T-CCCTA 0051-2024 海洋环境固定式钢结构的外加电流阴极保护技术规范

ICS25.220.99CCSA292024-05-31发布2024-08-31实施中国腐蚀控制技术协会发布IT/CCCTA0051—2024前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4设计 2 24.2保护电位 24.3保护寿命 24.4人员资质 24.5现场条件 24.6保护电流需求 24.7电源设备 34.8辅助阳极 34.8.1辅助阳极种类 34.8.2辅助阳极的性能参数 34.8.3辅助阳极数量 34.8.4辅助阳极的型式 44.8.5辅助阳极的安装与布置 44.9参比电极 4 44.11远程监控系统 54.12临时阴极保护 55安装与调试 55.1检查 55.2现场安装 55.3监督 55.4调试 66运行与维护 66.1系统运行 66.2维修 66.3维护 67检测与记录 6附录A（资料性）阴极保护设计电流密度需求 8A.1裸露钢结构的设计电流密度 8A.2潮差区设计电流密度 8A.3涂层破损系数 8附录B（规范性）辅助阳极的接水电阻 9T/CCCTA0051—2024B.1管状和棒状阳极接水电阻 9B.2盘状阳极接水电阻 9B.3板状阳极接水电阻 9附录C（资料性）辅助阳极的型式 10C.1管状辅助阳极 C.2盘状辅助阳极 C.3棒状辅助阳极 C.4板状辅助阳极 附录D（资料性）辅助阳极的布置方式 12D.1张紧式（拉伸式） D.2固定式 D.3悬吊式 D.4远地式 附录E（规范性）屏蔽层计算 15T/CCCTA0051—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国腐蚀控制技术协会提出。本文件由中国腐蚀控制技术协会团体标准化技术委员会归口。本文件的起草单位：浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司、沈阳工业大学、北京碧海云智新材料技术有限公司、沈阳中科环境工程科技开发有限公司、大连科迈尔海洋科技有限公司、深圳智高博实工程有限公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、青岛兴业新材料科技有限公司、临沂纽利得新材料科技有限公司、中山大学、三峡新能源海上风电运维江苏有限公司、沈阳中科腐蚀控制工程技术有限公司、中国腐蚀控制技术协会、中蚀国际腐蚀控制工程技术研究院（北京）有限公司。本文件主要起草人：胡立标、尤俊华、邸泰深、骆忠江、刘磊、周开宇、李杰、刘严强、杨小芸、胡卫兵、刘鑫、秦铁男、赵昉、郭仕奎、杨帆、王辉、周健、赵群、张馨予、骆辉、张波、冯乐、王博、王晓柱、李侠、单龙信。1T/CCCTA0051—2024海洋环境固定式钢结构的外加电流阴极保护技术规范本文件规定了海洋环境固定式钢结构的外加电流阴极保护系统的设计、安装与调试、运行与维护和检测与记录的要求。本文件适用于海洋环境固定式油气平台、水下设施、码头和海上风电及其辅助钢结构外加电流阴极保护的单位设计、应用和管理。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3108船用外加电流阴极保护系统GB/T7387船用参比电极技术条件GB/T7388船用辅助阳极技术条件GB/T7788船舶及海洋工程阳极屏涂料通用技术条件GB/T10123金属和合金的腐蚀术语3术语和定义GB/T10123界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1恒电位仪potentiostatunit能自动保持被保护钢结构对电解质电位恒定的电源设备。3.2整流器transformerrectifier一种将交流电转变为直流电的装置。注：产生的直流电可作为阴极保护系统的电源。3.3腐蚀corrosion使金属的性能发生变化，并常可能导致金属、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受到损伤的金属与环境间的物理-化学相互作用。[来源：GB/T10123—2022,3.1]3.4参比电极referenceelectrode在测量其他电极电位时用以作为参照，具体稳定的可再现电位的电极。