1、Q/SY GD 0013.1 2009 目 次 前言 . 1 范围 . .1 2 规范性引用文件 1 3 一般规定 1 4 保护准则 2 5 设计前的资料收集 3 6 设计与计算 3 7 辅助阳极的设计 6 8 电源设备 7 9 牺牲阳极设计 8 10 检测系统 .8 11 设计调整 .9 Q/SY GD 0013.1 2009 前 言 Q/SY GD0013区域性阴极保护技术规范分为3个部分： 第1部分：区域性阴极保护设计 第2部分：区域性阴极保护施工及验收 第3部分：区域性阴极保护运行管理 本部分为Q/SY GD0013的第1部分。 本部分修订了Q/SY GD0013.1-2001，修订过
2、程中广泛征求了相关单位的意见，参阅了区域性阴极保护技术规范Q/SY29.129.3-2002、AS 2832.2:2004金属的阴极保护第2部分：密集埋地结构，并总结管道公司实践经验和技术发展编写完成。 本部分在编制过程中替换了已废止的规范性引用文件及其在本部分中的相关内容， 主要增加了以下内容： 1）补充了设计的一般要求。 2）更新了保护准则。 3）增加了实现干扰电流最小化的方法。 4）增加了干扰控制指标。 本部分由中国石油管道公司标准化技术委员会提出并归口。 本部分起草单位：中国石油管道公司管道科技研究中心、管道公司管道处。 本部分主要起草人：刘玲莉、陈洪源、赵君、张永盛、王富才、刘志刚、
3、张俊义。 本部分所代替标准历次版本的发布情况： Q/SY GD 0013.1-2001 Q/SY GD 0013.1 2009 1区域性阴极保护技术规范 第1部分：设计 1 范围 本部分规定了区域性阴极保护设计的技术要求。 本部分适用于石油、天然气生产企业场、站、库内的区域性阴极保护,其它埋地金属结构的区域性阴极保护可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过Q/SY GD0013的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，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部分，然而，鼓励根据本部分达成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
4、文件，其最新版本适用于本部分。 GB 15599 石油与石油设施雷电安全规范 GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范 GB 50058 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 SY/T 0086 阴极保护管道的电绝缘标准 SY/T 0088 钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准 3 一般规定 3.1 新建工程埋地钢质管道及储罐阴极保护应与主体工程同时设计、同时施工。投运时间一般不应超过埋地后6个月。对于已投产的工程，宜增设区域性阴极保护系统。 3.2 新建储罐底板下中心位置应埋设长效参比电极，已建罐底板下中心位置宜埋设长效参比电极。 3.3 设计中应考虑相关的规定和要求，包括管理
5、规定、安全及环境保护要求、现场管理及测试要求；环境及被保护系统对电源设备、阳极材料等的要求，确保系统寿命。 3.4 设计应给保护区内被保护结构提供足够的保护电流并能够随时间变化进行调节，确保满足保护准则要求。 3.5 被保护构筑物应保证导电的连续性，对于非焊接连接的钢管接头以及共同保护的非电性连接管线之间应采用焊接电缆跨接。在保护系统与非保护系统之间宜安装绝缘法兰或绝缘接头。 3.6 实施区域性阴极保护应具备的电绝缘条件： a) 阴极保护的金属结构应与电解质土壤保持一定程度的电绝缘。埋地钢质管道应有良好的绝缘防腐层，但对地上储罐底板外壁不做要求； b) 在限定保护范围边界处应设置绝缘接头或绝缘
