SY/T 6878-2012 海底管道牺牲阳极阴极保护 SY/T6878-2012 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS75.180.10
备案号：35178—2012
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6878--2012
海底管道牲阳极阴极保护
Cathodic protection of submarine pipelines by galvanic anodes2012-01-04发布
国家能源局
2012一03一01实施
目的和用途
文件结构
与DNV-OS-F101和其他DNV标准的关系2参考标准
DNV（挪威船级社）
EN（欧洲标准）
ISO（国际标准化组织）
GB（国家标准）
术语和定义
缩写和符号
阴极保护设计参数符号
阴极保护详细设计
阴极保护中期电流的计算
阴极保护后期保护电流的计算
阳极总重量计算
后期阳极输出电流计算
阳极布置
阴极保护详细设计文件.·
阳极的制造
制造程序
生产前质量鉴定试验（PQT）
生产质量控制
原料和铸造
阳极检测和试验
文件及标记·
阳极存放和运输
阳极安装
阳极安装设计
SY/T6878—2012
SY/T6878—2012
阳极安装程序
生产前质量鉴定试验（PQT）
生产中质量控制.
阳极和安装材料的接收和运输
阳极安装
阳极安装检验
8附件1
推荐涂层破损系数
SY/T6878-2012
本标准等同采用挪威船级社DNVRP-F103：2003Cathodic protection of submarinepipelines by galvanic anodes。本标准在使用中如遇到涉及原标准所在国政府或其他主管当局的法令、法规和规定时，一律按中华人民共和国政府或政府主管部门颁布的相应法令、法规和规定执行。本标准的计量单位均以国家已颁布的法定计量单位为准，即本标准中表达形式为：法定计量单位在前，将英制单位的相应值标在其后括号内。本标准由海洋石油工程专业标准化技术委员会提出并管理归口。本标准起草单位：中国海洋石油总公司海洋石油工程股份有限公司。本标准主要起草人：陆长山、李妍、张国庆、王洪福、齐江涛、张有慧、张国华、余直霞。本标准主审人：赵冬岩。
1总则
1.1引言
海底管道牺牲阳极阴极保护
SY/T6878—2012
1.1.1海底管道一般以外涂层作为主要腐蚀控制系统，如果涂层有缺陷时阴极保护（CP）作为备用系统。涂层缺陷包括喷涂过程中产生的针孔，已涂敷管道在运输和安装过程中涂层的损坏，以及管道在操作过程中受到的机械性损坏或者涂层老化。在确定阴极保护（CP）系统的保护电流时，管道涂层系统的设计是主要因素。
指导性说明：
除腐蚀控制外，管道涂层还有其他的功能，包括机械防护、保温/或者配重。广义的“管道涂层”包括在工厂中对每根管子涂装的“钢管涂层”（或者“工厂涂层”）、“现场接头涂层”（FJC）和“涂层现场修复”（CFR）。除了涂层系统的设计之外，涂装的质量控制也是涂层性能和阴极保护设计的关键。1.1.2管道阴极保护可以使用牺性阳极，或者由整流器输出的外加电流来实现。海底管道牺性阳极系统的应用最普遍。传统上该系统把手镯式阳极直接安装在管道上。但是，本标准和ISO15589-2充许使用邻近并与管道有电连接的结构上的阳极提供阴极保护，诸如使用平台水下结构、海底基盘和立管上的阳极。
指导性说明：
安装在邻近结构上的阳极表面可以完全棵露在海水中，比阳极表面部分或全部被海底沉积物覆盖具有增加阳极电化学效率和阳极电流输出的优点，而且，可以减少安装期间对管道涂层的破坏。1.1.3管道阴极保护设计通常分两步进行：概念设计和详细设计。典型的阴极保护概念设计包括阳极材料的选择、阳极净重和阳极尺寸估算，以及阳极安装形式设计。概念设计还要进一步考虑阴极保护可能带来的有害影响，如管道材料的敏感性造成的氢脆和安装期间产生过大局部应力在运行或操作期间管道可能发生的氢致应力开裂（HISC)。阴极保护概念设计可以参考DNV-OS-F101和ISO15589-2（见1.3.1）的相关章节。在阴极保护详细设计阶段（如本文件介绍的），确定最后的阳极净重和尺寸，并确定阳极在管道上的分布。1.2范围
1.2.1本标准的目的是为了进行阴极保护详细设计和规范性阳极的制造和安装，包括如何改进项目特定要求的建议。本标准可以很方便地改进以采纳权威机构的要求和反映管道操作者腐蚀控制的方法。
