埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范

1、中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范DesignspecificationofimpressedcurrentCathodicprotectionforburiedsteelpipelineSY/T0036-2000主編單位：中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院參編單位：江漢石油管理局勘察設(shè)計(jì)研究院批準(zhǔn)部門：國家石油和化學(xué)工業(yè)局石油工業(yè)出版社2000北京根據(jù)原中國石油天然氣總公司98中油技監(jiān)字第33號(hào)文關(guān)于下達(dá)一九九八年石油天然氣工業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃的通知，埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范SYJ36-89的修訂工作由中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)主編

2、，由江漢石油管理局勘察設(shè)計(jì)研究院參加編寫。本次修訂按照原標(biāo)準(zhǔn)編制的分工，輔助陽極一章仍由江漢石油管理局勘察設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)，其余各章由中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)。本次修訂是在廣泛征求設(shè)計(jì)單位及相關(guān)單位的意見，并在總結(jié)了近十年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上進(jìn)行的，本修訂版本除保留了原規(guī)范行之有效的內(nèi)容外，還參照國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了新的內(nèi)容。本次修訂增加了術(shù)語、系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)保護(hù)準(zhǔn)則、最大保護(hù)電位和保護(hù)電流密度作了較大修改。本規(guī)范由中國石油天然氣集團(tuán)公司提出，由中國石油天然氣集團(tuán)公司規(guī)劃設(shè)計(jì)總院歸口。本規(guī)范由中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)解釋。本規(guī)范從生效之日起，同時(shí)代替SYJ36-89o本規(guī)范于

3、1990年6月首次發(fā)布，本次為第1次修訂。主編單位：中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院。參編單位：江漢石油管理局勘察設(shè)計(jì)研究院。主要起草人胡士信徐快賈恒耀1總則1.0.1為了統(tǒng)一埋地鋼質(zhì)管道（以下簡稱管道）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制訂本規(guī)范。0.2本規(guī)范適用于新建和已建管道外壁的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.0.3管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除執(zhí)行本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。2術(shù)語0.1陰極保護(hù)cathodicprotection通過陰極極化控制電化學(xué)腐蝕的技術(shù)。陰極保護(hù)有犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法。0.2強(qiáng)制電流impressedcurrent又稱外加電流。通過外部

4、電源施加的電流。0.3輔助陽極impressedcurrentanode舊稱接地陽極。與強(qiáng)制電流電源的正極相連，僅限于以導(dǎo)電為目的的電極。土壤中常用的輔助陽極有石墨陽極、高硅鑄鐵陽極、鋼鐵陽極、磁性氧化鐵陽極和柔性陽極。0.4最小保護(hù)電位minimumprotectivepotential金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的、絕對(duì)值最小的負(fù)電位值。0.5最大保護(hù)電位maximumprotectivepotential陰極保護(hù)條件下，允許的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值。2.0.6測(cè)試樁teststation從埋地管道上引出的，用于測(cè)量陰極保護(hù)參數(shù)的裝置。2.0.7IR降IRdrop電流在介質(zhì)中流動(dòng)所造成的電阻壓降。

5、注：測(cè)量管道保護(hù)電位中，IR降為有害誤差，應(yīng)予排除。0.8腐蝕電位corrosionpotential腐蝕體系中金屬的電極電位。0.9自然電位naturalpotential無外部電流影響的腐蝕電位。0.10極化電位polarizedpotential由于電流的流動(dòng)引起電極/電解質(zhì)界面電位的偏移稱為極化，在極化狀態(tài)下的電位稱為極化電位。0.11斷電瞬間電位switch-offpotential斷電瞬間測(cè)得的管道腐蝕電位。注：斷電電位中消除了IR降成分。3基本規(guī)定3.1設(shè)計(jì)原則3.1.1管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)其保護(hù)長度，根據(jù)工藝計(jì)算宜留有10%的余量。3.1.2輔助陽極的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)與