6、法兰，绝缘接头或绝缘法兰的设计应符合SY/T 0086要求；对于已建设施实施区域阴极保护，加装绝缘接头或绝缘法兰确实有困难的，Q/SY GD 0013.1 2009 2 不做强制性要求，但设计时要充分考虑因此造成的电流漏失并适当增加系统容量； c）对于含电解质的管道，应在法兰两侧一定距离增加内涂层保护； d) 设计中应考虑非保护构筑物或改扩建工程纳入保护系统的可能性； e）架空的金属支撑墩（架）应有电绝缘。 3.7 设计应对保护系统的阳极地床、绝缘件、电缆、测试桩等设施进行合理布置与定位。阳极床、埋地电缆在地面上应设有标志。 3.8 保护系统中各保护对象之间应设电流调控设施。 3.9 设计应考
7、虑： a） 区域阴极保护系统不会对外部金属结构造成干扰； b） 白蚁等环境因素对电缆的破坏； c） 碱性条件对铅、铝以及锌等材料的侵蚀； d） 异种金属和合金与钢结构可能导致的电偶腐蚀。 3.10 对新建工程，埋地钢结构之间的距离宜不小于300mm，以减少屏蔽和干扰。 3.11 站内管道穿越不宜采用金属套管。 3.12 在有多种地下金属设施的区域，阴极保护系统应以最小保护电流保护埋地金属设施免遭腐蚀，保护电流最小化的方法包括： a）在保护对象上采用最高标准的涂层； b）采用分布式阳极； c）强制电流阳极尽可能地远离外部结构； d）采用深井阳极； e）采用大量分布式小输出保护系统，而不采用少量大
8、输出保护系统； f）严格控制电流输出和保护对象的电位； g）将阳极地床放置在低电阻率的土壤中。 4 保护准则 4.1 管道阴极保护准则可采用以下一项或多项作为判据。 a）管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位，下同）应为-850mV（CSE）-1200mV（CSE）； b）对于高强度钢（最小屈服强度大于550MPa）和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢、双相不锈钢等，极限保护电位要根据实际析氢电位来确定；不锈钢和其它耐蚀合金钢的最小保护电位宜比-850 mV（CSE）更正。 c）在含有厌氧菌、SRB（指硫酸盐还原菌）及其它有害菌的土壤环境下，管道阴极保护电位应为-950 mV（CSE）或更负； d）在
9、土壤电阻率为100m 1000m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1000m的环境中的管道，阴极保护电位宜负于-650mV（CSE）。 4.2 储罐罐底外壁阴极保护准则可采用以下一项或多项作为判据。 Q/SY GD 0013.1 2009 3a）在施加阴极保护的情况下，测得罐/地电位为-850 mV -1200mV（ CSE，下同） 注：在正确解释罐/地电位测量时，必须考虑测量方法中所含的IR降误差。 b）罐/地极化电位为-850mV -1200mV。（一种常见的极化电位测量方法是采用“瞬时断电”技术 4.3 当4.1、4.2准则难以达到时，可采用阴极极
10、化或去极化电位差大于100 mV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100 mV极化准则。 5 设计前的资料收集 5.1 设计应收集的基础资料包括： a) 保护区域平面布置图； b) 保护对象的种类、数量、建造日期、腐蚀历史现状、整改大修历史及相关图纸、资料； c) 保护对象之间的电连续性、保护对象与外围金属结构的电绝缘； d) 拟保护埋地管道的防腐类型级别、技术现状； e) 拟保护储罐的容量、储存介质工作温度、储存介质进出罐频次、罐底沉积水高度； f) 拟保护储罐避雷防静电接地型式、材质及数量； g) 保护区内机、泵、炉等设备接地型式
11、、材质及数量； h) 保护区外围金属结构的类型、数量； i) 现有邻近阴极保护系统的布局及其运行参数； j) 可能存在的其它电干扰源； k) 危险区边界； l) 保护区地层结构、不同地层深度的土壤类型及土壤电阻率； m) 保护区地下水位、冰冻线深度、基岩深度； n) 保护区内管道地、储罐地自然电位； o) 可供选择的供电电源; p) 保护电流需求、杂散电流干扰及其它相关测试数据。 5.2 设计时，应保存所搜集的基础资料并记录如下内容，设计完成后一并提交给业主： a) 绝缘装置、测试装置的设计及位置； b) 土壤电阻率、结构/地电位、电流需求等的测试结果、测试地点和方法； c) 为进行阴极保护设