指导性说明：
推荐使用“设计因子”，而不是采用在阴极保护计算中修改一个或多个设计参数的方法来增加设计的保守性，例如，设计寿命要基于管道估计的最长寿命乘以一个大于1的常量。1.2.2本标准包括铝基或锌基牺性阳极的海底管道的阴极保护详细设计（见1.3.1）以及阳极的制造和安装，不包括与管道相连的水下管汇系统。对于阴极保护概念设计，第5章适用于阳极净重量和阳极布置的初步计算。本标准以ISO15589-2部分章节为依据（见1.3.1）。为了与DNVV-OSF101的主要方法统一，主要对质量控制程序、澄清和指导目的作了一些修改。本标准还包括未见于ISO标准的关于相邻结构的保护范围、管道阳极之间最小距离的计算公式：推荐了牺牲阳极性能和设1
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计电流密度参数。
1.2.3参照DNV-RP-F102和DNV-RP-F106关于钢管、现场接头和现场修复保护涂层系统及生产质量控制的具体要求，提出了计算阴极保护电流的设计参数，避免了阴极保护设计和质量控制的随意性，从而减少了设计中的过度保守。相对于ISO15589-2，本标准中阴极保护的电流为现场接头和钢管的电流之和。
指导性说明：
如果DNV-RP-F106和DVV-RP-F102涂层设计要求和制造质量控制不一致，本标准中与管道涂层相关的期极保护设计参数（涂层鼓损系数）仍然是适用的，但用户应仔细评估这些不一致产生的影响。1.2.4本标准不包括阴极保护设计概念设计（见1.1.3和1.2.2）、外加电流阴极保护详细设计、阳极材料质量和质量控制测试及海底管道阴极保护系统的操作。这些内容请参考DNV-（S-F101中的要求，更详细的请参见ISO15589-1和ISO15589-2。1.2.5本标准不包括与阳极制造安装有关的安全和环境灾害内容。1.3目的和用途
1.3.1本标准与ISO15589-2中相关章节的要求，建议和指导方针一致，适用于DNV-（S-F101中定义的“海底管道系统”，但阴极保护不包括最低天文潮以上的立管。对于外加电流保护的管道陆段参见1SO15589-1。
1.3.2本标准主要有两个目的：可作为管道操作者或承包人进行阴极保护详细设计、阳极制造和安装要求的指导，也可以作为咨询或采购订单的附件。如果业主在采购文件中采用本标准，承包人宜考虑本标准所有强制性的要求（见第3章），除非合同中有特别要求。1.3.3除了采用本标准的“采购文件”（参看第3章的定义）外，还应附上1.3.4～1.3.6的资料（作为检查列表），分别用于阴极保护详细设计、阳极制造和阳极安装。1.3.4阴极保护详细设计：
一概念设计报告，如果已完成（5.1）；一管道设计基础数据，包括管道材料和尺寸、安装条件、内部流体温度、海洋环境条件、理设情况或礁石、管道现场接头涂装设计、设计寿命（5.1)；一一文件和验证资料，包括文件的提交时间表（5.7）。1.3.5阳极制造：
一阳极材料类型（如铝基或锌基）和阳极材料的化学成分（6.5.1）；一阳极结构图（包括阳极芯）及公差（5.7.1）：一一生产前质量鉴定试验（PQT）的特殊需求，包括文件提供、浇注数量和每种类型阳极的破坏性试验数量的计划（6.3)；
一“制造程序规格书”（MPS）（6.2.1）或“检测和试验计划”（ITP）（6.4.2）的特定要求；.-生产期间破坏性测试频率要求，手镯式阳极芯位置检验和或在模具上的装配测试（6.6.3）：一任何对承包商管理的特定要求（6.6.7）；—阳极材料样本（6.6.1)；
—阳极标记要求（6.7）：
一阳极搬运、储存和海上运输的特殊要求（6.8）；一最终文件的特殊需求，包括供货时间表（6.7）。1.3.6阳极安装：
一一阳极安装设计要求，包括阳极图纸（阴极保护概念或详细设计图纸，随后由阳极制造图取代：
一影响阳极安装的设计前提，比如管道尺寸、管道涂装类型、管道安装原则；2
一阳极位置与管端和接头之间的距离（7.6.3）SY/T6878—2012
阳极安装质量的特别要求（PQT），包括管道安装过程中阳极的完整性检验，相关的填充材料和管道涂层的修复（7.3：
质量控制的特殊需求，比如安装程序规格书（7.2.1）和“施工日志”（7.4.2）；阳极和阳极安装材料运输和储存的特殊要求（7.5.3）；最终文件的特殊要求，包括供货时间表（7.8.3）。1.4文件结构
1.4.1第5章、第6章、第7章分别介绍了阴极保护详细设计、阳极制造和阳极安装的要求和推荐作法。
