянии 25-50 метров от сливного узла, где расположено рабочее колесо. Соединительный дренажный кабель 7 для электрического соединения анодных электродов 3 с дренажным соединительным кабелем 2 проложить через контактное устройство 6 в стальной трубе 13. Контактное устройство 6 установить на стальной трубе 13, диаметром не менее 250 мм2, закрепленной на верхней части подвесной конструкции 4.Place the
3. В бетонном колодце.3. In a concrete well.
Схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в бетонном колодце представлена на фиг. 4.The connection diagram of the structural elements and the location of the anode electrodes in the concrete well is shown in FIG. four.
Анодные электроды 3 разместить в бетонном колодце 9, установленном непосредственно в воде в береговой зоне на расстоянии 400-500 метров от защищаемого узла. Анодные электроды 3 крепятся в бетонном колодце 9 креплением 11 с применением диэлектрических прокладок 5. Соединительный дренажный кабель 7 для электрического соединения анодных электродов 3 с соединительным дренажным кабелем 2 проложить через контактное устройство 6 в стальной трубе 13. Контактное устройство 6 установить на стальной трубе 13, диаметром не менее 250 мм2, закрепленной на верхней части бетонного колодца 9. Для чистоты водного электролита в непосредственной близости к анодным электродам в стенках бетонного колодца расположены сетчатые отверстия 10. Бетонный колодец закрывается люком 12, который позволяет производить капитальный ремонт анодного заземления по истечении проектного срока эксплуатации.Place the
Анодные электроды не должны иметь электрической связи с металлическими конструкциями крепежных элементов, для исключения электрической связи применяются диэлектрические прокладки 5.Anode electrodes should not have electrical connection with the metal structures of the fasteners,
Режимами работы катодной защиты рабочего колеса с лопастями турбины являются выходное напряжение и выходной ток катодного преобразователя, сопротивление растеканию тока анодных электродов, величина защитного суммарного потенциала в точке подключения катодного преобразователя к защищаемому сооружению. Катодная защита рабочего колеса с лопастями турбины будет эффективной при величине защитного суммарного потенциала в пределах от (-1,5 В) до (-2,5 В). Величина защитного суммарного потенциала на лопастях рабочего колеса турбины обусловлена не только высокой коррозионностью водного электролита, но и кавитационными процессами. Электрохимический суммарный защитный потенциал следует определять относительно медно-сульфатного электрода сравнения. Расчет анодных электродов системы катодной защиты производят], исходя из тока катодной защиты и удельного сопротивления водного электролита. Характеристики водного электролита вместе с типом, размерами и количеством анодных электродов определяют сопротивление растеканию тока анодных электродов, а сила тока и характеристики самих электродов - срок его службы.The operating modes of the cathodic protection of the impeller with the turbine blades are the output voltage and output current of the cathode converter, the resistance to spreading current of the anode electrodes, the value of the protective total potential at the point of connection of the cathode converter to the protected structure. The cathodic protection of the impeller with the turbine blades will be effective when the value of the protective total potential in the range from (-1.5 V) to (-2.5 V). The value of the protective total potential on the blades of the turbine impeller is due not only to the high corrosivity of the aqueous electrolyte, but also to cavitation processes. The total electrochemical protective potential should be determined relative to the copper-sulfate reference electrode. Calculation of the anode electrodes of the cathodic protection system is made] based on the cathodic protection current and the specific resistance of the aqueous electrolyte. The characteristics of the aqueous electrolyte together with the type, size and number of anode electrodes determine the resistance to current spreading of the anode electrodes, and the current strength and characteristics of the electrodes themselves determine its service life.
Для расчета выходных параметров катодного преобразователя и необходимого количества анодных электродов применять порядок № ВСН 39-84 «Катодная защита от коррозии оборудования и металлических конструкций гидротехнических сооружений».To calculate the output parameters of the cathode converter and the required number of anode electrodes, apply procedure number VSN 39-84 “Cathodic protection against corrosion of equipment and metal structures of hydraulic structures”.
