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| 标准编号 | GB/T 21448-2017 (GB/T21448-2017) | | 中文名称 | 埋地钢质管道阴极保护技术规范 | | 英文名称 | Specification of cathodic protection for underground steel pipelines | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | E98 | | 国际标准分类 | 75.200 | | 字数估计 | 34,351 | | 发布日期 | 2017-12-29 | | 实施日期 | 2018-07-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 21448-2008 | | 标准依据 | 国家标准公告2017年第32号 | | 发布机构 | 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 | GB/T 21448-2017
Specification of cathodic protection for underground steel pipelines
ICS 75.200
E98
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 21448-2008
埋地钢质管道阴极保护技术规范
2017-12-29发布
2018-07-01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 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和缩略语 1
4 通则 3
5 强制电流系统 7
6 牺牲阳极系统 11
7 测试及监测 15
8 附加措施 17
9 施工与调试 19
10 管理与维护 22
附录A(资料性附录) 阴极保护计算公式 27
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》,与GB/T 21448-2008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5.1);
---增加了石墨阳极、导电聚合物线性阳极和 MMO-Ti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10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ISO 15589-1:2015《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ISO 15589-1:2015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(SAC/TC355)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:
---GB/T 21448-2008。
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。
GB/T 4208 外壳防护等级
GB/T 4950 锌-铝-镉合金牺牲阳极
GB/T 10123 金属和合金的腐蚀 基本术语和定义
GB/T 17731 镁合金牺牲阳极
GB/T 21246 埋地钢质管道阴极保护参数测量方法
GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范
GB 50217 电力工程电缆设计规范
GB/T 50698 埋地钢质管道交流干扰防护技术标准
GB 50991 埋地钢质管道直流干扰防护技术标准
SY/T 0029 埋地钢质检查片应用技术规范
SY/T 0086 阴极保护管道的电绝缘标准
SY/T 0087.1 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
SY/T 0096 强制电流深阳极地床技术规范
SY/T 0516 绝缘接头与绝缘法兰技术规范
SY/T 6964 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
GB/T 10123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 anodebackfil
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 bond
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。
3.1.3
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 drainpoint
阴极保护系统中的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 equipotentialbonding
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 groundbed
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 impressed-currentanode
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 instant-OFFpotential
瞬时断电电位
为测试无IR降电位,在回路电流中断短时间延迟后瞬间所测的电位。
3.1.9
IR降 IRdrop
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。
3.1.10
极化电位 polarizedpotential
无IR降电位
消除由阴极保护电流或其他电流所引起的IR降后管道对电解质的电位。
3.1.11
绝缘装置 isolating/insulatingdevices
用于隔离金属间电连续的设施,指专用的配件、加工件等。
3.1.12
线性阳极 linearauxiliaryanode
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-Ti)线性阳极。
3.1.13
测试桩 testpost
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。
3.1.14
通电电位 ONpotential
阴极保护系统持续运行时测量的管道对电解质电位。
3.1.15
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。
3.1.16
极化 polarization
由外部电流引起的管道对电解质电位的变化。
3.1.17
保护电位 protectionpotential
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。
3.1.18
恒电位仪 potentiostatunit
能自动保持管道对电解质电位恒定的电源设备。
3.1.19
电源设备额定输出电压 ratedoutputvoltage
UdN
电源设备规定的最高输出电压。
3.1.20
电源设备额定输出电流 ratedoutputcurrent
IdN
电源设备规定的最大输出电流。
3.1.21
