ПНСТ 690-2022 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Проектирование электрохимической защиты. Методические указания

        ПНСТ 690-2022

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Нефтяная и газовая промышленность

СИСТЕМЫ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ

Проектирование электрохимической защиты. Методические указания

Petroleum and natural gas industry. Subsea production systems. Design of electrochemical protection. Methodology guide

ОКС 75.020

Срок действия с 2023-07-01

до 2026-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Газпром 335" (ООО "Газпром 335")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 "Нефтяная и газовая промышленность"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2022 г. N 152-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Создание и развитие отечественных технологий и техники для освоения глубоководных шельфовых нефтегазовых месторождений должно быть обеспечено современными стандартами, устанавливающими требования к проектированию, строительству и эксплуатации систем подводной добычи. Для решения данной задачи Министерством промышленности и торговли Российской Федерации и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии реализуется "Программа по обеспечению нормативной документацией создания отечественной системы подводной добычи для освоения морских нефтегазовых месторождений". В объеме работ программы предусмотрена разработка национальных стандартов и предварительных национальных стандартов, областью применения которых являются системы подводной добычи углеводородов.

Целью разработки настоящего стандарта является установление общих принципов и правил проектирования систем электрохимической защиты, предназначенных для применения в системах подводной добычи углеводородов.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает общие принципы и правила проектирования систем электрохимической защиты, предназначенные для применения в системах подводной добычи углеводородов.

1.2 Настоящий стандарт распространяется на системы электрохимической защиты, оборудования и сооружений систем подводной добычи углеводородов, эксплуатируемых в морской воде с соленостью в диапазоне от 30 до 40‰, в которых применяются протекторы, изготовленные из сплавов алюминия или цинка. Для оборудования и сооружений систем подводной добычи углеводородов, расположенных в акваториях с соленостью морской воды, отличной от указанной, следует применять катодную защиту наложенным током.

1.3 При проектировании, строительстве и эксплуатации СПД под техническим наблюдением Российского морского регистра судоходства в дополнение к требованиям настоящего стандарта следует руководствоваться требованиями правил [1].

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9.072 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Термины и определения

ГОСТ 9.106 Единая система защиты от коррозии и старения. Коррозия металлов. Термины и определения

ГОСТ 28246 Материалы лакокрасочные. Термины и определения

ГОСТ Р 55311 Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Термины и определения

ГОСТ Р 58284 Нефтяная и газовая промышленность. Морские промысловые объекты и трубопроводы. Общие требования к защите от коррозии

ГОСТ Р 59304 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 8501-1 Подготовка стальной поверхности перед нанесением лакокрасочных материалов и относящихся к ним продуктов. Визуальная оценка чистоты поверхности. Часть 1. Степень окисления и степени подготовки непокрытой стальной поверхности и стальной поверхности после полного удаления прежних покрытий

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 9.072, ГОСТ 9.106, ГОСТ 28246, ГОСТ Р 55311 и ГОСТ Р 59304.

4 Сокращения и обозначения

4.1 В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

СПД - система подводой добычи;

ЭХЗ - электрохимическая защита.

4.2 В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:

C - периметр поперечного сечения протектора, м;

Е - расчетное значение токоотдачи протекторного сплава А·ч/кг;

L - длина протектора, м;

M - общая масса протекторов, кг;

N - количество протекторов, шт;

R - радиус протектора, м;

S - полусумма длины и ширины протектора, м;

W - ширина протектора, м.

5 Общие положения

5.1 При проектировании системы ЭХЗ рассчитывают необходимое для защиты оборудования и сооружений количество протекторов.

5.2 Исходные данные для расчета параметров системы ЭХЗ должны содержать следующее:

- проектный срок эксплуатации СПД;

- условия эксплуатации и монтажа (глубина, температура и соленость морской воды);

- удельное сопротивление морской воды и грунта;

- концентрацию сероводорода;

- материалы компонентов СПД;

- применяемые защитные покрытия компонентов СПД и их технические характеристики, включая величину электрического сопротивления;

- технические характеристики компонентов СПД, необходимые для расчета площади защищаемой поверхности;

- температурный режим эксплуатации компонентов СПД;

- сведения о наличии заглубленных в донный грунт компонентов СПД, а также возможности их заиливания.