1.5与DNV-OS-F101和其他DNV标准的关系1.5.1DNV-OS-F101《海底管道系统》第8章给出了阴极保护系统概念设计和详细设计阶段的一般性指导方针，包括制造和安装方面的要求和建议及涂层的要求：第10章的一些章节给出了操作状态下阴极保护系统的检测文件1.5.2DNV-RP-F106《工厂外涂层腐蚀控制》和DNV~RP-F102管道现场接头和外涂层的现场修复》，给出了管道涂装的详细规定。1.5.3对于海底管道阴极保护，本标准取代DNV-RP-B401《阴极保护设计》（1993）。2参考标准
2.1DNV（挪威船级社）
DNV-OS-F101 Submarine pipeline systemsDNV-RP-B401 Cathodicprotection designDNV-RP-F1o6Factoryappliedcoatingsforexternal corrosion controlDNV-RP-F102 Pipeline field joint coating and field repair of linepipe external coatings2.2EN（欧洲标准）
EN 10204 Metallic products-Types ofinspection documents2.3ISO（国际标准化组织）
ISQ10474Steeland steelproducts--InspectiondocumentsISO10005 Quality management-GuidelinesforqualityplansISO13847Petroleum and natural gas industries-Pipeline transportation systems-Welding of pipelines
ISO15589-1 Petroleum and natural gas industries-Cathodic protection of pipelinetransportation systems-Part1:Onshorepipelines
ISO15589-2Petroleum and natural gas industries-Cathodic protection of pipeline transportation systems-Part 2:Offshore pipelines2.4GB（国家标准）
GB8923涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB/T13288.2涂覆涂料前钢材表面处理喷射清理后的钢材表面粗糙特性第2部分：磨料3
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喷射清理后钢材表面粗糙度等级的测定方法3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
业主purchaser
比较样块法
咨询或工程承包方（管道操作者或主要承包者）、制造或安装方或指定代理方。3.2
承包商
contractor
签订工作承包合约的一方。
应shall
强制性要求。
宜should
种合适的行动。
可may
一种允许的行动。
协议agreed,agreement
采购方和承包商之间的书面协定（如合同中的规定）。3.7
报告和通报reportandnotify
承包商提供书面通报的活动。
接妥accepted，acceptance
业主提供的书面认可。
certificate,certified
由承包商和供应商依照EN10204中3.1.B，ISO10474中5.1-B或相当标准提供的涂料的证书。
purchasedocument (s)
购实文件
咨询供应商或购业主/承包方规格书。3.11
制造加工
manufacture, manufacturing
阳极的制造、安装，包括MPS（如PQT）和WPS质量相关的工作。4
缩写和符号
4.1缩写
涂料数据表；
涂层现场修补：
CP—阴极保护；
特许要求；
耐蚀合金；
现场接头涂层：
氢致应力开裂：
维氏硬度；
安装程序规格书（见7.2)；
检测试验计划（见6.4.2)：
最低天文潮；
液态环氧；
制造检验计划（见6.4.2)：
制造程序规格书（见6.2）；
聚乙烯；
聚丙烯；
聚氟乙烯；
生产前质量鉴定试验（见6.3）：推荐作法；
最小屈服应力；
