Korrosionsschutz für Ölpipelines

Zu den am häufigsten eingesetzten Schutzschichten für Stahlrohre im Inland gehören Erdölbitumen, PE-Hüllen sowie PE-Schaumhüllen, Epoxid-Kohlebitumen, Kautschukfarben auf Basis von Kohleöl, Epoxidpulver sowie dreischichtige Verbundstrukturen. Ebenfalls verbreitet sind kalte Verpackungsbänder aus Epoxid-Kohlebitumen vom Typ PF sowie kalte Verpackungsbänder aus Kautschuk-Epoxid-Kohlebitumen vom Typ RPC. Derzeit werden am weitesten verbreiteten Schutzmethoden für Rohre die dreischichtige PE-Verbundstruktur, die einlagige Epoxidpulverschicht, die PF-Typen kalten Verpackungsbänder sowie die RPC-Typen kalten Verpackungsbänder genutzt.

Korrosionsschutzmethoden A: Schichtbasierte Korrosionsschutzmaßnahmen – Bei der Korrosionsschutzbehandlung von Rohrleitungen wird eine gleichmäßige und dichte Schicht aus Lack auf die entrosteten Metalloberflächen aufgetragen. Dadurch werden diese von verschiedenen korrosiven Stoffen abgeschirmt. Dies ist eine der grundlegendsten Methoden zum Schutz von Rohrleitungen vor Korrosion. Seit den 1970er Jahren ergeben sich durch den Verlegung von Rohrleitungen in extremen Umgebungen wie den Polargebieten oder im Meer sowie durch die Erwärmung der Rohre zur Förderung von Öl höhere Anforderungen an die Eigenschaften der Beschichtungen. Daher werden für die Korrosionsschutzbeschichtungen von Rohrleitungen zunehmend Verbundmaterialien oder komplexe Strukturen verwendet. 1. Korrosionsschutzbeschichtung der Außenwand: Arten von Beschichtungsmaterialien für die Außenwand von Rohrleitungen sowie Anwendungsbedingungen. ②Innenschutzbeschichtung: Eine Schicht, die auf der Innenwand der Rohre aufgetragen wird, um Korrosion im Inneren der Rohre zu verhindern, den Reibwiderstand zu verringern und die Transportkapazität zu erhöhen. Häufig verwendete Beschichtungsmaterialien sind aminfestigte Epoxidharze sowie Polyamid-Epoxidharze. Die Dicke der Beschichtung liegt bei 0,038 bis 0,2 Millimetern. Um eine feste Haftung der Beschichtung an der Rohrwand zu gewährleisten, muss die Innenfläche des Rohres bearbeitet werden. Seit den 1970er Jahren besteht die Tendenz, für die Beschichtung der Innen- und Außenwände des Rohres dasselbe Material zu verwenden, damit die Beschichtung beider Wände gleichzeitig durchgeführt werden kann. ③Korrosions- und Wärmeisolierschicht: An Rohrleitungen mittlerer und kleiner Durchmesser für den Transport von Rohöl oder Kraftstoffen wird zur Verringerung der Wärmeabgabe an den Boden eine zusätzliche, isolierende und korrosionshemmende Schicht außen auf die Rohrleitungen aufgetragen. Ein häufig verwendetes Dämmmaterial ist harter Polyurethanschaum, dessen Einsatztemperatur bei –185 bis 95 °C liegt. Dieses Material ist weich im Griff. Um seine Stärke zu erhöhen, wird außerhalb der Isolschicht eine Schicht aus Hochdichte-Polyethylen aufgetragen, wodurch eine Verbundmaterialstruktur entsteht, die verhindert, dass Grundwasser in die Isolierschicht eindringt. B. Elektrochemische Schutzmaßnahmen: Methoden, bei denen die Elektropotenzial des Metalls im Verhältnis zum umgebenden Medium geändert wird, um das Metall vor Korrosion zu schützen. Der elektromagnetische Schutz von Langstreckenleitungen bezieht sich ausschließlich auf die Kathodenschutzmethode und die Methode zur Verhinderung der Elektrokorrosion. ①Kathodenschutz: Eine Methode, bei der das zu schützende Metall in einen Kathodenzustand versetzt wird, um eine