5.3 Проектирование системы ЭХЗ должно включать в себя следующие поэтапные процедуры:

а) общий расчет:

- расчет общей площади защищаемой поверхности,

- расчет общего требуемого защитного тока для обеспечения необходимой защиты на протяжении срока эксплуатации,

- расчет защитного тока в начале (если необходимо) и в конце срока эксплуатации СПД,

- расчет общей необходимой массы протекторов;

б) детальный расчет:

- определение (выбор) типоразмера протекторов исходя из приблизительной массы, возможных поставщиков и производителей,

- расчет общего количества протекторов с учетом размеров компонентов СПД, на который они устанавливаются,

- расчет величины защитного тока одного протектора в начале (если необходимо) и в конце срока эксплуатации СПД;

в) проверка и корректировка:

- проверка достижения требуемого общего защитного тока с учетом типоразмера и количества протекторов, определенных при детальном расчете,

- корректировка, при необходимости (если защитный ток в конце срока эксплуатации, обеспечиваемый протекторами, менее требуемого), количества протекторов или их типоразмера,

- определение мест для монтажа планируемых к применению протекторов,

- корректировка, при необходимости (если не соблюдаются ограничения по расположению протекторов), количества протекторов и/или их типоразмера,

- окончательный выбор типоразмера протекторов, их количества и расположения.

6 Расчет параметров

6.1 Общие положения

6.1.1 Если условия эксплуатации (срок эксплуатации, глубина, температурный режим, заглубление в грунт и т.д.) для разных частей компонента СПД различны или части компонента СПД электрически не связаны друг с другом, то защитный ток и требуемое количество протекторов рассчитывают для каждой такой части по отдельности.

6.1.2 Компоненты СПД или их части, изготовленные из стойких к коррозии в морской воде согласно ГОСТ Р 58284 металлических материалов, допускается не учитывать при расчете необходимого защитного тока, если они не имеют электрического контакта с другими защищаемыми компонентами.

6.1.3 Если монтаж протекторов на компоненте СПД или его отдельных частях невозможен, то необходимо обеспечить электрический контакт с частями компонента СПД, на которых установлены протекторы. Если обеспечение электрического контакта невозможно осуществить, то компонент или его части должны быть изготовлены из стойких к коррозии в морской воде материалов в соответствии с ГОСТ Р 58284.

6.2 Расчет необходимого тока защиты

6.2.1 Если условия эксплуатации (глубина, температурный режим, заглубление в донный грунт, заиливание и т.д.) для разных частей компонента СПД различаются, то потребность в необходимом защитном токе и требуемое количество протекторов рассчитывают для каждой такой части по отдельности.

6.2.2 Для компонентов СПД или их отдельных частей рассчитывают необходимый ток защиты в течение и в конце срока эксплуатации. Для компонентов СПД без защитных покрытий или поверхность которых окрашена частично, дополнительно рассчитывают необходимый ток защиты в начале срока эксплуатации.

Примечание - При расчете необходимого защитного тока учитывают площадь всех частей компонента в электрическом контакте.

Таблица 1 - Значения плотности защитного тока в течение срока эксплуатации в зависимости от глубины и температуры воды (согласно [2]*)

6.2.5 Если температура поверхности компонента или его части превышает 25°C, то плотность защитного тока корректируют с помощью формулы:

Таблица 2 - Значения плотности защитного тока в начале и в конце срока эксплуатации в зависимости от глубины и температуры воды (согласно [2])

6.2.7 Для заполняемых морской водой компонентов, к внутренней поверхности которых имеется доступ для атмосферного воздуха, плотность защитного тока для внутренней поверхности принимают равной согласно представленным в таблицах 1 и 2 значениям, соответствующим для глубины эксплуатации от 30 до 100 м, независимо от проектного расположения компонента. Если компонент заполняется морской водой и изолируется от ее дальнейшего поступления, то для внутренней поверхности такого компонента ЭХЗ не требуется.

