【国家标准(GB)】 埋地钢质管道阴极保护技术规范

ICS75.200
中华人民共和国国家标准
GB/T21448—2008
埋地钢质管道阴极保护技术规范Specification of cathodic protection for underground steel pipeline(ISO 15589-1:2003,Petroleum and natural gas industriesCathodic protection of pipeline transportation systemsPartl:On-landpipelines,NEQ)
2008-02-13发布
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
2008-08-01实施
GB/T21448-2008
1范围
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
技术规定
强制电流系统
栖牲阳极系统
测试及监控装置的设置
附加措施
管理与维护
附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）
参考文献
阴极保护计算公式
条文说明
GB/T21448—-2008
本标准在吸收了ISO15589-1：2003《管道输送系统的阴极保护第1部分：陆上管道》主要内容基础上，结合我国管道阴极保护实践编制而成，本标准与ISO15589-1：2003的一致性程度为非等效，主要差异如下：
-将SY/T0019—1997《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》和SY/T0036—2000《理地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》两项石油行业标准中的相关内容纳人了本标准：按照汉语习惯对一些编排格式进行了修改；将一些适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述。本标准发布之日起，SY/T0019—1997和SY/T0036—2000两项石油行业标准同时废止。本标准的附录A为规范性附录，附录B为资料性附录。本标准由中国石油天然气集团公司提出。本标准由石油工程建设专业标准化委员会归口。本标准由中国石油天然气管道工程有限公司负责起草。本标准主要起草人：胡士信、张本革、石薇、熊信勇、龚亮、高红、董旭、陈枫、靳刚、葛艾天、何悟忠、梁峰。
本标准为首次发布。
zsoso.com1范围
理地钢质管道阴极保护技术规范GB/T21448—2008
本标准规定了埋地钢质管道（以下简称管道）阴极保护设计、施工、测试与管理的最低技术要求。本标准适用于埋地钢质油、气、水管道的外壁阴极保护，其他埋地钢质管道可参照执行。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用节，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准送我协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T3620.1钛及钛合金牌号和化学成分GB/T10123金属和合金的腐蚀，基本术语和定义GB/T21246理地钢质管道阴极保护参数测量方法GB50058爆炸和火灾危险电力装置设计规范GB50217电力工程电缆设计规范
SY/T0086
阴极保护管道的电绝缘标准
SY/T0095埋地镁牺性阳极试样试验室评价的试验方法SY/T0096强制电流深阳极地床技术规范3术语，定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T10123确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1.1
阳极填料anodebackfill
填塞在阳极四周的低电阻率材料，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。
跨接bond
采用金属导体（多为铜质导体）连接同一构筑物或不同构筑物上的两点，用于保证两点之间电连续性的一种作法。