Korrosion des Metalls zu verhindern. Diese Methode wird bereits seit über 150 Jahren zur Korrosionsbekämpfung von Schiffen eingesetzt ； Erstmals wurde es im Jahr 1928 in Rohrleitungen eingesetzt – dabei wurde das Prinzip der Metallkorrosionszelle genutzt, bei dem die Kathode nicht korrodiert, während die Anode korrodiert. Dieses Prinzip wurde anschließend auf die Technik zur Verhinderung der Korrosion von Metallen angewandt. Durch Anlegen einer äußeren Stromstärke kann die gesamte Oberfläche des zu schützenden Metalls im Elektrolyten kathodisch polarisiert werden, wodurch keine Korrosion auftritt. Es gibt zwei Kriterien, anhand derer festgestellt werden kann, ob ein Rohr eine kathodische Schutzbehandlung erhält. Erstens ist da die minimale Schutzz potential – das ist das Potential, bei dem das Metall im Elektrolyten kathodisch gepolarisiert wird, bis der Korrosionsprozess zum Stillstand kommt ； Der Wert hängt von Faktoren wie der Umgebung ab; der üblicherweise verwendete Wert beträgt -850 Millivolt (gemessen relativ zum Kupfer-Kupfersulfat-Referenzelektroden, ebenda). Zweitens ist es die maximale Schutzpotenzial – also der höchste Potenzialwert, den die Oberfläche des zu schützenden Metalls erreichen darf. Wenn die Kathodenpolarisierung zu stark ist, entsteht zwischen der Rohroberfläche und der Beschichtung Wasserstoff, wodurch es zur Kathodenabplatzung der Beschichtung kommt. Deshalb muss die Potenzial am Sammelpunkt innerhalb des zulässigen Bereichs gehalten werden, um zu verhindern, dass die Beschichtung beschädigt wird. Dieser Wert hängt von den Eigenschaften der Beschichtung ab und liegt in der Regel zwischen –1,20 und –2,0 Volt. Es gibt zwei Methoden zur Kathodenschutz von Untergrundrohren: die Methode mit äußerer Stromversorgung und die Methode mit Opferanoden. Die Methode der externen Gleichstromversorgung nutzt eine Gleichstromquelle, wobei die negative Elektrode mit dem zu schützenden Rohr verbunden wird und die positive Elektrode mit dem Anodenbett. Nach der Verbindung des Schaltkreises wird die Rohrleitung kathodisch polarisiert. Wenn die Potenzial des Rohres gegenüber dem Boden den minimalen Schutzwert erreicht, wird eine vollständige Kathodenschutzwirkung erzielt. Die Verkabelung ist in Abbildung 3 dargestellt. Alle üblichen Gleichstromquellen können verwendet werden, wobei Gleichrichter am häufigsten vorkommen. Die Gleichstromausgangsspannung liegt in der Regel unter 60 Volt und 30 Ampere. Neue Gleichstromquellen umfassen Thermoelemente, Solarmodule usw. und werden hauptsächlich in Gebieten mit Strommangel eingesetzt. Die Anodenplatte ist ein Leiter, der mit der positiven Polung einer Gleichstromquelle verbunden ist und einen guten elektrischen Kontakt zur Erde herstellt – sie wird auch als Anoden-Erdungsanlage bezeichnet ； Häufig verwendete Materialien sind Kohlenstahl, hochsilberhaltiges Eisen, Graphit, magnetisches Eisenoxid usw. Die Anodenplatte wird an Orten angebracht, an denen die Widerstandskraft des Bodens gering ist, die Schutzströme leicht verteilt werden können und es zu keinen Störungen durch nahegelegene unterirdische Strukturen kommt. Die Anoden befinden sich an den Stellen, an denen die Rohre verlegt sind. Es gibt zwei Arten von Anoden: flach verlegte Anoden für große Entfernungen sowie tief verlegte Anoden. Um die Parameter der Kathodenschutzmaßnahmen zu bestimmen und die Wirksamkeit des Kathodenschutzes der Rohrleitungen zu überprüfen, müssen