[来源：GB/T10123—2022,7.1.19]3.5阴极保护cathodicprotection通过降低腐蚀电位使金属的腐蚀速率显著降低的电化学保护。[来源：GB/T10123—2022,7.4.3]3.6保护电流密度protectioncurrentdensity将腐蚀电位维持在保护电位区中所需要的电流密度。2T/CCCTA0051—2024[来源：GB/T10123—2022,7.4.9]4设计阴极保护系统的主要目标是提供充足的电流来保护钢结构及其附件，使钢结构及其附件的电位处于标准规定的电位范围内。4.2保护电位4.2.1为了使钢结构达到足够的阴极保护水平，用于海水中钢结构的阴极保护电位应满足表1的要求。表1用于海水中钢结构的阴极保护电位VV-（PREN＜40）注：所有电位相对于银/氯化银参比电极；4.2.2对于PREN小于40的奥氏体不锈钢和双相不锈钢，在大多数应用场合最小保护电位是有效的，但也可以考虑较负的电位。4.3保护寿命基于外加电流阴极保护系统各组件的使用寿命和被保护钢结构的设计年限，外加电流阴极保护系统的最小设计寿命应25年。4.4人员资质阴极保护设计应由工程师完成，设计所需的现场数据由工程师收集。4.5现场条件4.5.1钢结构条件应包含：——钢结构的数量、尺寸及位置（设计图、施工图——材料及涂层种类和厚度；——钢结构设计寿命。4.5.2环境条件应包含：——水深、潮汐水位、水温、流速、溶解氧、海水电阻率、pH值、淤泥、固体悬浮物和海洋生物；——现有的和拟采用的阴极保护系统；——附近海工设施。4.6保护电流需求4.6.1为了使整个钢结构均达到阴极保护电位标准，必须考虑钢结构各个部位的电流需求。4.6.2被保护钢结构的保护电流需求按公式（1）计算。式中：I——被保护钢结构需要的保护电流，单位为安培（A）；3T/CCCTA0051—2024ii——被保护钢结构各个部位的保护电流密度，单位为安培每平方米（A/m2Si——被保护钢结构各个部位的表面积，单位为平方米（m2Fi——被保护钢结构各个部位的涂层破损系数。4.6.3保护电流密度参见附录A中的条款A.1和A.2。4.6.4应考虑涂层破损、劣化对阴极保护电流需求的影响，涂层破损系数的选取参见附录A中的条款A.3的规定。4.7电源设备4.7.1阴极保护电源设备宜采用整流器或恒电位仪。电源的输出电流应为钢结构计算总电流的1.25至1.5倍，输出电压应考虑电路(电缆、阳极)的电阻以及阳极和阴极之间的反电动势。电源设备的输出电压按照公式（2）计算。式中：Er——输出电压，单位为伏（V）；Ir——输出电流，单位为安培（A）；Ra——阳极接水电阻，取决于阳极的形状、尺寸和介质电阻率，单位为欧姆(Ω);阳极电阻计算参见附录B；Rc——电缆电阻，包括阳极电缆电阻和阴极电缆电阻，单位为欧姆(Ω);Eb——反电动势，单位为伏（V）。4.7.2电源设备的输出电压超过100V时，应设计为多个电源设备。4.7.3电源设备其他性能应符合GB/T3108的要求。4.8辅助阳极4.8.1辅助阳极种类海洋环境下外加电流阴极保护系统常用的辅助阳极有三种：——镀铂铌（Pt/Nb）；——镀铂钛（Pt/Ti）；——钛基混合金属氧化物(Ti/MMO)。4.8.2辅助阳极的性能参数辅助阳极的性能参数见表2，其他性能应符合GB/T7388的要求。表2辅助阳极性能参数A/mV884.8.3辅助阳极数量辅助阳极数量按公式（3）计算。式中：n——辅助阳极数量；I——总保护电流，单位为安培（A）。4T/CCCTA0051—2024Ia——单支辅助阳极的输出电流，单位为安培（A）；4.8.4辅助阳极的型式4.8.4.1辅助阳极的型式包括管状、圆盘状、棒状和板状，不同型式的辅助阳极参见附录C。4.8.4.2辅助阳极型式的选择应考虑如下因素：——被保护钢结构的型式；——辅助阳极输出电流能力；——被保护钢结构所处海域的环境条件，如风、浪、海流，海泥，水深等；——阴极保护电流分布均匀性；——系统的可靠性。4.8.5辅助阳极的安装与布置4.8.5.1辅助阳极的安装型式可选用张紧式（拉伸式）、悬吊式、固定式和远地式或几种型式的结合，不同的安装型式参见附录D。