6、被保護(hù)管道相匹配，不宜小于20年。3.1.3設(shè)計(jì)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)系統(tǒng)與外部金屬構(gòu)筑物之間的干擾影響,并按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0017的要求，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。3.1.4電源的最大輸出電壓與最大輸出電流之比應(yīng)大于陰極保護(hù)回路的總電阻。3.2應(yīng)用技術(shù)條件2.1被保護(hù)的管道必須具有良好的縱向?qū)щ姷倪B續(xù)性。對(duì)于非焊接連接的管道接頭應(yīng)增設(shè)跨接電纜。2.2被保護(hù)的新建管道應(yīng)具有質(zhì)量良好的覆蓋層。2.3被保護(hù)管道應(yīng)在下列位置裝設(shè)絕緣接頭或絕緣法蘭，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)SY/T0086和絕緣法蘭設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定SY/T0516的要求。1設(shè)

7、計(jì)保護(hù)系統(tǒng)范圍內(nèi)管道與非保護(hù)對(duì)象連接處；2管道與廠、站、庫、井的連接處；3干線管道與分支管道的連接處；4雜散電流強(qiáng)干擾區(qū)與非干擾區(qū)的分界處；5不同金屬結(jié)合部位；6有覆蓋層的管道與裸管道的交接部位；7其他需要的部位。2.4在使用金屬套管的位置，管道應(yīng)與套管電絕緣，套管兩端應(yīng)進(jìn)行防水密封。套管內(nèi)宜安裝犧牲陽極保護(hù)套管內(nèi)的輸送管。2.5管道必須與支撐的墩臺(tái)、管柱、管橋、固定墩、支座、管卡或混凝土中的鋼筋等電絕緣。然而，若管橋兩端裝有絕緣裝置，已將管橋上管道與埋地管道相絕緣，那么這段管道可以直接敷設(shè)在管橋上而不必施加電絕緣。2.6被保護(hù)管道與其他管道、電纜交叉處必須電絕緣，并確保最小間距0.3m。必要

8、時(shí)，應(yīng)在兩者之間墊以絕緣板隔開。3.3陰極保護(hù)準(zhǔn)則3.1埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則可采用下列任意一項(xiàng)或幾項(xiàng)為判據(jù)：1在施加陰極電流的情況下，測(cè)得管/地電位為-850mV（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極，下同）或更負(fù)。注：正確解釋管/地電位測(cè)量值，必須考慮測(cè)量方法中所含的IR降誤差，通常采用下面的幾個(gè)方法：測(cè)量或計(jì)算IR降；檢查陰極保護(hù)系統(tǒng)以往的性能；評(píng)價(jià)管道及其環(huán)境的物理和電性能；確定是否存在腐蝕的直接證據(jù)。2相對(duì)飽和硫酸銅參比電極的管/地極化電位為-850mV或更負(fù)。3管道表面與同土壤接觸的穩(wěn)定的參比電極之間陰極極化電位值最小為lOOmVo這一準(zhǔn)則可以用于極化的建立過程或衰減過程中。3.3.2特殊條件

9、的考慮1對(duì)于裸鋼表面或涂敷不良的管道，在預(yù)先確定的電流排放點(diǎn)（陽極區(qū)），確定凈電流是從電解質(zhì)流向管道表面。2當(dāng)土壤或水中含有硫酸鹽還原菌，且硫酸根含量大于0.5%時(shí)，通電保護(hù)電位應(yīng)達(dá)到-950mV或更負(fù)。3.3最大保護(hù)電位的限制應(yīng)根據(jù)覆蓋層種類及環(huán)境來確定，以不損壞覆蓋層的粘結(jié)力為準(zhǔn)。在500010000Qm2時(shí)取10050A/m2在1000050000Qm2時(shí)取5010Am2在50000Qm2時(shí)取L)(4.0,62)3單支水平式陽扱接地電阻的計(jì)算：R(j=2-kffVE3(4-0,6-3式中Rv1單支立式陽極接地電阻(Q)；Rv2深埋式陽極接地電阻(Q)；Rh單支水平式陽極接地電阻(Q)；L