entlang der Rohrleitungen Messpunkte sowie Prüfplatten eingerichtet werden. Zur Verwendung gehörende Messgeräte sind Hochwiderstandsmessgeräte, Ampèremesser sowie Kupfersulfat-Elektroden. Seit den 1970er Jahren werden Systeme zur Fernmessung der Parameter der Kathodenschutzmaßnahmen eingesetzt, die in Kombination mit luftgestützten Inspektionsflügen genutzt werden. Dabei werden elektronische Computer verwendet, um die erfassten Daten zu verarbeiten. Bei der Kathodenschutzmethode mit äußerer Gleichstromversorgung beträgt die Schutzdistanz pro Station in der Regel mehrere Dutzend Kilometer. Diese Methode wird häufig zur Kathodenschutz von langen Transportrohren eingesetzt. Die Methode des Opferanodes beinhaltet die Verbindung eines Metalls mit einem potenziell negativeren Wert als der des zu schützenden Metallelektrods mit diesem. Dadurch entsteht in der Elektrolytlösung eine Galvanische Zelle. Metalle mit einem negativeren Potenzial (wie Magnesium, Zink, Aluminium und ihre Legierungen) fungieren als Anode und gehen im Laufe des Stromflusses allmählich verloren. Das zu schützende Rohrmetall wird dabei zur Kathode und ist somit vor Korrosion geschützt. Deshalb werden Metalle mit einem negativeren Potenzial als Opferanoden bezeichnet. Die Verkabelung ist in Abbildung 4 dargestellt. Unterirdische Leitungen werden durch Opferanoden-Schutz geschützt, wobei entscheidende Faktoren die von der Anode abgegebene Stromstärke, die Anzahl der Anoden sowie die Schutzlänge sind. Sobald die Art des Anodes festgelegt ist, beeinflussen den oben genannten Parameter der Anoden-Erdfestwiderstand sowie der Leckwiderstand im Bereich des Anodenschutzrohrs. Ersterer hängt von der Widerstandskraft des Bodens ab, letzterer von dem Widerstand der Rohrbeschichtung sowie von der Qualität der Beschichtungsarbeiten. Die Lebensdauer des Opferanodes hängt vom Gewicht ab und kann je nach Bedarf einige Jahre bis mehrere Jahrzehnte betragen. Opferanoden weisen Vorteile wie geringe Investitionskosten, einfache Handhabung, keinen Bedarf an einer externen Stromversorgung sowie eine gute Wirkung bei der Verhinderung von Korrosion durch Störungen auf. Deshalb werden sie häufig zur Korrosionsschutzbehandlung von unterirdischen Metallrohren eingesetzt. ②Methoden zur Verhinderung der Elektroabtragung: Erstens werden Maßnahmen an den Anlagen, die als Quelle für Störströme dienen, ergriffen, um den Leckstrom auf ein Minimum zu reduzieren ； Zweitens sollte man bei der Verlegung der Rohre versuchen, Gebiete mit Störströmen zu meiden – oder zumindest die Qualität der Isolierschichten der betroffenen Rohnteile verbessern. Dazu können Maßnahmen wie Abschirmung sowie Verwendung von isolierten Flanschen angewandt werden ； Drittens wird eine Entlastungsschutzmaßnahme für die gestörten Leitungen ergriffen – dabei werden die Störimpulse aus den betroffenen Leitungen zurück in das Stromnetz geleitet, aus dem die Störimpulse stammen. Dadurch wird die Korrosion der Leitungen durch diese Störimpulse verhindert. Je nach Anwendungsbereich und den verschiedenen Leistungsmerkmalen der Entlüftungseinrichtungen gibt es drei Arten: direkte Entlüftung, polare Entlüftung und forcierter Entlüftung. Zur Abschirmung gegen Störspannungen im Wechselstrombereich gibt es zahlreiche technische Vorschriften. Dabei werden hauptsächlich Sicherheitsabstände sowie Methoden zur Entlastung der Leitungen eingesetzt, um diese vor Schäden zu schützen.