SY T 0036-2000 埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范.pdf

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1、中华人民共和国石油天然气行业标准埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范SY/T 0036-2000批准部门:国家石油和化学工业局批准日期;2000-03-10实施日期:2000-10-01代替SYJ 36-1989总则1.0. 1为了统一埋地钢质管道(以下简称管道)强制电流阴极保护系统的设计，制定本规范。1. 0.2本规范适用于新建和已建管道外壁的强制电流阴极保护系统的设计。1.0.3管道强制电流阴极保护系统的设计，除执行本规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准规范的规定。2术语2. 0. 1 1-A极保护cathodic protection通过阴极极化控制电化学腐蚀的技术。阴极保护有牺性阳

2、极法和强制电流法.2.0.2强制电流impressed current又称外加电流。通过外部电源施加的电流。2.0.3浦助阳极impressed current anode旧称接地阳极。与强制电流电源的正极相连，仅限于以导电为目的的电极。土壤中常用的辅助阳极有石墨阳极、高硅铸铁阳极、钢铁阳极、磁性氧化铁阳极和柔性阳极。2,0.4最小保护电位minimum protective potential金属达到完全保护所需要的、绝对值最小的负电位值2.0.5最大保护电位maximum protective potential阴极保护条件下，允许的绝对值最大的负电位值。2.0.6测试桩test stat

3、ion从埋地管道上引出的，用于测量阴极保护参数的装置。2. 0. 7 IR降IR drop电流在介质中流动所造成的电阻压降。注:测量管道保护电位中IR降为有害误差，应予排除2.0.8腐蚀电位corrosion potential腐蚀体系中金属的电极电位。2.0.9自然电位natural potential无外部电流影响的腐蚀电位。2.0. 10极化电位polarized potential由于电流的流动引起电极/电解质界面电位的偏移称为极化，在极化状态下的电位称为极化电位。2.0. 11断电瞬间电位switch-off potential断电瞬间测得的管道腐蚀电位6，SY/T 0036-200

4、0注:断电电位中消除了IR降成分。3基本规定3. 1设计原则3.1.1管道强制电流阴极保护系统的设计，对其保护长度，根据工艺计算宜留有10%的余量。3. 1.2辅助阳极的设计寿命应与被保护管道相匹配.不宜小于20年。3. 1.3设计强制电流阴极保护系统时，应注意保护系统与外部金属构筑物之间的千扰影响，并按国家现行标准埋地钢质管道直流排流保护技术标准SY/T 0017的要求，采取相应的防护措施。3. 1.4电源的最大输出电压与最大输出电流之比应大于阴极保护回路的总电阻。3.2应用技术条件3.2. 1被保护的管道必须具有良好的纵向导电的连续性。对于非焊接连接的管道接头应增设跨接电缆3.2.2被保护

5、的新建管道应具有质量良好的覆盖层。3.2.3被保护管道应在下列位置装设绝缘接头或绝缘法兰，并应符合国家现行标准阴极保护管道的电绝缘标准SY/T 0086和绝缘法兰设计技术规定SY/T 0516的要求。I设计保护系统范围内管道与非保护对象连接处;2管道与厂、站、库、井的连接处;3干线管道与分支管道的连接处;1杂散电流强干扰区与非干扰区的分界处;5不同金属结合部位;6有覆盖层的管道与裸管道的交接部位;7其他需要的部位。3.2.4在使用金属套管的位置，管道应与套管电绝缘，套管两端应进行防水密封。套管内宜安装牺牲阳极保护套管内的输送管。3.2.5管道必须与支撑的墩台、管柱、管桥、固定墩、支座、管卡或混