直流去耦装置d.c.decoupling device一种保护装置，当超过预先设定的极限电压时可导通电流。例如：极化电池、火花间隙、二极管保护器。3.1.4
汇流点 drain point
阴极电缆与被保护构筑物的连接点，保护电流通过此点流回电源。3.1.5
地床groundbed
埋地的牺性阳极或强制电流辅助阳极系统。
oso.comGB/T21448—2008
辅助阳极impressed-current anode由外部电源提供强制保护电流用于构筑物阴极保护的电极。3.1.7
（电位）缺陷定位测量技术intensive measurement technique同时测量管地电位与垂直方向土壤电位梯度的技术。注：通过精确测量技术可以辨别防腐层缺陷并测得缺陷处的无IR降电位3.1.8
IR降IRdrop
根据欧姆定律，由于电流的流动在参比电极与金属管道之间电解质上产生的电压。3.1.9
极化电位polarized potential
无IR降电位
不含保护电流或其他电流IR新实测的构筑物对电解质电位。3.1.10
绝缘接头isolatingjoint
安装在两管段之间用于随断电连续的电绝缘组件。例如：整体型绝缘接头绳缘法兰、绝缘管接头。3.1.11
测试桩 test post
测试装置
布设在理地管道上，用于监测与测试管道阴极保护参数的附属设施。3.1.12
通电电位on potential
阴极保护系统持续运行时测量的构筑物对电解质电位。3.1.13
断电电位off potential
瞬时断电电位
断电瞬间测得的构筑物对电解质电位。注：通常情况下，应在切断阴极保护电源后和极化电位尚未衰减前立刻测得的电位。3.1.14
远方大地
remote earth
任何两点之间没有因电流流动引起的可测量的电压的区域。注：该区域一般存在于接地电极，接地系统、辅助阳极地床或受保护的构筑物的影响区以外。3.1.15
杂散电流
stray current
在非指定回路中流动的电流。
3.2缩略语
密闭循环蒸气发电机组
CIPS 密间隔电位测量
3.2.3
铜/饱和硫酸铜参比电极
DCVG 直流电位梯度测量
应力腐蚀开裂
饱和KCI甘汞电极
硫酸盐还原菌
热电发生器
4技术规定
4.1一般规定
GB/T21448—2008
4.1.1新建管道应采用防腐层加阴极保护的联合防护措施或其他业已证明有效的腐蚀控制技术，已建带有防腐层的管道应限期补加阴极保护措施，4.1.2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理地六个月内不能投人运行时，应采取临时性阴极保护措施：在强腐蚀性土壤环境中，管道在埋人地下时就应施加临时阴极保护措施，直至正常阴极保护投产，对于受到直流杂散电流干扰影响的管道，阴极保护（含排流保护）应在三个月之内投人运行
4.1.3管道阴极保护可分别采用牺性阳极法，强制电流法或两种方法的结合，设计时应视工程规模、土壤环境、管道防腐层质量等因素，经济合理地选用。4.1.4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护可能无效或部分无效，在设计时应给予考虑。4.1.5本标准应在有资格的腐蚀工程师，或具有实践经验的腐蚀专家指导下使用。4.2管道条件
4.2.1电绝缘
4.2.1.1—般原则
件下，阴极保
阴极保护管道应与公共或场区接地系统电绝缘，经测试确认所提供的道保护电流足以抵消其接地系统造成的电流损失时除外。当管道处在交流高压输电系统感应影响范围内时，管道上可能产中超过绝缘接头绝缘能力的高压危险电涌冲击，电绝缘装置应当采用接地电池、极化电池或避雷器保护。阴极保护管道应与非保护构筑物电绝缘，电绝缘的设计，材料尺寸和结构应当符合SY/T0086的要求。电绝缘的主要形式有：绝缘接头（或绝缘法兰）：
绝缘短管：
绝缘管接头：
套管内绝缘支撑；
管桥上的绝缘支架；
-其他。
4.2.1.2电绝缘装置安装位置
可在管道的下列位置处设置绝缘接头，但不局限于此：
GB/T21448—2008
支线管道连接处：
不同防腐层的管段间；
不同电解质的管段间（如河流穿越处）；交、直流干扰影响的管段上；
一实施阴极保护的管道与未保护的设施之间。4.2.1.3电绝缘装置的安装
安装前，在干燥的空气中，用1000V绝缘摇表对电绝缘装置进行检测，绝缘两侧的电阻值应大于10M0.