10、陽極長度(含填料)(m)；d陽極直徑(含填料)(m)；t埋深(填料頂部距地表面)(m)；p陽極區(qū)的土壤電阻率(Qm)。4陽極組接地電阻的計(jì)算：Rg=FRv/n(4.0.6-4)式中Rg陽極組接地電阻(Q)；n陽極支數(shù)；F電阻修正系數(shù)(查圖4.0.6)；Rv單支陽極接地電阻(Q)。p二IY(4.0.8-1)V=tg+RL1+Vt(4-0.8-2)Kc(4-0-8-3)(4-Q.8-4)r=2/o5)式中V電源設(shè)備的輸出電壓(V)；Ra陽極地床接地電阻(Q)；Rl導(dǎo)線電阻(Q)；RC陰極(管道)/土壤界面過渡電阻(Q)；a管道衰減因數(shù)(m-i)；rT單位長度管道電阻(Q/m)；Rt覆蓋層過渡電阻(

11、Q，m)；L被保護(hù)管道長度(m)；Vr地床的反電動(dòng)勢(shì)(V),焦炭填充時(shí)取Vr=2V；電源設(shè)備的輸出電流(A)；I。單側(cè)方向的保護(hù)電流(A)；P電源功率(W)；n電源設(shè)備效率，一般取0.7。5電源設(shè)備5.0.1強(qiáng)制電流陰極保護(hù)對(duì)交流電源的基本要求為：能滿足長期不間斷供電；應(yīng)優(yōu)先使用市電或使用各類站場(chǎng)穩(wěn)定可靠的交流電源；當(dāng)電源不可靠時(shí)，應(yīng)裝有備用電源或不間斷供電專門設(shè)備。5.0.2對(duì)于無交流電地區(qū)，可選用下列電源：當(dāng)太陽能資源豐富，負(fù)載功率小于250W時(shí)，可選用太陽能電池；當(dāng)風(fēng)力資源豐富，負(fù)載功率在200W55kW時(shí)，可選用風(fēng)力發(fā)電機(jī)；對(duì)于輸氣管道，負(fù)載功率在10500W時(shí)，可選用熱電發(fā)生器(TE

12、G)；對(duì)于輸氣管道，負(fù)載功率在100W4kW時(shí)，可選用密閉循環(huán)發(fā)電機(jī)組(CCVT)；有時(shí)大容量蓄電池也是經(jīng)濟(jì)合理的電源方案。5.0.3強(qiáng)制電流陰極保護(hù)對(duì)電源設(shè)備的基本要求為：1可靠性高；2維護(hù)保養(yǎng)簡便；3壽命長；4對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；5輸出電流、電壓可調(diào)；6應(yīng)具有抗過載、防雷、抗干擾、故障保護(hù)功能。5.0.4強(qiáng)制電流陰極保護(hù)電源設(shè)備，一般情況下應(yīng)選用整流器或恒電位儀。當(dāng)管地電位或回路電阻有經(jīng)常性較大變化或電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，應(yīng)使用恒電位儀。5.0.5陰極保護(hù)用整流器紋波系數(shù)應(yīng)滿足單相不大于50%，三相不大于5%的要求，最大溫升不得超過70C。在交流輸入端和直流輸出端應(yīng)裝有過流、防沖擊等保護(hù)裝置。5

13、.0.6戶外型整流器裝置應(yīng)能適應(yīng)當(dāng)?shù)厮幍臍夂颦h(huán)境，可裝在房頂、墻上或電桿上工作。5.0.7恒電位儀通常應(yīng)在室內(nèi)工作，其技術(shù)性能要求如下：1給定電位：-0.5003.000V(連續(xù)可調(diào))；電位控制精度：W10mV；3輸入阻抗：1MQ；4絕緣電阻：2MQ(電源進(jìn)線對(duì)地)；5抗交流干擾能力：12V；6耐電壓：1500V(電源線對(duì)機(jī)殼)；7滿載紋波系數(shù)：單相W10%，三相W8%。5.0.8恒電位儀印刷電路板一般應(yīng)采取防潮、防鹽霧、防細(xì)菌的措施。6輔助陽極6.1常用陽極6.1.1高硅鑄鐵陽極應(yīng)滿足下列要求：1高硅鑄鐵陽極的化學(xué)成分應(yīng)符合表6.1.1-1的規(guī)定。表6.1.1-1高硅鑄鐵陽極的化學(xué)成分(%