焊接程序资质；
焊接程序规格书。
阴极保护设计参数符号
括号内指定段落中设计参数的详细说明。A（m2）表面积（5.2.1)
常数（5.2.7)：
常数（5.2.7）：
E°(V)
AEA(V)
AEMe（V)
钢管外径（5.6.4)；
钢管壁厚（5.6.5)；
设计阳极闭路电位（5.5.1)；
设计保护电位（5.5.1；
平均保护电位（5.6.3）；
电解质电压降（5.6.9）；
金属电压降（5.6.3）：
e(A·h/kg)
阳极电容量（5.4.1)；
中期涂层破损率（5.2.5）：
后期涂层破损率（5.3.2）；
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Fe-平均后期涂层破损率（5.6.4)；1.（A）—阳极后期输出电流（5.5.1)；I.（A）——保护电流（5.2.1)；I（A）—中期保护电流（5.2.1)：lem（tot）（A）—总的中期保护电流（5.2.9）：IfCA)
后期保护电流（5.3.1)：
I(tot)(A)
iem(A/m2)
Lot(m)
总的后期保护电流（5.3.1）；
设计中期电流密度（5.2.3）；
块阳极保护的管道长度（5.6.3）；管段长度（5.6.9)；
总的阳极净重量（5.4.1）；
单个阳极净重量（5.6.9)：
N---阳极数量（5.5.3）;
RM（0）金属电阻（5.6.3）
后期阳极电阻（5.5.1)：
r——钢管无涂敷段与涂敷段的长度比（5.6.4)；PMe(nm）
钢管材料电阻率（5.6.5）；www.bzxz.net
（年）—设计寿命（5.2.6)；
—阳极利用系数（5.4.2)。
5阴极保护详细设计
5.1概述
5.11海底管道阴极保护系统详细设计通常以概念设计开始（见1.1.3），在概念设计过程中确定阴极保护系统的类型和拟使用的牺性阳极材料种类（使用外加电流阴极保护系统除外），确定阳极的连接方式，考虑管道安装期间阳极的完整性要求和阳极材料与管道的电连接要求。5.1.2海底管道概念设计时，要确定管道和管件涂层的类型及现场接头的涂层。以此为根据进行初步的阴极保护电流计算和相应阳极材料总重量的计算，从而得出初步的单个阳极尺寸和阳极分布（见1.1.3)。
5.1.3除阴极保护概念设计报告之外，项目设计基础资料包括项目详细设计的输人参数。在设计期间，应确保提供有效的设计基础数据。5.1.4设计计算按照1SO15589-2附件A进行，为了明确和方便阴极保护设计参数的选择进行了一些修改。
5.1.5所有涉及的电化学电位均相对Ag/AgCl/海水参比电极的电位5.2阴极保护中期电流的计算
5.2.1对于阴极保护详细设计，根据流体和环境参数的变化（流体温度和埋设条件），管道宜分成不同的部分，这些都会影响到阴极保护的“保护电流”。对于“表面积为A。”管道的“中期保护电流”Im（A）按下式计算：
Iem=A.femiem
（fm和im定义见后）
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5.2.2本标准中环焊缝现场接头的表面积应分别计算，根据公式（1）计算保护电流并加到管道和管件所需保护电流中。
指导性说明：
因为现场接头的表面积只占管道总表面积的百分之几，因此在计算管道的保护电流时没必要减去现场接头的表面积。
5.2.3在公式1）中，m是“设计中期电流密度”，即假定暴露在海水或海底沉积层中裸露金属的平均电流密度（见5.2.4），“中期”为设计寿命期间保护电流密度的平均值。5.2.4：表5一1列出了理设和不理设管道（或管段）的推荐设计中期电流密度。这个值是输送介质温度的函数，与深度无关。“埋设”指管段要挖沟并回填。管道（管段）铺设在非常软的、会完全自理（如通过计算）海床上可以认为是埋设的。预计不能完全自埋的管段，在计算保护电流时应认为是不埋设的。虽然没有挖沟，但由岩石/沙砾覆盖也可认为是“埋设”的。表5.1中的设计电流密度适用手DNV-RP-F106和DNV-RP-F102中定义的带涂层的管道和现场接头。对于没有涂装的管道和管件，对于与表面温度和深度无关的不埋设和理设管道，推荐使用0.100A/m和0.050A/m保护电流密度。假定与整个面积（管段）相比很小的面积（最大2%）都是被保护的。这些设计电流密度适用于CRA及CMn钢管道和普通碳钢管道。表5-1设计中期电流密度推荐值（A/m），为输送介质温度的函数暴露条件
不埋设
见5.2.4中指导性说明