6、凝土中的钢筋等电绝缘。然而，若管桥两端装有绝缘装置，已将管桥上管道与埋地管道相绝缘，那么这段管道可以直接敷设在管桥上而不必施加电绝缘。3.2.6被保护管道与其他管道、电缆交叉处必须电绝缘，并确保最小间距0. 3 m。必要时，应在两者之间垫以绝缘板隔开。3.3阴极保护准则3.3. 1埋地钢质管道阴极保护准则可采用下列任意一项或几项为判据:1在施加阴极电流的情况下，测得管/地电位为一850 mV(相对饱和硫酸铜参比电极，下同)或更负。注:正确解释管/地电位测量值，必须考虑测量方法中所含的IR降误差，通常采用下面的几个方法I)侧量或计算IR降;2)检查阴极保护系统以往的性能，3)评价管道及其环境的物

7、理和电性能;4)确定是否存在腐蚀的直接证据。2相对饱和硫酸铜参比电极的管/地极化电位为一850 mV或更负。3管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极化电位值最小为100 mV。这一准则可以用于极化的建立过程或衰减过程中。3.3一特殊条件的考虑对于裸钢表面或涂敷不良的管道，在预先确定的电流排放点(阳极区)确定净电流是从电解质699SY/T 0036-2000流向管道表面。2当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于。.5%时，通电保护电位应达到一950 mV或更负。3.3.3最大保护电位的限制应根据攫盖层种类及环境来确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准。推荐的最大保护电位为:石油沥青一1

8、. 50 V煤焦油瓷漆一3. 0 V环氧粉末一2. 0 V3.4其他3.4. 1强制电流阴极保护系统应与管道主体工程同时勘察、同时设计、同时施工。在强腐蚀性土壤环境中的管道应设计临时性阴极保护。3.4.2强制电流阴极保护系统的设计，应能满足正常管理中测量、覆盖层检漏及保护效果判断的要求，并为方便管理操作提供必要的技术条件。3.4.3长输管道有人值守的阴极保护间，应分为仪器间和工作间两部分，建筑等级和标准应与主体工程一致，使用面积不应小于25 m2,4工艺计算4.0.，强制电流阴极保护系统的设计参数，对新建管道可按下列常规参数选取。1自然电位:-0. 55 V;2最小保护电位:-0.85 V;3

9、最大保护电位:-1.25 V,4覆盖层电阻:1)石油沥青、煤焦油瓷漆:100000m2;2)塑料覆盖层:50 000 nm2，3)环氧粉末:50 000 dlMx;4)三层复合结构:100 000 dlm2;5)环氧煤沥青:5 000 dZm2,5钢管电阻率:低碳钢(20)0. 135 flmm /m16Mn钢0. 224 Slmm2 /m高强度钢0. 166。mm /m6保护电流密度应根据扭盖层电阻选取:在5 000-10 000 0 “ m2时取100-50 pA/m24.0.24.0.34.0.4700在10 000-50 000 S3 “ m2时取50 000 a “ m,时取1 Mn

10、;4绝缘电阻:2 MCI(电源进线对地);5抗交流干扰能力:12 V;6耐电压:1 500 V(电源线对机壳);7满载纹波系数:单相(10%，三相(8%,5.0.8恒电位仪印刷电路板一般应采取防潮、防盐雾、防细菌的措施。6辅助阳极6.1常用阳极6.1.1高硅铸铁阳极应满足下列要求:1高硅铸铁阳极的化学成分应符合表6.1.1-1的规定。表6.1.1-1离硅铸铁阳极的化学成分序号类型主要化学成分杂质含量SiMnCCrFePS1普通14. 25 -15. 250,5-0.80.80-1.05余量镇0. 25(0. 12加铬14. 25-15. 250. 5-0.80.8-1,44-5余量镇0.25镇

11、0.1高硅铸铁阳极的允许电流密度为5-80 A/m，消耗率应小于0. 5 kg/(A “ a).常用高硅铸铁阳极规格见表6. 1. 1-2.SY/T 0036-2000表6. 1.1-2常用高硅铸铁阳极规格序号阳极规格阳极引出导线规格直流(mm)长度(mm)截面积(.m,)长度(mm)1501 50010I 5002751 50010妻1 50031001 50010)1 5004阳极引出线与阳极的接触电阻应小于0.01 ,a，拉脱力数值应大于阳极自身质量的1.5倍，接头密封可靠，阳极表面应无明显缺陷。6.1.2石墨阳极应满足下列要求:1石墨阳极的石墨化程度不应小于81纬，灰分应小于。.5%,