12、计而进行的其它测试详情； d) 测试日期、测试人姓名。 6 设计与计算 6.1 保护方式选择 6.1.1 强制电流方案是阴极保护的主要方式，对于强制电流方式设计时应注意以下问题： a) 有可靠的电源； Q/SY GD 0013.1 2009 4 b) 不能对周围金属构筑物及外部干线造成干扰腐蚀； c) 合理的选择辅助阳极地床的位置及埋设方式； d) 符合防爆安全规定； e) 在地质条件允许情况下，应优先考虑采用深阳极地床； f) 采用多组阳极地床时，控制点的选择应有利于各组阳极的均衡排流，单组辅助阳极地床的工作电流不宜过大，在地面形成的跨步电压应m。 6.1.2 钢质储罐的底板外保护一般采用强
13、制电流，必要时也可采用牺牲阳极方式，对于大型储罐（5000m3）以及土壤电阻率太低（5m）的地区不推荐采用牺牲阳极保护方式。 6.1.3 钢质储罐的内保护一般采用牺牲阳极，要求有良好的防腐涂层配合保护。 6.2 钢质储罐的防雷防静电接地 6.2.1 钢质储罐的防雷防静电接地应符合安全生产的规定和阴极保护的要求。 6.2.2 钢质储罐的防雷防静电接地电极宜采用锌合金材料,可选用常规棒状锌合金阳极或专门的锌合金接地极。 6.2.3 钢质储罐的保护电位在消除IR降影响后应相当于或略负于锌合金的电位。可采用控制电流的措施进行调整。 6.2.4 每组锌合金接地极的汇接电缆与储罐接地引下线可用铜鼻以螺拴方
14、式连接，电缆与铜鼻宜用压线钳压接。 6.2.5 锌合金接地极的埋设要符合GB 15599的防雷防静电接地规定要求。对已建储罐一般应按原防雷防静电接地电极的位置埋设。 6.2.6 钢质储罐采用牺牲阳极方式时，牺牲阳极可兼做接地极，其用量要服从防雷防静电接地要求，应使每组接地极的接地电阻小于4。 6.3 管道及储罐底板外阴极保护电流计算 6.3.1 管道保护电流计算 IpSp Jp DpL Jp (1) 式中: Ip区域内管道保护电流，A ； Sp被保护管道的表面积，m2； Jp保护电流密度，Am2； Dp外径，m ； L 长度，m 。 式（1）中保护电流密度的选取：对于新建管道根据防腐层绝缘特性
15、参数选取；旧管道以实测值为依据,没有实测数据时，可按1mA/m210mA/m2选取。 6.3.2 储罐底板外保护电流计算 tottottoJDJSI =4200(2) Q/SY GD 0013.1 2009 5式中: Ito单罐保护电流，A ； Sto罐底板面积，m2； Dto罐底板直径，m ； Jto保护电流密度，A/m2。本公式中保护电流密度推荐值：1mA/m25mA/m2。 6.3.3 在设备接地、支架（墩）等不能进行彻底绝缘处理的情况下，计算的总保护电流要根据具体情况适当增加。 6.3.4 外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护设计其它计算按GB/T 21448-2008附录A进行。 6.
16、4 储罐内保护电流计算 6.4.1 经过脱水处理的原油储罐内壁板保护高度一般取2.0m2.5m，其它储罐视罐底沉积电解质（水）高度而定； 6.4.2 储罐内保护电流计算： tititttiittiJSHDDJSI += )4(020(3) 式中: Iti储罐内保护电流,A ； H 储罐内壁板保护高度，m ； Jti 储罐内保护平均保护电流密度，mA/m2； Sti罐内部件表面积，m2； Sti罐内被保护的壁板和底板总表面积，m2； 其余同式（2）。 本公式中保护电流密度推荐值:裸钢，100mA/m2；有防腐层时，0.5mA/m21mA/m2。 6.4.3 储罐内底板保护的阳极量计算 储罐内底板