где а и b - константы (таблица 3);

где а и b - константы;

6.2.11 Если полученное значение коэффициента разрушения покрытия превышает единицу, то в расчетах данную величину принимают равной единице.

6.2.13 Значения констант а и b определяют исходя из нормативной документации, установленной в проекте, в соответствии с применяемыми защитными покрытиями. При отсутствии таких данных допускается применять значения констант в соответствии с таблицей 3, при условии, что компоненты СПД защищены покрытиями в соответствии с 6.2.16.

Таблица 3 - Значения констант а и b в зависимости от глубины и категории покрытия

6.2.14 К категории I относят грунтовки (на эпоксидной основе и др.), нанесенные одним слоем с номинальной толщиной лакокрасочного покрытия не менее 20 мкм. К категории II относят эпоксидные или полиуретановые покрытия, с одним и более слоем и номинальной толщиной лакокрасочного покрытия не менее 250 мкм. К категории III относят эпоксидные или полиуретановые покрытия, с двумя и более слоями и номинальной толщиной лакокрасочного покрытия не менее 350 мкм.

6.2.16 Для свай с открытыми концами при расчете площади защищаемой поверхности следует учитывать площадь внутренней поверхности, соответствующей участку сваи длиной, равной пяти внутренним диаметрам. Площадь внутренней поверхности в контакте с донным грунтом или иловыми отложениями при расчете не учитывают.

6.3 Выбор протекторов

6.3.1 Для СПД применяют протекторы, устанавливаемые непосредственно на ее компонентах и представляющие собой отливки призматической, цилиндрической или полуцилиндрической формы, а также полукольцевой формы (браслетные протекторы) на стальном арматурном каркасе. При этом толщина браслетного протектора должна быть не менее 50 мм.

6.3.2 Общую массу протекторов M, кг, рассчитывают по формуле

u - коэффициент использования материала протектора;

Примечание - Значение расчетного срока эксплуатации, выраженное в годах, переводят в часы путем умножения на 8760.

6.3.3 Для протекторов, устанавливаемых на расстоянии от защищаемой поверхности, коэффициент и принимают равным 0,90, если длина протектора L превышает его радиус как минимум в четыре раза. В противном случае, коэффициент u принимают равным 0,85. Для протекторов призматической формы величину радиуса r, м, рассчитывают по формуле

где C - периметр поперечного сечения протектора, м.

Примечание - За длину, ширину и толщину протектора принимают соответствующие размеры отливки без учета арматурного каркаса.

6.3.4 Для протекторов, устанавливаемых вплотную к защищаемой поверхности, коэффициент u принимают равным 0,85, если длина протектора L превышает его ширину и толщину как минимум в четыре раза. В противном случае, коэффициент u принимают равным 0,80. Для браслетных протекторов коэффициент использования материала протектора u также принимают равным 0,80.

6.3.5 Если для электрохимической защиты планируют применение протекторов различных типоразмеров, то общую массу M рассчитывают, используя наименьшее значение коэффициента u для выбранных протекторов.

6.3.6 Коэффициент полезного использования для протекторных сплавов на основе алюминия должен составлять не менее 80%, а для сплавов на основе цинка - не менее 95%.

Таблица 4 - Расчетные значения электрохимических характеристик протекторных сплавов

6.3.8 Основу сплава для протекторов выбирают исходя из требований ГОСТ Р 58284. Применяемые протекторные сплавы должны иметь значения электрохимических характеристик в соответствии с таблицей 4. Рекомендуемый химический состав протекторных сплавов приведен в таблице 5.

Таблица 5 - Рекомендуемый химический состав протекторных сплавов

6.3.9 Для протекторов, устанавливаемых на расстоянии от защищаемой поверхности, арматурный каркас должен выходить с противоположных торцов отливки.

6.3.10 На нерабочей поверхности протекторов должно быть нанесено эпоксидное покрытие толщиной не менее 100 мкм.