12、2石墨阳极宜经亚麻油或石蜡浸渍处理.3石墨阳极的性能应符合表6.1.2-1的规定。4常用石墨阳极规格见表6. 1.2-2.农6. 1,2-1石皿阳极的主要性能密度(9cm)电阻率(Qmm /m)气孔率(%)消耗率仁kg/(Ae)1允许电流密度(A/m)1. i-2.29.5-11.025-300.6510表6.1.2-2常用石皿阳极规格序号阳极规格阳极引出导线规格直径(mm)长度(mm)截面积(mm)长度(mm)1751 00010)1 50021001 45010)1 50031501 45010)1 5005阳极引出线与阳极的接触电阻应小于0. 01 dl，拉脱力数值应大于阳极自身质量的1

13、. 5倍，接头密封可靠，阳极表面应无明显缺陷。6.1.3柔性阳极应满足下列要求:柔性阳极是由导电聚合物包夜在铜芯上构成，其性能应符合表6.1.3的规定。表6.1.3柔性阳极主要性能最大输出电流(.A/m)最低施工温度()最小弯曲半径(mm)无填充料有城充料5282一18150柔性阳极铜芯截面积为16钢铁阳极应满足下列要求:钢铁阳极是指用角钢、扁钢mmz，阳极外径为13 mm.、槽钢或钢管制作的阳极。SY/T 0036-20002钢铁阳极的消耗率为8-10 kg/(Aa).6.2辅助阳极设计6.2.1辅助阳极位置的选择应符合下列要求:1地下水位较高或潮湿低洼处。2土壤电阻率50n“m以下的地点。

14、3土层厚，无石块，便于施工处。4对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极位置与被保护管道之间不宜有其他金属构筑物。5阳极位置与管道的垂直距离不宜小于50 m。当采用柔性阳极时，对于裸管道阳极的最佳位置是距管道10倍管径处;对有良好覆盖层的管道可同沟敷设，最近距离为。.3 ma6.2.2阳极种类的选择应遵守下列原则:1在一般土壤中可采用高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极。2在盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极。3在高电阻率的地方宜使用钢铁阳极。4覆盖层质量较差的管道及位于复杂管网或多地下金属构筑物区域内的管道可采用柔性阳极，但不宜在含油污水和盐水中使用。6.2.3阳极

15、埋设方式应符合下列要求:1阳极可采用浅埋和深埋两种方式。浅埋阳极应置于冻土层以下，埋深一般不宜小于1 m;深埋阳极埋深宜为15-300 me2阳极通常采用立式埋设;在沙质土、地下水位高、沼泽地可采用水平式浅埋;在复杂环境或地表土壤电阻率高的情况下可采用深埋阳极。6.2.4阳极地床填充料的使用应符合下列要求:1阳极常用的填充料有焦炭粒、石油焦炭粒。2石墨阳极应加填充料;高硅铸铁阳极宜加填充料，在沼泽地、流沙层可不加填充料;柔性阳极宜加填充料;钢铁阳极可不加填充料。3填充料的含碳量宜大于85%，最大粒径宜小于15 mm，填充料厚度一般为100 mm。当采用柔性阳极时，填充料的最大粒径宜小于3. 2