17、的保护宜采用铝合金阳极，其用量计算： YCIWti= (4) 式中 ： W 牺牲阳极重量，kg； Iti 储罐内壁板保护电流，； C 铝合金牺牲阳极的消耗率，kg/Aa ； Y 设计寿命，年。 本公式中，C值根据罐底沉降水的含盐量和泥沙含量来确定，沉降水的含盐量和泥沙含量大的阳极的消耗率也大。一般取4kg/Aa9kg/Aa； Q/SY GD 0013.1 2009 6 7 辅助阳极的设计 7.1 区域性阴极保护宜采用深井阳极。因地质结构限制或调整电位分布需要，也可使用或配合使用浅埋阳极。 7.2 辅助阳极设计寿命，一般辅助阳极应大于20年。 7.3 土壤中常用的辅助阳极材料应符合GB/T 21
18、448-2008中5.2的要求。 7.4 阳极引出电缆应具有严格的防水绝缘密封。铜芯电缆截面积应不小于10mm2。 7.5 阳极埋设位置应设立标志，标志也可与接线箱合用。 7.6 深井阳极和浅埋阳极可配合使用，阳极地床数量及位置的选择应按以下原则： a) 确保电流分布均匀； b) 远离站外干线进、出站段至少30m，防止互相干扰； c) 避免对已有设备运行造成干扰影响； d) 土壤电阻率低。 7.7 辅助阳极地床应采用焦炭回填料，浅埋式其焦炭回填料厚度一般不小于l00mm，焦炭粒径不大于15mm，含碳量不小于85。 7.8 深井阳极的设计要求如下： a) 深井阳极的井孔直径根据设计不同，以300
19、mm400mm为宜，井孔深度取决于地下地层情 况及阳极段长度。 b) 深井阳极宜采用消耗量低的阳极材料如高硅铸铁、混合金属氧化物等，设计寿命应不小于30年。要特别注意阳极接头、电缆等相关材料的质量应与设计寿命配套。 c) 闭孔深井阳极中，应采用导电性填料降低地床总电阻,金相焦炭、石油焦炭均可做回填材料。焦炭回填料粒径选择在3mm6mm为宜，禁止混入泥沙等杂物。回填填料至阳极段顶部以上1.0m，接近地面的部分可填粗沙。 d) 深井阳极应设计塑料排气管，排气管应高出地面足够高度以免损坏周围设施或地表水侵入，顶部应采取措施防止异物进入、堵塞，位于阳极段的排气管必须打孔； e) 深井阳极的外套管可采用
20、旧钢管（去除油污，保持良好的导电性），也可采用钢板卷制。金属套管不得打筛孔，底部用钢板焊封，使泥沙不易混入焦炭填料内。 f) 如果采用非金属套管，则在阳极区必须打孔。 g) 为避免金属套管在地表及附近导致不必要的电流排泄，套管上部（阳极以上）外表面应做加强级绝缘防腐或采用非金属套管。如果无需套管控制井孔塌陷，则非阳极区的浅层段可不加套管。 h) 深井内的高硅铸铁等阳极可以不做支架，但应考虑阳极定位套管中心的措施。除塑料排气管外，井孔内不导电和不稳定的物体尽量少。 i) 深井阳极地面设接线箱，每支阳极应有单独的电缆引入接线箱汇接。井口至接线箱电缆应留有0.5m以上的余量。 Q/SY GD 001
21、3.1 2009 78 电源设备 8.1 强制电流阴极保护对交流电源的基本要求是长期不间断地连续供电。当没有电源时，应另设电源供电设备。 8.2 强制电流阴极保护直流电源设备，一般情况下可选用整流器或恒电位仪，当管地电位罐地电位或回路电阻有经常性较大变化时，应使用恒电位仪。也可整流器与恒电位仪联合使用。 8.3 强制电流阴极保护对直流电源设备的基本要求为： a) 可靠性高； b) 维护保养简便； c) 寿命长； d) 对环境适应性强； e) 输出电流、电压连续可调； f) 应具有抗过载、防雷、抗干扰、故障保护等功能； g) 仪器电路板经防潮处理，可在湿度85%环境下长期工作。 8.4 对恒电位
22、仪的要求除8.3条外，还应符合以下条件： a) 参比信号输入端综合输入阻抗不低于1； b) 能长期稳定工作，控制电位的温度飘移和24h时间飘移在10mV以内； c) 恒电位范围：-0.500V-2.500V 连续可调； d) 流经参比电极电流：3 A（防止参比电极极化）； e) 仪器允许连续工作环境温度：-20 +40； f) 仪器抗交流干扰能力：12V； g) 绝缘电阻：2M； h) 耐电压：1500V； i) 满载波纹系数：单相10%，三相8%； j) 参比电极流空、断线自动保护；仪器故障自动报警； k) 过流自动保护：仪器输出电流超出设定值时，自动关闭并报警,发生短路，自动停机并报警。