6.3.11 Выбор типоразмера протекторов и определение их количества осуществляют с учетом:

- общей массы протекторов;

- конструкции протекторов;

- возможного места для установки протекторов.

6.3.12 Масса протекторов должна быть достаточной для защиты оборудования от коррозии в течение всего срока эксплуатации.

6.3.13 Для выбранных к применению протекторов, исходя из значения необходимого тока защиты и тока, который может обеспечить единичный протектор, проверяют выполнение условия:

где N - количество протекторов;

Примечание - Проверку проводят для протекторов всех типоразмеров, рассчитывая общий ток, который смогут обеспечить все планируемые к установке на компоненте СПД протекторы в начале и/или в конце срока эксплуатации.

6.3.16 Минимальный защитный потенциал для углеродистых и низколегированных сталей согласно ГОСТ Р 58284 должен составлять минус 0,80 В. При концентрации сероводорода в воде и на дне более 0,2 мг/л защитный потенциал должен составлять минус 0,95 В.

L - длина протектора, м;

r - радиус протектора, м.

L - длина протектора, м;

r - радиус протектора, м.

Примечание - Формулы (10) и (11) применимы, если расстояние между протектором и защищаемой поверхностью составляет как минимум 0,3 м. Допускается рассчитывать сопротивление по данным формулам для протекторов, расположенных на расстоянии от 0,15 до 0,30 м, при последующем увеличении полученного значения сопротивления в 1,3 раза.

Примечание - Радиус протектора рассчитывают исходя из допущения, что в конце срока эксплуатации протектор имеет цилиндрическую форму.

u - коэффициент использования материала протектора.

S - полусумма значений длины и ширины протектора, м.

Примечание - Ширину протектора рассчитывают исходя из допущения, что в конце срока эксплуатации протектор имеет форму полуцилиндра.

6.3.26 Для устанавливаемых на защищаемой поверхности протекторов с длиной, не соответствующей 6.3.24, а также для браслетных протекторов сопротивление по формуле

Примечание - Площадь рабочей поверхности протектора в конце срока эксплуатации принимают равной площади протектора в контакте с защищаемой поверхностью.

6.3.27 Для расчета сопротивления протекторов следует применять фактические значения удельного сопротивления морской воды или донного грунта, соответствующие температуре и солености морской воды в месте установки.

6.3.28 Дополнительно к 6.3.13 для выбранных к применению протекторов, исходя из значения необходимого тока защиты и массы протекторов, проверяют выполнение условия:

где N - количество протекторов;

u - коэффициент использования материала протектора;

Примечание - Проверку проводят с учетом массы и коэффициентов использования материала для протекторов всех типоразмеров, планируемых к установке на компоненте СПД.

6.3.29 Если условие (8) и (19) не выполняется, то количество протекторов увеличивают и/или подбирают протекторы другого типоразмера, повторяя процедуру проверки согласно 6.3.13-6.2.28.

6.4 Расположение протекторов на компонентах СПД

6.4.1 Протекторы следует устанавливать таким образом, чтобы к их рабочей поверхности был беспрепятственный доступ для морской воды.

Примечание - Данное требование относится также к компонентам, эксплуатируемым в донном грунте.

6.4.2 Протекторы следует располагать на расстоянии не менее 0,5 м друг от друга.

6.4.3 Монтаж протекторов осуществляют путем приварки арматурного каркаса к защищаемой поверхности. Места приварки следует зачищать от защитных покрытий непосредственно перед монтажом протекторов. После установки протекторов защитные покрытия в местах зачистки подлежат восстановлению. Также защитные покрытия следует наносить на части арматурного каркаса протекторов, выступающие из отливки. При этом не допускается попадание лакокрасочных материалов на рабочие поверхности протекторов.

6.4.4 Не допускается монтаж протекторов на компонентах, работающих под избыточным давлением или подвергающихся значительным циклическим нагрузкам.

6.4.5 Места приварки арматурного каркаса должны быть расположены на расстоянии не менее 0,15 м от сварных соединений компонентов СПД и не менее 0,6 м от сварных соединений опорных блоков морских платформ.

Библиография