16、 mm,填充料厚度为45 mm。预包覆焦炭粉的柔性阳极可直接埋设，不必采用填充料。6.2.5阳极地床还应满足下列要求:1辅助阳极地电场的电位梯度不应大于5 V/m，设有护栏装置时不受此限制。2阳极填充料顶部应放置粒径为5-10 mm左右的砾石或粗砂，砾石层宜加厚至地面以下500 mm或在砾石上部加装排气管至地面以上。3阳极的引出导线和并联母线应为铜芯电缆，并应适合于地下(或水中)敷设。4阳极的并联母线与直流电源输出阳极导线连接可通过接线箱连接，若阳极导线为铝线，则应采用铜铝过渡接头连接。7管道阴极保护附属设施7.1测试桩7.1.1为了定期检测管道强制电流阴极保护参数，应根据需要设置测试桩。各类

17、测试桩及其设置原则一般为:1电位测试桩，汇流点及每千米处设一支;2电流测试桩，每5-8 km处设一支;3套管、管道电位测试桩，每一套管处设一支;4绝缘接头测试桩，每一绝缘连接处设一支;SY/T 0036-20005跨接测试桩.与其他管道、电缆等构筑物相交处设一支;6站内测试桩，按需要数量设置。7. 1.2管道测试桩按油气流向排列编号，一般位于流向左侧距管道中心线1. 5 m处。桩的标志应醒目，埋设要牢固稳定7.1.3用于测量管路电流的测试桩，应将其测量段电阻值标在桩的铭牌上，特殊功能的测试桩应标上特殊的标记或说明。7.1.4测试桩可用钢管、玻璃钢和混凝土制作。位于套管处具有电位与电流测试功能的

18、测试桩，其测试接线示意图见图7. 1. 4,7.2埋地塑参比电极7.2. 1参比电极基本要求是极化小、稳定性好、寿命长。土壤中参比电极稳定性要求是:锌参比电极不大于1-30 mV;硫酸铜电极不大于士10 mV。工作电流密度不大于5 i-A/cm ,7.2.2埋地型锌参比电极示意图见图7. 2. 2，电极材料为纯度不小于99. 995%、铁杂质含量小于。.00140的高纯锌。电极填包料应符合国家的现行标准埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范SY/T 0019的规定。单位:例们1和2-管线电流侧试头，2一电位测试头;3-套管侧试头;1,2,3一每端两处铝热焊接;4一套管;5一公路，6-标牌书?一接

19、线端子;8一管道图7.1.4测试桩示意图单位:mm1一棉布袋;2一填包料;3锌电极;4一接头密封护管5一电缆护管,6一电缆图7.2.2埋地型锌参比电极示意图706SY/T 0036-20007.2.3参比电极埋设位置应尽量靠近管道，以减轻土壤介质中的IR降影响;对于热油管道要注意热力场对电极性能的不良影响。7.3导线敷设7.3.，强制电流阴极保护系统中，所有连接导线宜采用电缆直接埋地敷设，也可采用架空线方式。电缆、架空线和测试桩引线宜采用下列型号:电缆VV-1 kV型架空线LGJ型测试桩引线BVV,BVR型7.3.2直埋电缆、架空线的安装应符合现行国家标准低压配电设计规范GB 50054和电气

20、装置安装工程低压电器施工及验收规范HGB 50254的规定。对于年平均雷暴日超过30 d的地区，架空线路应装设避雷装置。7. 3. 3电缆与管道的连接，应采用铝热焊或锡焊。确保机械牢固可靠，导电性能良好。焊接处裸露的管壁及导线，均应采用与管道覆盖层相适应的材料防腐绝缘。8系统调试8.0. 1强制电流阴极保护系统，在投人运行之前应进行一次系统测试。测试方法应按国家现行标准埋地钢质管道阴极保护参数测试方法SY/T 0023的规定进行。8.0.2系统参数测试包括以下项目:I沿线土壤电阻率;2管道自然电位;3辅助阳极区的土壤电阻率;4辅助阳极接地电阻;5孩盖层电阻(可结合阴极保护调试)。8.0.3应对管道电绝缘装置(套管绝缘支撑、绝缘接头、支架等)的绝缘性能进行检测。8.0.4阴极保护系统调试应包括以下项目:1仪器输出电流、电压;2管道电流;3保护电位。