指导性说明：
>50~80
内部流体温度，℃
>80~120
表5一1中的设计电流密度可用于不同的地理位置和不同深度，但宜作为最小值，对于特殊要求，管道所有者可以选择比表5-1更高的设计值。
指导性说明：
海底管道阴极保护的保护电流与涂层的针孔和裂纹引起的电流泄漏有关，多发生在现场接头处。钢表面不会直接暴露在海水中，金属/电解质界面的温度接近管道内介质温度，阴极电流主要与析氢有关，即使是不理设的管段溶解氧的还原对阴极反应的贡献也很小。因此，影响氧供应的海水参数（如溶解氧的含量和海水流速），静水压力和海水温度都不太重要。阴极电流主要取决于小孔和裂缝处的扩散和对流以及电解质电阻率。对于操作温度高于环境温度的管道，介质的温度对扩散/对流过程和电解质电导有很大影响，是考虑保护电流的决定性困素。5.2.5m是公式（1）中的一个无因次因数（1）称为中期涂层破损系数”，描述了涂层减小阴极保护的电流的性能（见指导性说明5.2.7，5.3.1和5.3.2），*中期”表示设计寿命的平均值。5.2.6中期涂层破损率由下式给出：fem=a+0.5btr
（年）是设计寿命。α和6在下面定义。指导性说明：
阴极保护详细设计的设计寿命应由业主确定，并保守估算管道的最大预期寿命：包括安装期间和开始生产的时间。
5.2.7公式中的α和6是常数，附件1中表A.1和表A.2分别给出厂DNV-RP-F106和DNV-RP-F102中推荐的现场接头和管道涂层在最大操作温度下的常数。假定这些常数在安装前管道涂层的任何损坏都按照DNVRP-F102的要求进行修补，且安装系统和现场接头已通过实验或计算确SY/T6878—2012
认。另外，假设管道由配重层保护、埋设在沙砾层缓冲以避免裸露金属在操作中引起的损坏。指导性说明：
常数，确定了假设的最初涂层减小阴极保护的电流的能力，而常数6定义了假定的涂层在使用期间性能的老化（涂层破损），尽管这些涂层表面看上去没有变化，表A.1和表A2中的常数和b是根据实际经验和工程判断值。这反映在推荐数值的精度上。
5.2.8对于使用普通海洋涂层系统的管件，如使用液体环氧或聚氨酯（干膜厚度大于150μm），默认值假定表面的清洁度为A/BSa2K，根据GB8923和GB/T13288.2的要求，表面粗糙度中等，a和b的推荐值分别为0.1和0.03。在DNV-RP-F106和DNV-RP-F102中确定的无涂层的管道保护电流采用5.2.4中定义的电流密度计算。使用这些数值是假定无涂层的面积与管道面积相比只占很小的部分（最大2%，见5.2.4）。5.2.9根据上面定义的电流密度和涂层破损率，涂有常用涂层的管道、现场接头和管件的保护电流根据公式（1）分别计算，然后相加得到总的保护电流Iem（tot）（A）。5.3阴极保护后期保护电流的计算5.3.1管段总的后期保护电流I（tot）（A）等于涂敷钢管、现场接头和管件各部分保护电流的和。Ia=A,faim
符号如前面5.2所述。
指导性说明：
（3）
DNV-RP-B401中定义的初期和后期电流密度分别考虑了裸钢表面的初始极化需要的保护电流（固定保护电位-0.8V）和裸钢表面由于机械作用去除表面钙质沉积引起的再极化的保护电流，对于按DNV-RP-F106和DNV-RP-F102涂敷的管道，不考虑极化能力的要求，公式（3）中使用了Tm，本方法也可用于采用其他涂层系统涂敷的一小段管（或管段）（最大2%）的情况（见5.2.8）。5.3.2后期涂层破损系数f按下式计算：fer=a+btt
a和5常数在附件1表A1和表A.2中。指导性说明：
阴极保护设计中使用的涂层破损率是计算保护电流的主要参数，其他设计参数，如设计电流密度和与阳极性能相关的参数的影响较小。
5.4阳极总重最计算
5.4.1根据计算的总中期保护电流1m，相应的阳极总净重可由下式计算：M=lmtrx8760
式中：
一阳极利用系数，无因次；
e-阳极材料电容量，A·h/kg；
8760—每年的小时数。
5.4.2阳极利用系数μ可根据ISO15589-2中7.4选择，手镯阳极最高取0.80，安装在其他海底结构上保护海底管道的条型阳极最高取0.90。指导性说明：
阳极利用系数取决于阳极芯的结构设计，实际值可能比以上给定的值小，在这种情况下宜向阳极制造厂咨询。5.4.3根据ISO15589-2，阴极保护设计中阳极材料的电容量e要依照该标准附录A中A9的内容
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