23、8.5 为适应电流需量随使用时间的变化，电源应留有50的电流裕量。 8.6 整流器或恒电位仪为非防爆设备，阴极保护间的设置要符合GB 50058安全规定。 8.7 选用恒电位仪作阴极保护直流电源时，宜配用长效参比电极。长效参比电极应埋在冰冻线以下，并避开杂散电流影响或水泥地面区域，地面上应设有标志。 Q/SY GD 0013.1 2009 8 9 牺牲阳极设计 9.1 罐底内部牺牲阳极寿命应大于年。通常用于土壤环境中的牺牲阳极及适用条件见表1。 表 牺牲阳极的选用 阳极类型 适用对象 适用环境及电解质电阻率m 带状镁阳极 管道保护 土壤，电阻率 100 高电位镁阳极 管道、罐底板外保护 土壤，
24、电阻率 60100 管道、罐底板外保护 土壤，电阻率 100 管道、罐底板外保护 土壤，电阻率 15 锌阳极 储罐、设备避雷防静电接地 铝阳极 罐内保护 水溶液，电阻率 100 9.2 牺牲阳极材料应符合GB/T 21448-2008中第6章的要求 。 9.3 牺牲阳极选用原则，一般情况下选用棒状阳极。当电阻率较高时可选用带状阳极。 9.4 对于储罐内底板、壁的保护宜将阳极安装在罐内底板上，并按放射状均匀布设。采用支架安装，通过螺栓或焊接固定；也可选择两端有支撑钢筋芯的阳极，将钢筋芯直接焊接在罐内底板上，阳极体距罐底板至少50mm。阳极体正对罐底板的一面、支架、钢筋芯及与罐内底板连接处做好绝缘
25、防腐，防腐材料及结构同罐内防腐。 9.5 埋地的牺牲阳极地床应采用专用的化学填包料，对于镁和锌阳极推荐配方为： 生石膏粉:工业硫酸纳:膨润土 = 75:5:20（重量百分比） 9.6 牺牲阳极应沿被保护构筑物均匀分布，单支或成组使用均可。阳极数量应满足总电流的需要， 并能保证阳极设计寿命。 9.7 阳极与被保护距离一般2m3m，埋深不小于1m所有埋地的牺牲阳极均应埋在冰冻线以下,长期湿润的土壤中，否则应定期浇水润湿。 10 检测系统 10.1 测试装置应能适应各种不同检测项目的需要，检测项目主要有： a) 被保护体的保护电位； b) 保护电流； c) 电绝缘； d) 阳极的接地电阻。 10.2
26、 测试点的分布应能反映出被保护体的保护水平，主要设置在： Q/SY GD 0013.1 2009 9a) 保护系统中最低电位点； b) 牺牲阳极保护方式中两组阳极的中间点； c) 通电点； d) 阳极汇流导线处； e) 电绝缘接头或绝缘法兰处； f) 距阳极最近和最远处； g) 管道的折点处； h）可能的杂散电流源以及杂散电流的排流点； i) 储罐测试点的设置按GB/T 21448-2008的6.5.2要求进行。 注：测试点应设置在封闭或有可燃气体存在的危险区域以外，否则测试点应有防爆措施。 10.3 可按需要在不同位置设置测试桩(接线箱)。测试桩(接线箱)上应注明编号位置、功能、桩体上应有接
27、线测试盒。测试接线箱用于储罐接地极、深井阳极等电缆汇接较多部位，同时兼备测试功能。 10.4 测试桩或测试接线箱进电缆的套管口要采取密封措施，防止水汽进入接线盒内。 10.5 对于不易进行测量作业的部位，应考虑埋设长效参比电极。 10.6 测试导线要求如下： a) 区域性阴极保护的测试导线宜选用VV14mm2 电缆。对于特殊位置的引线，可加大到110mm2。 b) 测试导线和钢构筑物的连接应采用焊接（对高强度钢管材，应按焊接规程执行），焊接处应做防腐绝缘，不得有任何金属外露 11 设计调整 11.1 施工过程中，设计部门应与施工单位一起进行预测试，根据测试结果进行设计调整，使系统内所有测点均达
28、到第4章的要求。 11.2 测试项目如下： a) 牺牲阳极保护方式的测试项目： 1) 土壤电阻率； 2) 阳极接地电阻（单支、成组）； 3) 阳极开路电位、闭路电位； 4) 阴极开路电位（自然电位）、闭路电位； 5) 阳极输出电流（包括单支阳极输出电流和组合阳极输出电流）。 b) 强制电流保护方式的测试项目： Q/SY GD 0013.1 2009 10 1) 土壤电阻率； 2) 自然电位； 3) 阳极接地电阻； 4) 电源输出电流； 5) 电源输出电压； 6) 保护电流的流向； 7) 地面阳极电场、阴极电场的分布与电位梯度、 阳极电场、阴极电场的分界线； 8) 保护电位； 9) 干扰测试。 11.3 干扰控制要求如下： 区域性阴极保护系统投入正常运行后，不应影响外部金属结构的阴极保护系统；在长输通讯线路中不产生过大的电噪声。