К анодным электродам предъявляется ряд требований, а именно: материал анодов должен иметь достаточную стойкость к электролитическому растворению, обеспечивать стабильную работу электрода в течение всего периода эксплуатации катодной защиты, иметь низкое значение удельного электрического сопротивления, быть дешевым и недефицитным. Технология изготовления должна быть простой, конструкция анодов должна обеспечивать простоту монтажа и надежность электрических соединений. Для этих целей предлагается использовать электроды из углеграфитовых труб. Электроды из углеграфита отличаются высокой стойкостью, которая в 10-15 раз выше чем у стальных электродов. Особенно хорошо эти электроды работаю в водной среде. Водная среда (электролит) снижает плотность тока, стекающего непосредственно с углеграфитового электрода, при этом электронная проводимость тем выше, чем выше плотность электролита. Графит разрушается кислородом, выделяющимся в результате электролиза воды, окружающего анод. Поэтому считается, что при плотности тока более 0,83 А/дм. кв. разрушение графитового электрода возрастает непропорционально росту тока, т.е. на каждую единицу прироста тока приходится большая масса растворимого графита. Величина необходимого защитного потенциала определяется природой металла, особенностями его коррозионно-электрохимического поведения в конкретных условиях протекания коррозионного процесса. Ограничение области наиболее отрицательных допустимых защитных потенциалов может быть вызвано необходимостью предотвращения разрушения изолирующих покрытий, которое может происходить при катодной поляризации под воздействием выделяющегося газообразного водорода, подщелачивания приэлектродного слоя и т.п. Таким образом, при катодной защите потенциал должен поддерживаться в определенной области значений минимальных и максимальных защитных потенциалов, обеспечивающих необходимую защиту металлов от коррозии.A number of requirements are imposed on the anode electrodes, namely: the material of the anodes must have sufficient resistance to electrolytic dissolution, ensure stable operation of the electrode throughout the entire period of operation of the cathodic protection, have a low value of electrical resistivity, be cheap and not deficient. The manufacturing technology should be simple, the design of the anodes should ensure ease of installation and reliability of electrical connections. For these purposes, it is proposed to use electrodes made of carbon-graphite pipes. Carbon graphite electrodes are characterized by high resistance, which is 10-15 times higher than that of steel electrodes. These electrodes work especially well in the aquatic environment. The aqueous medium (electrolyte) reduces the density of the current flowing directly from the carbon graphite electrode, while the electronic conductivity is higher, the higher the density of the electrolyte. Graphite is destroyed by oxygen released as a result of electrolysis of the water surrounding the anode. Therefore, it is believed that at a current density of more than 0.83 A / dm. sq. the destruction of the graphite electrode increases disproportionately to the increase in current, i.e. for each unit of current gain there is a large mass of soluble graphite. The value of the necessary protective potential is determined by the nature of the metal, the features of its corrosion-electrochemical behavior in specific conditions of the course of the corrosion process. The limitation of the region of the most negative permissible protective potentials can be caused by the need to prevent the destruction of insulating coatings, which can occur during cathodic polarization under the influence of hydrogen gas released, alkalization of the near-electrode layer, etc. Thus, with cathodic protection, the potential should be maintained in a certain range of values of the minimum and maximum protective potentials that provide the necessary protection of metals from corrosion.
При необходимости величину защитного потенциала можно увеличить, что не будет являться отрицательным фактором, т.к. на лопатках турбины отсутствует изоляционное покрытие, которое может разрушиться при высокой величине защитного потенциала, как, например, при защите стальных подземных трубопроводов. При расчете величины катодного тока, необходимого для защиты сооружения, следует учитывать площадь защищаемого сооружения. Плотность тока определяют расчетным методом, применяемым в Межгосударственном стандарте «Единая система защиты от коррозии и старения» ГОСТ 9.602-2005. В случае, если металлическое сооружение не имеет изоляционного покрытия, можно принять величину защитного тока, равной 6 мА/м. кв. При расчете выходных параметров катодной установки относительно напряжения, необходимо учитывать удельное сопротивление водной среды, в которую будут установлены анодные углеграфитовые электроды. Удельное сопротивление водного электролита определять лабораторным методом, описанным в ГОСТ 9.602-2005. Данная величина удельного сопротивления будет применяться соотносительно сопротивления растеканию анодного электрода и определения необходимого количества анодных электродов для получения эффективности катодной защиты.If necessary, the value of the protective potential can be increased, which will not be a negative factor, because there is no insulating coating on the turbine blades, which can be destroyed with a high value of protective potential, such as, for example, with the protection of steel underground pipelines. When calculating the value of the cathode current required to protect the structure, the area of the protected structure should be taken into account. The current density is determined by the calculation method used in the Interstate standard "Unified system of protection against corrosion and aging" GOST 9.602-2005. If the metal structure does not have an insulating coating, it is possible to take the value of the protective current equal to 6 mA / m. sq. When calculating the output parameters of the cathode installation relative to the voltage, it is necessary to take into account the specific resistance of the aqueous medium into which the anode carbon graphite electrodes will be installed. The specific resistance of an aqueous electrolyte is determined by the laboratory method described in GOST 9.602-2005. This specific resistance value will be applied in relation to the spreading resistance of the anode electrode and the determination of the required number of anode electrodes to obtain the effectiveness of cathodic protection.
Преимущество изобретения состоит в следующем:An advantage of the invention is as follows:
1. Применение заявленного способа катодной защиты рабочего колеса с лопастями турбины гидроагрегата от коррозионных и кавитационных разрушений позволяет получить эффективную защиту металлического сооружения и локализовать коррозионные процессы.1. The application of the claimed method of cathodic protection of the impeller with the blades of the turbine of a hydraulic unit from corrosion and cavitation damage allows to obtain effective protection of a metal structure and localize corrosion processes.
2. Применение заявленного способа позволяет продлить срок эксплуатации лопаток гидротурбины без капитального ремонта в пределах проектных сроков.2. The application of the inventive method allows to extend the life of the blades of a hydraulic turbine without major repairs within the design period.