当采用绝缘法兰时，应对法兰采取适当防护措施，以保绝缘性能不受外来物的影响。对于输送导电介质的管道，应在绝缘接头阴极（负电位）侧的内表面涂敷内涂层，涂刷长度应根据输送介质的电阻率计算足以避免干扰电流腐蚀为准。所有密封、涂料、绝缘材料应能适应所输送的介质。4.2.2电连续性
对于钢质管道的非焊接管道连接头，应在管道接头处安装永久性跨接。4.2.3接地
与阴极保护管道相连接的接地装置主要有机电装置上的安全接地、减轻感应影响的排流接地、用于监控和信号传输的工作接地，应采用锌接地极，在交流干扰影响区域，测试人员可触及到的管道位置应埋设均压接地装置，可使用螺旋形带状锌阳极。
所有接地装置均不得对管道阴极保护造成不利的影响。4.3阴极保护准则
4.3.1一般情况
4.3.1.1管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位，下同）应为一850mV(CSE）或更负。4.3.1.2阴极保护状态下管道的极限保核电位不能比-1200mV(CSE）更负。4.3.1.3对高强度钢（最小届服强度大50MPa)和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢，双相不锈钢等，极限保护电位则要根据实际析氢电位来减。其保护电位应比一850mV（CSE）稍正，但在一650mV至一750mV的电位范围内，管道处于高pH值SCC的敏感区，应予注意。在厌氧菌或SRB及其害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为一950mV（CSE）或4.3.1.4
更负。
4.3.1.5在土壤电阻率1008.m至10002·m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-750mV（CSE）：在土壤电阻率。大于Q000Q·m的环境中的管道，阴极保护电位宜负于一650mV（CSE）。4.3.2特殊考虑
当4.3.1准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV的判据。注：在高温条件下，SRB的土壤中存在杂散电流干扰及异种金属材料偶合的管道中不能采用100mV极化准则。4.4设计资料及现场勘察
4.4.1设计所需资料
管道阴极保护系统设计时，需要下列技术资料：管道参数，如长度、直径、壁厚、材料的类型与等级、防腐层种类及等级、运行温度曲线、设计压力；
输送介质；
阴极保护系统设计寿命；
管道走向的带状图纸，图中标明已有的阴极保护系统，已有的外部构筑物及管道的电缆等；阴极保护设备的环境条件：
地形地貌和土壤性能，包括土壤电阻率、pH值及引起腐蚀的细菌；
气候条件、冻土层等；
高压输电线路或埋地高压电缆的位置走向及额定电压，阀室和调压站的位置
穿越河流、铁路、公路的位置和结构；套管的结构和位置：
管沟回填材料种类：
绝缘接头的类型与位置：
GB/T21448-2008
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，接地系统的类型与位置；
电源的可利用性；
临近可用于远距离监测的遥测系统的类型与位置。4.4.2现场勘察
现场勘察所测项目不得少于下列内容：阳极地床区域不同深度的土壤电阻率；可能的细菌活动的腐蚀条件；
交、直流干扰源特定参数及与管道的关系；4.4.1中收集到的资料不能满足设计要求的项目。5强制电流系统
5.1电源
5.1.1基本要求
强制电流阴极保护对交流电源的基本要求：长期不间断供电：
应优先使用市电或使用各类站场稳定可蒙前交流电源；当电源不可靠时，应装有备用电源或不商新供电专用设备5.1.2无电地区的电源
对于无交流市电的地区，可根据气象资料和所输介质选用：太阳能电池、风力发电机、TEG、CCVT等直流电源。
5.1.3电源设备