4.8.5.2辅助阳极按照数量和保护电流分布均匀性原则进行布置，可以通过计算机仿真模拟进行优化。4.8.5.3圆盘状、板状辅助阳极固定式安装时，辅助阳极应远离钢钢结构1.5m以上；如果无法满足距离要求，则必须在靠近辅助阳极的钢结构涂敷屏蔽层，屏蔽层的技术要求应符合GB/T7788的要求，屏蔽层的尺寸参见附录E。4.8.5.4辅助阳极的布置还应考虑以下因素：——减少波浪对阳极固定装置的冲击；——减少杂散电流影响；——远离节点、焊接点及复杂几何结构处；——安装方便、经济性；——辅助阳极维护的便利性；——阴极保护系统对临近钢结构的干扰影响；——不应影响其他设施的施工及安装，如海底管道、海底电缆、钻井作业等。4.9参比电极4.9.1参比电极用来检测钢结构的电位，也可以作为电源设备恒电位控制模式下的信号源。4.9.2海水环境中宜采用Ag/AgCl参比电极或高纯锌参比电极。4.9.3原则上每套外加电流阴极保护系统至少需要安装两支参比电极。4.9.4参比电极应布置在具有代表性的区域，如靠近辅助阳极处、远离辅助阳极处、易发生腐蚀位置或欠保护位置，也可以通过仿真模拟来确定布置位置。4.9.5宜采用Ag/AgCl参比电极和高纯锌参比电极组成的双参比电极，两种参比电极能进行相互校检，有利于提高电位测量的准确性，并及时发现参比电极故障。4.9.6参比电极可采用固定式或悬吊式的安装方式，安装时应避免参比电极与钢结构直接电接触。4.9.7参比电极的主要技术指标见表3。表3参比电极主要技术指标VVy4.9.8参比电极的其他性能应符合GB/T7387的要求。4.10电缆4.10.1外加电流阴极保护用的电缆的尺寸应符合以下要求：a)阳极电缆和阴极电缆的截面不宜小于25mm2；5T/CCCTA0051—2024b)参比电极电缆的截面不宜小于2.5mm2，且应采用屏蔽电缆。4.10.2电缆不宜与海水直接接触，所有电缆应得到充分保护，避免任何的机械损伤。4.10.3阳极电缆与辅助阳极、参比电缆与参比电极的连接处应进行绝缘密封防水处理，并进行机械加固。采用的绝缘密封材料应能抵抗海洋环境的氯离子、碳氢化合物、泥水冲击、生物附着和其他有害化学物质的侵蚀。4.11远程监控系统4.11.1海洋环境钢结构外加电流阴极保护系统应设计配备远程监控系统，通过有线或无线通信网络实现阴极保护远程监控。4.11.2阴极保护远程监控的传输数据包括：——电源设备运行参数，至少应包括输出电流、输出电压、测量保护电位、报警状态等；——辅助阳极输出电流；——钢结构的保护电位；——腐蚀速率；——腐蚀环境参数，包括温度、湿度、盐度等；——被监测牺牲阳极的输出电流；——其他。4.11.3阴极保护远程监测系统应具备以下信息处理功能：——实时显示所有监测数据；——电源设备运行参数，进行日回放、周回放、月回放和年回放，显示相关图形；——参比电极电位、辅助阳极和牺牲阳极输出电流，进行日回放、周回放、月回放和年回放，显示相关图形及最高、最低和平均值；——显示牺牲阳极剩余寿命；——显示钢结构实际的阴极保护电流密度。4.12临时阴极保护4.12.1新建钢结构在下水后且建设期内无法为阴极保护系统提供电力电源的情况下，应采取临时阴极保护措施。4.12.2临时阴极保护系统可选用牺牲阳极或外加电流阴极保护系统；临时外加电流阴极保护系统供电可采用风能、光能、风光互补或其他发电措施。5安装与调试根据相关图纸、规范和流程，进行材料和设备的安装。5.1检查在安装之前应检查所有的材料和设备，以确保符合设计要求规范，材料和设备表面应无油污、裂痕和破损。如发现异常，应立即更换相应的材料或设备。5.2现场安装5.2.1安装人员应经过技术交底和培训，考核合格后才可以开展安装工作。5.2.2所有的材料和设备都应按照有关图纸、规范和程序进行。5.2.3电源设备和监控设备应安装在便于操作和检修的区域，设备的外壳应可靠接地。5.2.4辅助阳极和参比电极应严格按照设计图纸进行安装；安装过程中，应重点注意对辅助阳极和参比电极的保护。5.2.5电缆按照安装图纸进行布置和连接，所有的连接点都应保证良好的机械和导通性能。5.2.6安装完成后，应检查安装质量，保证辅助阳极、参比电极与被保护钢结构的电绝缘，检查系统接线，做好安装记录，便于回查和追踪。5.3监督6T/CCCTA0051—20245.3.1阴极保护系统的安装施工必须在专业人员的监督下进行，确保安装工作按照相应的文件和图纸进行。