14、)序號(hào)類型主要化學(xué)成分雜質(zhì)含量SiMnCCrFePS1童通14.2515.250.5080.801.05余量W0.25W0.12加鎔14.2515.250.50.80.81.445余量W0.25W0.12高硅鑄鐵陽極的允許電流密度為580A/ms消耗率應(yīng)小于0.5k8/(Aa)。3常用高硅鑄鐵陽極規(guī)格見表6.1.l-2o表6.1.1-2常用高硅鑄鐵陽極規(guī)格序號(hào)陽極規(guī)格陽極引出導(dǎo)線規(guī)格直徑(mm)長度(mm)截面積(mm2)長度(mm)15015001015002751500101500310015001015004陽極引出線與陽極的接觸電阻應(yīng)小于0.01Q,拉脫力數(shù)值應(yīng)大于陽極自身質(zhì)量的1.5

15、倍，接頭密封可靠，陽極表面應(yīng)無明顯缺陷。6.1.2石墨陽極應(yīng)滿足下列要求：1石墨陽極的石墨化程度不應(yīng)小于81%,灰分應(yīng)小于0.5%o2石墨陽極宜經(jīng)亞麻油或石蠟浸漬處理。3石墨陽極的性能應(yīng)符合表6.1.2-1的規(guī)定。4常用石墨陽極規(guī)格見表6.1.2-2o表6.1.2-1石墨陽極的主要性能密度(g/cms)電阻率(Qmim/m)氣孔率(%)消耗率kg/(Aa)允許電流密度(A/m2)1.72.29.511.025300.6510表6.1.2-2常用石墨陽極規(guī)格序號(hào)陽極規(guī)格陽極引出導(dǎo)線規(guī)格直徑(mm)長度(mm)截面積(mm?)長度(mm)175100010150021001450101500315

16、014501015005陽極引出線與陽極的接觸電阻應(yīng)小于0.01Q,拉脫力數(shù)值應(yīng)大于陽極自身質(zhì)量的1.5倍，接頭密封可靠，陽極表面應(yīng)無明顯缺陷。6.1.3柔性陽極應(yīng)滿足下列要求：1柔性陽極是由導(dǎo)電聚合物包覆在銅芯上構(gòu)成，其性能應(yīng)符合表6.1.3的規(guī)定。表6.1.3柔性陽極主要性能最大輸出電流(mA/m)最低施工溫度(C)最小彎曲半徑(mm)無填充料有填充料5282-181502柔性陽極銅芯截面積為16mm2,陽極外徑為13mm。6.1.4鋼鐵陽極應(yīng)滿足下列要求：1鋼鐵陽極是指用角鋼、扁鋼、槽鋼或鋼管制作的陽極。2鋼鐵陽極的消耗率為810kg/(Aa)。6.2輔助陽極設(shè)計(jì)6.2.1輔助陽極位置的

17、選擇應(yīng)符合下列要求：1地下水位較高或潮濕低洼處。土壤電阻率50Qm以下的地點(diǎn)。土層厚，無石塊，便于施工處。4對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽極位置與被保護(hù)管道之間不宜有其他金屬構(gòu)筑物。5陽極位置與管道的垂直距離不宜小于50mo當(dāng)采用柔性陽極時(shí)，對(duì)于裸管道陽極的最佳位置是距管道10倍管徑處；對(duì)有良好覆蓋層的管道可同溝敷設(shè)，最近距離為0.3mo6.2.2陽極種類的選擇應(yīng)遵守下列原則：1在一般土壤中可采用高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極。2在鹽漬土、海濱土或酸性和含硫酸根離子較高的環(huán)境中，宜采用含銘高硅鑄鐵陽極。3在高電阻率的地方宜使用鋼鐵陽極。4覆蓋層質(zhì)量較差的管道及位于復(fù)雜管網(wǎng)或多地下金屬構(gòu)筑物