强制电流阴极保护电源设备的基本要求：可靠性高；
维护保养简便：
寿命长；
对环境适应性强；
输出电流、电压可调：
具有抗过载、防雷、抗于扰、故障保护等功能。5.1.4电源设备的选择
强制电流阴极保护电源设备，一般情况下应选用整流器或恒电位仪。当管地电位或回路电阻有经常性较大变化或电网电压变化较大时，应使用恒电位仪。在选择电源设备时，包括下列内容：与交流电源连接的匹配性：
整流器或恒电位仪的类型；
相关参数的显示；
o.comGB/T21448—2008
冷却方式（空冷或油冷）；
输出控制的方式：
设备保护与安全要求；
标识和铭牌
5.1.5电源设备的安全要求
在防爆区域使用的电源设备应符合GB50058的要求。5.1.6功率选择
电源设备输出功率的选择应根据附录A进行。5.2辅助阳极地床
5.2.1一般要求
5.2.1.1辅助阳极地床（以下简称地床）的设计和选址应满足以下条件：在最大的预期保护电流需要量时，地床的接地电阻上的电压降应小于额定出电压的70%：避免对邻近埋地构筑物造成干扰影响。5.2.1.2阳极地床有深井型和浅埋型，在选择时应考虑：岩土地质特征和土壤电阻率随深度的变化；地下水位；
不同季节土壤条件极端变化：
地形地貌特征：
屏蔽作用；
第三方破坏的可能性。
5.2.2深井阳极地床
存在下面一种或多种情况时，应考虑采用深井阳极地床：深层土壤电阻率比地表的低；
存在邻近管道或其他埋地构筑物的屏蔽；浅理型地床应用受到空间限制；一对其他设施或系统可能产生干扰。csres.com
深井阳极地床的设计、安装、运行与维护等技术要求应符合SY/T 0096的规定。在计算地床电阻时，应采用位于阳极段长度中点深度的土壤电阻率值，并应考虑不同层次土壤电阻率差异的影响。5.2.3浅埋阳极地床
5.2.3.1与5.2.2条件相反时应采用浅埋型地床。5.2.3.2浅埋阳极地床有水平式和立式两种方式，应置于冻土层以下，埋深不宜小于1m。5.2.4辅助阳极
5.2.4.1常用的辅助阳极有：高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极、柔性阳极、金属氧化物阳极等，其主要性能要求见5.2.5。bZxz.net
5.2.4.2选用阳极材料和质量应按阴极保护系统设计寿命期内最大预期保护电流的125%计算。5.2.4.3阳极地床通常使用冶金焦炭、石油焦炭、石墨填充料，使用时应符合下列要求石墨阳极、高硅铸铁阳极应加填充料：在沼泽地、流沙层可不加填充料，钢铁阳极可不加填充料；预包覆焦炭粉的柔性阳极可直接埋设，不必采用填充料；填充料的含碳量宜大于85%，最大粒径应不大于15mm。5.2.4.4辅助阳极接地电阻、寿命和阳极数量计算见附录A。5.2.5常用辅助阳极主要性能
5.2.5.1高硅铸铁阳极的化学成分应符合表1的规定。阳极的允许电流密度为5A/m~80A/m，6
o.comGB/T21448—2008
消耗率应小于0.5kg/（A·a）。阳极引出线与阳极的接触电阻应小于0.01Q，拉脱力数值应大于阳极自身质量的1.5倍，接头密封可靠。阳极引线长度不应小于1.5m，阳极表面应无明显缺陷。表1高硅铸铁阳极的化学成分
14.25~15.25
14.25~15.25
主要化学成分的质量分数/%
0.80~1.05
杂质质量分数/%
石墨阳极的石墨化程度不应小于81%，灰分应不大于0.5%，阳极宜经亚麻油或石蜡浸渍处理，阳极的性能应符合表2的规定。阳极引出电缆与阳极的接触电阻应小于0.01Q，拉脱力数值应大于阳极自身质量的1.5倍，接头密封可靠阳极电缆长度不应小于1.5m，阳极表面应无明显缺陷。右墨阳极的主要性能
密度/
(g/cml）
电阻率/
(2.mm2/m）
气孔率/
消耗率/
[kg/(A*a)]
充许电流密度/
(A/m2)
5.2.5.3柔性阳极是由导电聚合物包覆在铜芯上构成，其性能应符合表3的规定，阳极铜芯截面积为16mm，阳极外径为13mm@
