GBT 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范.pdf
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1、I C S7 5.2 0 0E9 8中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准G B/T2 1 4 4 82 0 1 7代替G B/T2 1 4 4 82 0 0 8埋地钢质管道阴极保护技术规范S p e c i f i c a t i o no f c a t h o d i cp r o t e c t i o nf o ru n d e r g r o u n ds t e e l p i p e l i n e s(I S O1 5 5 8 9 - 1:2 0 1 5,P e t r o l e u m,p e t r o c h e m i c a l a n dn a t u r
2、a l g a s i n d u s t r i e sC a t h o d i cp r o t e c t i o no fp i p e l i n es y s t e m sP a r t 1:O n - l a n dp i p e l i n e s,N E Q)2 0 1 7 - 1 2 - 2 9发布2 0 1 8 - 0 7 - 0 1实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布目 次前言1 范围12 规范性引用文件13 术语、 定义和缩略语14 通则35 强制电流系统76 牺牲阳极系统1 17 测试及监测1 58 附加
3、措施1 79 施工与调试1 91 0 管理与维护2 2附录A( 资料性附录) 阴极保护计算公式2 7G B/T2 1 4 4 82 0 1 7前 言 本标准按照G B/T1.12 0 0 9给出的规则起草。本标准代替G B/T2 1 4 4 82 0 0 8 埋地钢质管道阴极保护技术规范 , 与G B/T2 1 4 4 82 0 0 8相比,除编辑性修改外主要技术变化如下: 进一步明确了临时阴极保护的要求( 见4.1.3) ; 修改了“ 阴极保护准则” 并增加了“ 交流干扰下的阴极保护准则” 和“ 直流干扰下的阴极保护准则” 的规定( 见4.4) ; 增加了强制电流系统电源设备的要求( 见5.
4、1) ; 增加了石墨阳极、 导电聚合物线性阳极和MMO - T i线性阳极的主要性能指标要求( 见5.2.5.2、5.2.5.3和5.2.5.4) ; 增加了“ 并行管道的阴极保护” 要求( 见5.3) ; 修改了牺牲阳极性能指标要求( 见6.2和6.3) ; 增加了牺牲阳极系统的设计要求( 见6.4.1) ; 修改了牺牲阳极种类选用要求及其填包料要求( 见6.4.2和6.5) ; 细化了测试装置的特殊要求( 见7.1.2) , 增加了测试桩的类型规定( 见7.1.3) , 增加了“ 检查片、极化探头与电阻探针” ( 见7.1.4) ; 细化了“ 附加措施” 中与套管、 防雷保护和防浪涌保护器
5、相关的要求( 见8.2、8.3和8.4) ; 增加了“ 施工与调试” ( 见第9章) ; 修改了“ 管理与维护” 的内容( 见第1 0章) ; 修改了附录A, 并删除了附录B, 附录A由规范性附录修改为资料性附录( 见附录A) 。本标准使用重新起草法参考I S O1 5 5 8 9 - 1:2 0 1 5 石油石化天然气工业 管道输送系统的阴极保护 第1部分: 陆上管道 编制, 与I S O1 5 5 8 9 - 1:2 0 1 5的一致性程度为非等效。本标准由全国石油天然气标准化技术委员会(S A C/T C3 5 5) 提出并归口。本标准起草单位: 中国石油管道局工程有限公司、 中国石油规
6、划总院、 中国石油天然气管道分公司、中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、 中国石化管道储运有限公司。本标准主要起草人: 黄留群、 张文伟、 廖煜炤、 罗锋、 黄丽、 郑安升、 闫明珍、 李国辉、 滕延平、 张平、黄春蓉、 马晓成、 刘佳、 丁杰、 王杰、 郭娟丽、 陈莎莎、 付伟、 潘怀良、 付平平、 程明、 张延丰。本标准所代替标准的历次版本发布情况为: G B/T2 1 4 4 82 0 0 8。G B/T2 1 4 4 82 0 1 7埋地钢质管道阴极保护技术规范1 范围本标准规定了陆上埋地钢质管道( 以下简称管道) 外表面阴极保护系统设计、 施工、 测试、 管理与维护的最低技术