杂散电流 straycurrent
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。
CCVT:密闭循环蒸气发电机组。
CSE:铜/饱和硫酸铜参比电极。
SCC:应力腐蚀开裂。
SCE:饱和KCl甘汞电极。
SRB:硫酸盐还原菌。
TEG: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。
4.1.4 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SY/T 6964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。
电绝缘装置的设计、材料、尺寸和结构应符合SY/T 0516和SY/T 0086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 电绝缘装置安装
电绝缘装置安装应符合SY/T 0086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SY/T 0516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,电连续性跨接应设置在管道
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、pH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:
---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IR降阴极保护电位
无IR降阴极保护电位EIRfree应满足式(1)要求:
El≤EIRfree≤Ep (1)
式中:
El ---限制临界电位;
EIRfree---无IR降阴极保护电位;
Ep ---金属腐蚀速率小于0.01mm/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ECOR
(参考值)
最小保护电位Ep
(无IR降)
限制临界电位El
(无IR降)
碳钢、低合金钢
和铸铁
一般土壤和水环境 -0.65~-0.40 -0.85 Eal
40℃< T< 60℃的土壤和水环境 - Ebp Eal
T >60℃的土壤和水环境c -0.80~-0.50 -0.95 Eal
T< 40℃,100< ρ< 1000Ω·m
含氧的土壤和水环境
-0.50~-0.30 -0.75 Eal
T< 40℃,ρ >1000Ω·m
含氧的土壤和水环境
-0.40~-0.20 -0.65 Eal
存在硫酸盐还原菌(SRB)腐
蚀风险的缺氧土壤和水环境
-0.80~-0.65 -0.95 Eal
PREN< 40的奥氏
体不锈钢
PREN >40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
-0.10~+0.20 -0.50 Edl
-0.10~+0.20 -0.30 -
-0.10~+0.20 -0.50 Edl
不锈钢
环境温度下,酸性的
土壤和水环境
-0.10~+0.20 Eep Edl
镀锌钢
环境温度下,土壤和水环境
-0.20~0.00 -0.20 -
-1.10~0.00 -1.20 -
注:所有电位相对于铜/饱和硫酸铜参比电极(CSE,下同)。
a 对于高强度非合金钢和屈服强度超过550N/mm2的低合金钢,临界限制电位值应有文件证明或通过实验
确定。
b 温度为40℃~60℃时,最小保护电位值可在40℃时的电位值(-0.65V,-0.75V,-0.85V或-0.95V)与
60℃时的电位值(-0.95V)之间通过线性插值法确定。
c 高pH值应力腐蚀开裂(SCC)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。
4.4.3 限制临界电位
管道防腐层的限制临界电位El不应比-1.20V(CSE)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 100mV阴极电位负向偏移准则
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100mV的准则。
4.4.4.2 100mV阴极电位负向偏移准则不适用于温度大于40℃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GB/T 50698的
规定。
4.4.5.3 交流干扰防护措施及防护效果应满足GB/T 50698的规定。
4.4.6 直流干扰下的阴极保护准则
4.4.6.1 当管道遭受直流干扰影响时,应采取直流干扰防护措施。
4.4.6.2 直流干扰防护措施及防护效果应满足GB 50991的规定。
5 强制电流系统
5.1 电源设备
5.1.1 一般要求
5.1.1.1 电源设备应使用市电或所在站场稳定可靠的交流电源,在无可利用电源的场所,可采用太阳能
电池、风力发电机、天然气发电机、TEG、CCVT等直流电源。电源设备所用外部电源应设置独立的配
电箱。
5.1.1.2 电源设备的机壳应接地。
5.1.1.3 防爆区域使用的电源设备应符合GB 50058的规定。
5.1.1.4 电源设备安装环境应与设备使用环境相匹配,应采取措施确保电源设备正常工作。
5.1.2 电源设备选择
5.1.2.1 电源设备可选用恒电位仪和变压器-整流器。
5.1.2.2 电源设备应具备恒电位、恒电流或整流器运行模式。
5.1.2.3 电源设备的额定输出电流、额定输出电压宜不低于实际需要的1.5倍。
5.1.2.4 电源设备的输出功率可参照附录A计算确定。
5.1.3 电源设备基本要求
5.1.3.1 电源设备应能在下列环境条件下正常工作:
---环境温度:-25℃~+50℃;
---相对湿度:15%~90%;
---大气压力:86kPa~106kPa。
5.1.3.2 电源设备应能在下列外部电源条件下正常工作:
a) 交流供电电源:
1) 单相220(1±10%)V,频率:50(1±5%)Hz;
2) 三相380(1±10%)V,频率:50(1±5%)Hz。
b) 直流供电电源:87.5%UdN~117.5%UdN。
5.1.3.3 电源设备的输出电压不宜超过50V。
5.1.3.4 电源设备的输入端子和输出端子对机壳的绝缘电阻应不小于10MΩ。
5.1.3.5 电源设备的抗电强度应满足以下要求:
a) 交流电源输入端子对机壳、设备“零位接阴”端子对各远传接口输出端子应能承受1500V(有
效值)、50Hz的试验电压,试验时间1min,不出现飞弧或击穿现象;
b) 直流电源输入端子对机壳应能承受750V(有效值)、50Hz的试验电压,试验时间1min,不出
现飞弧或击穿现象。
5.1.3.6 电源设备的防雷保护应满足以下要求:
a) 电源设备的输入、输出端子应安装适宜的雷电防护单元;
b) 当阳极电缆和管道受到感应雷影响时,阳极电缆与阴极电缆、阳极电缆与零位接阴电缆之间
的限幅电压100V~150V,过压通流容量20kA(8/20μs),漏电流不大于20mA;参比电缆和
零位接阴电缆之间的限幅电压5V,过压通流容量50A(10/1000μs),漏电流小于0.3μA(3V)。
5.1.3.7 电源设备应安装过电流保护装置;当阴极保护电源设备各路输出电流达到额定值的110%时,
应采用黄色指示灯指示,并发出报警,持续2min可自动限流。
5.1.3.8 恒电位仪无法恒电位运行时,应具备自动转换成......
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