18、區(qū)域內(nèi)的管道可采用柔性陽極，但不宜在含油污水和鹽水中使用。6.2.3陽極埋設(shè)方式應(yīng)符合下列要求：1陽極可采用淺埋和深埋兩種方式。淺埋陽極應(yīng)置于凍土層以下，埋深一般不宜小于lm；深埋陽極埋深宜為15300m。2陽極通常采用立式埋設(shè)；在沙質(zhì)土、地下水位高、沼澤地可采用水平式淺埋；在復(fù)雜環(huán)境或地表土壤電阻率高的情況下可采用深埋陽極。6.2.4陽極地床填充料的使用應(yīng)符合下列要求：1陽極常用的填充料有焦炭粒、石油焦炭粒。2石墨陽極應(yīng)加填充料；高硅鑄鐵陽極宜加填充料，在沼澤地、流沙層可不加填充料;柔性陽極宜加填充料；鋼鐵陽極可不加填充料。3填充料的含碳量宜大于85%,最大粒徑宜小于15mm,填充料厚度一般

19、為100mm。當(dāng)采用柔性陽極時(shí)，填充料的最大粒徑宜小于3.2mm，填充料厚度為45mm預(yù)包覆焦炭粉的柔性陽極可直接埋設(shè)，不必采用填充料。6.2.5陽極地床還應(yīng)滿足下列要求：1輔助陽極地電場(chǎng)的電位梯度不應(yīng)大于5V/m,設(shè)有護(hù)欄裝置時(shí)不受此限制。2陽極填充料頂部應(yīng)放置粒徑為5lOmm左右的礫石或粗砂，礫石層宜加厚至地面以下5OOimn或在礫石上部加裝排氣管至地面以上。3陽極的引出導(dǎo)線和并聯(lián)母線應(yīng)為銅芯電纜，并應(yīng)適合于地下（或水中）敷設(shè)。4陽極的并聯(lián)母線與直流電源輸出陽極導(dǎo)線連接可通過接線箱連接，若陽極導(dǎo)線為鋁線，則應(yīng)采用銅鋁過渡接頭連接。7管道陰極保護(hù)附屬設(shè)施7.1測(cè)試樁7.1.1為了定期檢測(cè)管道

20、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置測(cè)試樁。各類測(cè)試樁及其設(shè)置原則一般為：1電位測(cè)試樁，匯流點(diǎn)及每公里處設(shè)一支；2電流測(cè)試樁，每58km處設(shè)一支；3套管、管道電位測(cè)試樁，每一套管處設(shè)一支；4絕緣接頭測(cè)試樁，每一絕緣連接處設(shè)一支；5跨接測(cè)試樁，與其他管道、電纜等構(gòu)筑物相交處設(shè)一支；6站內(nèi)測(cè)試樁，按需要數(shù)量設(shè)置。7.1.2管道測(cè)試樁按油氣流向排列編號(hào)，一般位于流向左側(cè)距管道中心線1.5m處。樁的標(biāo)志應(yīng)醒目。埋設(shè)要牢固穩(wěn)定。7.1.3用于測(cè)量管路電流的測(cè)試樁，應(yīng)將其測(cè)量段電阻值標(biāo)在樁的銘牌上，特殊功能的測(cè)試樁應(yīng)標(biāo)上特殊的標(biāo)記或說明。7.1.4測(cè)試樁可用鋼管、玻璃鋼和混凝土制作。位于套管處具有電位與電流測(cè)試功能的測(cè)試樁，其測(cè)試接線示意圖見圖7.1.4O7.2埋地型參比電極7.2.1參比電極基本要求是極化小、穩(wěn)定性好、壽命長。土壤中參比電極穩(wěn)定性要求是：鋅參比電極不大于3OmV；硫酸銅電極不大于10mVo工作電流密度不大于5nA/cn27.2.2埋地型鋅參比電極示意圖見圖7.2.2,電極材料為純度不小于99.995%、鐵雜質(zhì)含量小于0.0014%的高純鋅。電極填