7、要求。本标准适用于陆上埋地钢质油、 气、 水管道。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本( 包括所有的修改单) 适用于本文件。G B/T4 2 0 8 外壳防护等级G B/T4 9 5 0 锌-铝-镉合金牺牲阳极G B/T1 0 1 2 3 金属和合金的腐蚀 基本术语和定义G B/T1 7 7 3 1 镁合金牺牲阳极G B/T2 1 2 4 6 埋地钢质管道阴极保护参数测量方法G B5 0 0 5 8 爆炸危险环境电力装置设计规范G B5 0 2 1 7 电力工程电缆设计规范G B/T5
8、0 6 9 8 埋地钢质管道交流干扰防护技术标准G B5 0 9 9 1 埋地钢质管道直流干扰防护技术标准S Y/T0 0 2 9 埋地钢质检查片应用技术规范S Y/T0 0 8 6 阴极保护管道的电绝缘标准S Y/T0 0 8 7.1 钢质管道及储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道外腐蚀直接评价S Y/T0 0 9 6 强制电流深阳极地床技术规范S Y/T0 5 1 6 绝缘接头与绝缘法兰技术规范S Y/T6 9 6 4 石油天然气站场阴极保护技术规范3 术语、 定义和缩略语3.1 术语和定义G B/T1 0 1 2 3界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1阳极填料 a n o d eb
9、 a c k f i l l填充在埋地阳极周围的低电阻率材料, 用于保持湿度、 减小阳极与电解质之间的电阻, 以及防止阳极极化。3.1.2跨接 b o n d采用金属导体( 多为铜质导体) 连接同一金属结构或不同金属结构上的两点, 用于保证两点之间的电连续性。1G B/T2 1 4 4 82 0 1 73.1.3去耦隔直装置 d i r e c t c u r r e n td e c o u p l i n gd e v i c e为交流电流提供低阻抗并为直流电流提供高电阻通道的设备。例如: 极化电池、 电容器、 二极管。3.1.4汇流点 d r a i np o i n t阴极保护系统中的
10、阴极电缆与被保护管道的连接点, 保护电流通过此点流回电源。3.1.5等电位连接 e q u i p o t e n t i a l b o n d i n g将分开的金属结构直接用导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差。3.1.6地床 g r o u n d b e d埋地的牺牲阳极或强制电流辅助阳极系统。3.1.7辅助阳极 i m p r e s s e d - c u r r e n t a n o d e强制电流阴极保护系统中用于提供电流的电极。3.1.8断电电位 i n s t a n t - O F Fp o t e n t i a l瞬时断电电位为测试无I R降
11、电位, 在回路电流中断短时间延迟后瞬间所测的电位。3.1.9I R降 I Rd r o p阴极保护回路中所有电流与回路电阻( 主要是电解质电阻和管道电阻) 的乘积。3.1.1 0极化电位 p o l a r i z e dp o t e n t i a l无I R降电位消除由阴极保护电流或其他电流所引起的I R降后管道对电解质的电位。3.1.1 1绝缘装置 i s o l a t i n g/i n s u l a t i n gd e v i c e s用于隔离金属间电连续的设施, 指专用的配件、 加工件等。3.1.1 2线性阳极 l i n e a ra u x i l i a r ya
12、n o d e阳极主体由线性的、 连续的阳极材料组成, 阳极材料周围填充焦炭填料, 并预包装在织物覆盖层及耐磨编织网中。例如, 导电聚合物线性阳极、 混合金属氧化物(MMO - T i) 线性阳极。3.1.1 3测试桩 t e s tp o s t布设在埋地管道沿线, 用于监测与测试管道阴极保护参数的设施。3.1.1 4通电电位 O Np o t e n t i a l阴极保护系统持续运行时测量的管道对电解质电位。2G B/T2 1 4 4 82 0 1 73.1.1 5耐点蚀当量数 p i t t i n gr e s i s t a n c e e q u i v a l e n tn u