5.3.2安装过程中，任何与安装施工文件有不同的地方应进行设计变更，并在竣工图上标注清楚。5.4调试5.4.1在启动系统电源之前，核实所有施工工作已完成，所有相关结构已按设计要求和规范保持电气连接或进行隔离。5.4.2初始通电时，应采用手动方式以较低的电流值运行，通电过程实时监测电位值，当达到最小保护电位后可转入自动模式。5.4.3调试过程中应完成的工作内容包括：a)测量并记录调试期间电源设备的运行参数；b)测量并记录所有辅助阳极的输出电流；c)测量并记录所有参比电极的电位，判断是否达到规定的保护电位；d)对比实际测量的数据与远程监控系统的显示参数是否一致。6运行与维护6.1系统运行在外加电流阴极保护系统正常运行状态下，定期通过远程监控系统获取系统运行参数，并根据数据变化曲线分析系统运行状态。6.2维修外加电流阴极保护系统的组件出现故障时，应及时进行维修。外加电流阴极保护系统的停运时间不得超过15d。6.3维护6.3.1在外加电流阴极保护系统正常运行情况下，每星期至少记录一次被保护钢结构的电位，以及恒电位仪或整流器的运行参数。6.3.2远程监测数据应与现场测量的数据一致。应定期检查远程监测系统的监测结果，确保远程监测系统正常运行。6.3.3当被保护设施停机大修时，应切断直流电源，对外加电流阴极保护系统进行全面检查维护，应包括以下内容：a)辅助阳极和参比电极表面状况和破损情况；b)电缆及其保护管的破损情况；c)电源设备、监控设备等电气设备全面保养。7检测与记录7.1外加电流阴极保护系统的设计、安装、调试、运行和维护整个过程都应有详细完整的检测与记录，及时存档并依据实际工作状况定期更新。7.2阴极保护系统记录文件应包括以下内容：a)阴极保护系统设计文件（包括设计计算书、阴极保护数值模拟报告等）；b)材料及设备制造文件（包括生产记录、现场监造、检测报告、ITP等）；c)图纸（包括设备结构图、电器原理图、平面布置图等）；d)材料、设备清单；e)安装施工记录（包括安装时间、隐蔽工程、现场检测等）；f)试运行记录；g)系统运行数据记录；h)竣工文件；i)运行维护手册；7T/CCCTA0051—2024j)维修记录（维修时间，维修部件、维修方式等）；k)质量保证文件；l)售后服务承诺；m)其他。8T/CCCTA0051—2024阴极保护设计电流密度需求A.1裸露钢结构的设计电流密度裸露钢结构的设计电流密度见表A.1。表A.1裸露钢结构的设计电流密度A.2潮差区设计电流密度潮差区裸钢的设计电流密度在浸没区的基础上增加20%。A.3涂层破损系数涂层破损系数见表A.2。表A.2涂层破损系数9T/CCCTA0051—2024（规范性）辅助阳极的接水电阻B.1管状和棒状阳极接水电阻管状和棒状阳极的接水电阻按照式B.1计算：式中：Rρ——电解质电阻率，单位为欧姆米(Ω·mL——阳极长度，单位为米（mr——阳极半径，单位为米（m）。B.2盘状阳极接水电阻盘状阳极的接水电阻按照式B.2计算：式中：Rρ——电解质电阻率，单位为欧姆米(Ω·md——阳极直径，单位为米（m）。B.3板状阳极接水电阻板状阳极的接水电阻按照式B.3计算：式中：Rρ——电解质电阻率，单位为欧姆米(Ω·mb——阳极宽度，单位为米（m）。T/CCCTA0051—2024（资料性）辅助阳极的型式C.1管状辅助阳极管状辅助阳极典型示意图见图C.1。标引序号说明：1——支撑夹具2——阳极护管3——阳极主体4——电缆图C.1管状辅助阳极典型示意图C.2盘状辅助阳极盘状辅助阳极典型示意图见图C.2。a)主视图b)左视图标引序号说明：1——法兰2——支座3——电缆4——阳极护板5——阳极主体图C.2盘状辅助阳极典型示意图C.3棒状辅助阳极棒状辅助阳极典型示意图见图C.3。T/CCCTA0051—2024a)主视图b)左视图标引序号说明：1——密封舱2——电缆接头3——阳极保护管4——阳极主体5——电缆图C.3棒状辅助阳极典型示意图C.4板状辅助阳极板状辅助阳极典型示意图见图C.4。标引序号说明：1——电缆2——电缆接头3——绝缘底座4——阳极主体图C.4板状辅助阳极典型示意图T/CCCTA0051—2024（资料性）辅助阳极的布置方式D.1张紧式（拉伸式）张紧式（拉伸式）安装方式示意图见图