最大输出线电流度/（mA/m）
无填充料
有填充料
柔性阳极主要性能
最低施工温度/
最小弯曲半径/
5.2.5.4钢铁阳极是指角钢、扁钢、槽钢、钢管制作的阳极或其他用作阳极的废弃钢铁构筑物，阳极的消耗率为8kg/（A·a）~10kg/(A·a）5.2.5.5混合金属氧化物阳极基体材料采用工业纯钛，其化学成分应不低于GB/T3620.1中对TA2的要求，在土壤环境中（带有填料）金属氧化物阳极的工作电流密度为100A/m阳极与电缆接头的接触电阻应小于0.012。
6性阳极系统
6.1总则
牺性阳极系统适用于敷设在电阻率较低的土壤里、水中、沼泽或湿地环境中的小口径管道或距离较短并带有优质防腐层的大口径管道。选用牺性阳极时，考虑的因素如下：无合适的可利用电源；
电器设备不便实施维护保养的地方；临时性保护；
强制电流系统保护的补充；
永久冻土层内管道周围土壤融化带；保温管道的保温层下。
牺性阳极的应用条件是：
土壤电阻率或阳极填包料电阻率足够低；所选阳极类型和规格应能连续提供最大电流需要量；阳极材料的总质量能够满足阳极提供所需电流的设计寿命。牺性阳极上应标记材料类型（如商标）、阳极质量（不包括阳极填料）、炉号。GB/T21448—2008
6.2锌合金栖牲阳极
6.2.1棒状锌阳极
锌合金牺牲阳极成分见表4，锌合金栖牲阳极的电化学性能见表5。表4锌合金性阳极化学成分
其他杂质
密度/（g/cm）
开路电位/V
锌合金主要化学成分的质量分数/%0.1~0.5
0.025~0.07
总含量0.1
高纯锌主要化学成分的质量分数/%N0.005
棒状锌合金性阳极的电化学性能锌合金、高纯锌
理论电容量/（A·h/kg）
电流效率/%
发生电容量/（A·h/kg）
消耗率/[kg/（A*a）
电流效率/%
发生电容量/(A·h/kg）
消耗率/[kg/(A·a)
相对SCE
在海水中，
3mA/cm条件下
在土壤中，
0.03mA/cm条件下
如果在相似土壤环境中的阳极性能能够被证明可靠且有证据支持时，其他成分的餐合金栖性阳极也可以使用。
6.2.2带状锌阳极
带状锌合金牺牲阳极的电化学性能见表6。带状锌合金栖性阳极的规格及尺寸表7，截面图例见图1。带状锌合金性阳极的电化学性能表6
锌合金
高纯锌
开路电位/V
相对SCE
和对CSE
注：实验介质为人造海水。
阳极规格
截面尺寸D×Da/mm
阳极带线质量/（kg/m）
钢芯直径4/mm
标准卷长/m
标准卷内径/mm
钢芯的中心度偏差/mm
理论电容基
(A-h/kg)
实际出/
表7带状锌合金牺牲阳极的规格及尺寸ZR-1
25.40X31.75
15.88X22.22
12.70X14.28
—2~+2
注：阳极规格中Z代表锌，R代表带状，后面数字为系列号8
电流效率/
8.73X10.32
6.3镁合金栖性阳极
6.3.1棒状镁阳极
图1带状锌阳极的截面示意图
钢芯直径典
GB/T21448—2008
镁合金牺牲阳极的性能测试应当按照SY/T0095进行，镁合金牺性阳极化学成分见表8，镁合金牺性阳极的电化学性能见表9。
表8镁合金牺牲阳极的化学成分
标准型主要化学成分的质量分数/%5.3~6.7
0.15~0.60
镁锰型主要化学成分的质量分数/%N0.010
0.50~1.30
表9镁合金牺性阳极的电化学性能?
密度/（g/cm）5
开路电位/V
理论电容量/（A·h/kg）
电流效率/%
发生电容量/(A·h/kg）
消耗率/［kg/（A·a)]
电流效率/%
发生电容量/（A·h/kg）
消耗率/Lkg/（A·a)
标准型
镁锰型
相对SCE
在海水中，
3mA/cm条件下
在土壤中，
0.03mA/cm条件下
如果在相似土壤环境中的阳极性能能够被证明可靠且有证据支持时，其他成分的镁合金牺性阳极也可以使用。

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