13、 m b e r;P R E N依据不锈钢合金化学成分中所含的铬、 钼、 钨以及氮等组分, 反映和预测不锈钢耐点蚀能力的数值。3.1.1 6极化 p o l a r i z a t i o n由外部电流引起的管道对电解质电位的变化。3.1.1 7保护电位 p r o t e c t i o np o t e n t i a l管道的金属腐蚀速率可以接受状态下的管道对电解质电位。3.1.1 8恒电位仪 p o t e n t i o s t a tu n i t能自动保持管道对电解质电位恒定的电源设备。3.1.1 9电源设备额定输出电压 r a t e do u t p u t v o l t
14、a g eUd N电源设备规定的最高输出电压。3.1.2 0电源设备额定输出电流 r a t e do u t p u t c u r r e n tId N电源设备规定的最大输出电流。3.1.2 1杂散电流 s t r a yc u r r e n t在非指定回路中流动的电流。3.2 缩略语下列缩略语适用于本文件。C C VT: 密闭循环蒸气发电机组。C S E: 铜/饱和硫酸铜参比电极。S C C: 应力腐蚀开裂。S C E: 饱和K C l甘汞电极。S R B: 硫酸盐还原菌。T E G: 热电发生器。4 通则4.1 基本要求4.1.1 埋地油气长输管道、 油气田外输管道和油气田内埋地集
15、输干线管道应采用阴极保护; 其他埋地管道宜采用阴极保护。4.1.2 阴极保护应与防腐层联合实施。4.1.3 阴极保护工程应与主体工程同时勘察、 设计、 施工和投运。当阴极保护系统在管道埋地三个月内不能投运时, 应采取临时阴极保护措施保护管道; 在强腐蚀性土壤环境中, 应在管道埋地时施加临时阴极保护措施; 临时阴极保护措施应维持至永久阴极保护系统投运; 对于受到直流杂散电流干扰影响的管道, 阴极保护系统及排流保护措施应在三个月之内投运。3G B/T2 1 4 4 82 0 1 74.1.4 埋地管道阴极保护可采用强制电流法、 牺牲阳极法或两种方法结合的方式, 应视工程规模、 土壤环境、 管道防腐
16、层绝缘性能等因素, 经济合理地选用。4.1.5 对于高温、 防腐层剥离、 隔热保温层、 屏蔽、 细菌侵蚀及电解质的异常污染等特殊条件下, 阴极保护可能无效或部分无效, 在设计时应予以考虑。4.1.6 站场埋地管道阴极保护应符合S Y/T6 9 6 4的规定。4.2 管道条件4.2.1 电绝缘4.2.1.1 一般要求阴极保护管道应与非保护金属结构和公共或场区接地系统电绝缘。阴极保护线路管道应与工艺站场内管道、 井场设施、 非阴极保护的管道和钢质套管等金属结构电绝缘。阴极保护管道在杂散电流干扰影响区可安装电绝缘装置分段隔离。电绝缘无法实现时, 阴极保护设计应提供足够的阴极保护电流和有效的电流分布。
17、电绝缘装置的设计、 材料、 尺寸和结构应符合S Y/T0 5 1 6和S Y/T0 0 8 6的规定。绝缘接头宜采用整体型。对于输送导电介质的管道, 绝缘接头内表面及与绝缘接头相连的管道内表面应涂敷内防腐层,涂刷长度应根据输送介质的电阻率计算, 以能够消除两侧电位差导致的腐蚀为准。所使用的密封材料、防腐层材料和绝缘材料应适应所输送的介质。4.2.1.2 电绝缘装置安装位置可在管道下列位置处设置绝缘装置: 与站场管道连接处; 与支线管道连接处; 不同金属材料之间; 交、 直流干扰影响的管段上; 阴极保护管道与非保护金属结构之间。绝缘装置不应设置在易形成导电凝析液或游离水积聚的位置。4.2.1.3
18、 电绝缘装置安装电绝缘装置安装应符合S Y/T0 0 8 6的有关规定。绝缘接头和绝缘法兰安装前应进行绝缘电阻检测, 性能应符合S Y/T0 5 1 6的规定。绝缘接头安装处应设置测试设施。绝缘法兰安装时宜采取防尘防水密封措施。4.2.1.4 电绝缘装置保护绝缘接头和绝缘法兰应设置防电涌保护器。防电涌保护器设置不应影响绝缘接头或绝缘法兰的性能。防电涌保护器可采用固态去耦合器、 避雷器、 火花间隙、 电解接地电池、 极化电池、 等电位连接器等。4.2.2 电连续性4.2.2.1 阴极保护管道应具有良好的电连续性。4.2.2.2 电连续性跨接可设置在电绝缘装置两侧。对于非焊接钢质管道, 电连续性跨
19、接应设置在管道4G B/T2 1 4 4 82 0 1 7接头处。4.2.2.3 电连续性跨接应在测试装置内进行。4.2.3 接地4.2.3.1 当阴极保护管道需要接地时, 接地系统应与阴极保护系统兼容, 可在接地回路中安装去耦隔直装置。当管道局部接地时, 可采用锌或镀锌接地极与管道直接连接。4.2.3.2 所有接地设施不应对阴极保护系统造成不利影响。4.3 设计资料及现场勘察4.3.1 管道阴极保护系统设计时, 宜收集下列技术资料: 管道参数, 包括长度、 直径、 壁厚、 材料类型与等级、 防腐层类型与等级; 输送介质、 设计温度、 设计压力、 操作温度和操作压力; 管道路由带状图纸; 工艺