3. Применение заявленного способа позволяет разместить элементы катодной системы защиты, а именно анодные электроды, компактно в доступной свободной зоне и за критерий оценки эффективности катодной защиты применять величину суммарного потенциала, величину которого в настоящее время применяют как критерий оценки защищенности отдельных конструктивных элементов гидроагрегата.3. The application of the claimed method allows you to place the elements of the cathodic protection system, namely the anode electrodes, compactly in the available free zone and for the criterion for assessing the effectiveness of the cathodic protection to apply the value of the total potential, the value of which is currently used as a criterion for assessing the security of individual structural elements of the hydraulic unit.
На фиг. 1 показан общий план-схема расположения конструктивных элементов для электрохимической защиты лопастей и рабочего колеса гидротурбины.In FIG. 1 shows a general layout of structural elements for the electrochemical protection of the blades and the impeller of a hydraulic turbine.
На фиг. 2 показана схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в подвесной конструкции на столбах.In FIG. 2 shows a diagram of the connection of structural elements and the location of the anode electrodes in a suspended structure on poles.
На фиг. 3 показана схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в подвесной конструкции на стене.In FIG. 3 shows a diagram of the connection of structural elements and the location of the anode electrodes in a suspended structure on a wall.
На фиг. 4 показана схема соединения конструктивных элементов и расположения анодных электродов в бетонном колодце.In FIG. 4 shows a diagram of the connection of structural elements and the location of the anode electrodes in a concrete well.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132340/02A RU2596514C2 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132340/02A RU2596514C2 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014132340A RU2014132340A (en) | 2016-02-20 |
| RU2596514C2 true RU2596514C2 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=55313497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014132340/02A RU2596514C2 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2596514C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU164181A1 (en) * | METHOD OF PROTECTION OF CONSTRUCTION ELEMENTS | |||
| US3169105A (en) * | 1958-11-10 | 1965-02-09 | Exxon Research Engineering Co | Corrosion-erosion-cavitation protection for marine propellers |
| US8361285B2 (en) * | 2009-10-30 | 2013-01-29 | Stiftung Alfred-Wegener-Institut Fuer Polar-Und Meeresforschung | Electrochemical antifouling system for seawater-wetted structures |
-
2014
- 2014-08-05 RU RU2014132340/02A patent/RU2596514C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU164181A1 (en) * | METHOD OF PROTECTION OF CONSTRUCTION ELEMENTS | |||
| US3169105A (en) * | 1958-11-10 | 1965-02-09 | Exxon Research Engineering Co | Corrosion-erosion-cavitation protection for marine propellers |
| US8361285B2 (en) * | 2009-10-30 | 2013-01-29 | Stiftung Alfred-Wegener-Institut Fuer Polar-Und Meeresforschung | Electrochemical antifouling system for seawater-wetted structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014132340A (en) | 2016-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Galvanic corrosion behavior of deposit-covered and uncovered carbon steel | |
| JP5877125B2 (en) | Corrosion suppression device, seawater desalination device and pump device provided with the same | |
| Tang et al. | Effect of alternating current on the performance of magnesium sacrificial anode | |
| Pedeferri | Cathodic and anodic protection | |
| Lingvay et al. | The impact of the electromagnetic pollution of the environment on the complex build-up media | |
| CN105063633B (en) | Electrochemical anti-corrosion device and method for steel bars in reinforced concrete in seawater immersion area | |
| Sada et al. | Identification and control of impressed current cathodic protection system | |
| RU2596514C2 (en) | Method of cathode protection of impeller with blades of turbine of hydraulic unit from corrosion and cavitation destruction | |
| Woollam et al. | Localized corrosion due to galvanic coupling between FeS-covered and uncovered areas: another oilfield myth? | |
| JP6071053B2 (en) | Method and apparatus for cathodic protection of structural metal materials | |
| CN204080108U (en) | A kind of cathodic protector being suitable for the dexterous type sacrificial anode applied in fresh water | |
| US20170211191A1 (en) | Systems and methods to prevent contamination of potable water with lead and/ or iron, and to extend the useful life of the potable water system, while reducing maintenance and capital costs | |
| RU93456U1 (en) | PIPELINE PROTECTION AGAINST INTERNAL CORROSION | |
| Lipatov et al. | Analyzing the protection of heat network pipelines | |
| Matloub et al. | Investigating the effect of PH and salt Concentration on Cathodic Protection of Pipe-Lines | |
| Onyechi et al. | Monitoring and Evaluation of Cathodic Protection Performance for Oil and Gas Pipelines: A Nigerian Situation | |
| Yaro et al. | Sacrificial anode cathodic protection of low carbon steel in sea water | |
| CN204714912U (en) | A kind of device rinsing electrolyzer | |
| Zakowski | Studying the effectiveness of a modernized cathodic protection system for an offshore platform | |
| CN104532259A (en) | Compound electrochemical device for condenser cathode protection | |
| CN101609060B (en) | Anticorrosive device of oil storage tank during testing seawater pressure | |
| Ekhasomhi et al. | Design of a cathodic protection system for 2,000 barrels crude oil surge tank using zinc anode | |
| Simon | The control of metallic corrosion of cement plant facilities | |
| Nagy et al. | Developed software for cathodic protection of storage tanks | |
| CN104152913A (en) | Cathodic protection device of smart sacrificial anode suitable for application in freshwater |