20、站场和阀室的分布; 穿越河流、 铁路、 公路的位置和结构; 沿线已有的埋地电缆、 金属结构和钢质管道的分布; 套管位置和结构; 管沟回填材料种类; 管道上的其他电动设备; 地形地貌和土壤特性参数, 包括土壤电阻率、p H值、 引起腐蚀的细菌、 冻土层; 气候条件; 高压输电线路或埋地高压电缆的位置、 走向及额定电压; 邻近交、 直流电气化牵引系统的特性参数、 变电站位置和其他干扰电流源的特性参数; 接地系统类型与位置; 阴极保护系统设计寿命; 阴极保护设施安装的环境条件; 绝缘装置类型与位置; 电源的可利用性; 可用于远距离监测的遥测系统的类型与位置。4.3.2 现场勘察所测项目应包括下列内容
21、: 阳极地床可选区域不同深度的土壤电阻率; 细菌活动的腐蚀条件; 交、 直流干扰源特性参数及与管道的相对位置关系; 4.3.1中收集到的资料不能满足设计要求的项目。4.4 阴极保护准则4.4.1 无I R降阴极保护电位无I R降阴极保护电位EI R f r e e应满足式(1) 要求:ElEI R f r e eEp(1) 式中:El 限制临界电位;EI R f r e e 无I R降阴极保护电位;5G B/T2 1 4 4 82 0 1 7Ep 金属腐蚀速率小于0.0 1mm/a时的最小保护电位。4.4.2 阴极保护电位阴极保护电位宜满足表1的要求。在管道寿命期内, 应考虑管道周围介质电阻率
22、变化对阴极保护电位的影响。表1 金属材料在土壤、 水中的自然电位、 最小保护电位和限制临界电位金属或合金环境条件自然电位EC O R( 参考值)V最小保护电位Ep( 无I R降)V限制临界电位El( 无I R降)V碳钢、 低合金钢和铸铁一般土壤和水环境-0.6 5-0.4 0-0.8 5Eal4 0T6 0的土壤和水环境c-0.8 0-0.5 0-0.9 5EalT4 0,1 0 010 0 0m含氧的土壤和水环境-0.5 0-0.3 0-0.7 5EalT10 0 0m含氧的土壤和水环境-0.4 0-0.2 0-0.6 5Eal存在硫酸盐还原菌(S R B) 腐蚀风险的缺氧土壤和水环境-0.
23、8 0-0.6 5-0.9 5EalP R E N4 0的奥氏体不锈钢马氏体或奥氏-铁素体( 双相) 不锈钢环境温度下, 中性和碱性的土壤与水环境-0.1 0+0.2 0-0.5 0Edl-0.1 0+0.2 0-0.3 0-0.1 0+0.2 0-0.5 0Edl不锈钢环境温度下, 酸性的土壤和水环境-0.1 0+0.2 0EepEdl铜镀锌钢环境温度下, 土壤和水环境-0.2 00.0 0-0.2 0-1.1 00.0 0-1.2 0 注:所有电位相对于铜/饱和硫酸铜参比电极(C S E, 下同) 。 a对于高强度非合金钢和屈服强度超过5 5 0N/mm2的低合金钢, 临界限制电位值应有文
24、件证明或通过实验确定。b温度为4 06 0时, 最小保护电位值可在4 0时的电位值(-0.6 5V,-0.7 5V,-0.8 5V或-0.9 5V) 与6 0时的电位值(-0.9 5V) 之间通过线性插值法确定。c高p H值应力腐蚀开裂(S C C) 风险随温度升高而增加。d若存在马氏体和铁素体相, 应有文件证明或通过实验确定氢脆危害风险。e应通过文献或实验确定。6G B/T2 1 4 4 82 0 1 74.4.3 限制临界电位管道防腐层的限制临界电位El不应比-1.2 0V(C S E) 更负, 并应防止防腐层出现阴极剥离、 起泡、管体氢脆现象。4.4.4 1 0 0m V阴极电位负向偏移
25、准则4.4.4.1 当表1的阴极保护准则无法达到时, 可采用阴极电位负向偏移至少1 0 0mV的准则。4.4.4.2 1 0 0mV阴极电位负向偏移准则不适用于温度大于4 0的环境, 含硫酸盐还原菌的土壤, 存在干扰电流、 平衡电流和大地电流的情形, 存在外部应力腐蚀风险的情形, 以及管道连接处或由多种金属组成的部件。4.4.5 交流干扰下的阴极保护准则4.4.5.1 当管道遭受交流干扰影响时, 应测试管道上的交流感应电压和( 或) 交流电流密度, 评估交流干扰程度。4.4.5.2 对遭受交流干扰影响的管道, 阴极保护电位除应满足表1要求之外, 还应满足G B/T5 0 6 9 8的规定。4.
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