ISO 218572021 石油石化天然气工业杂散电流对管道系统腐蚀的预防标准立项发展报告

石油石化天然气工业杂散电流对管道系统腐蚀的预防标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Petroleum,PetrochemicalandNaturalGasIndustries—PreventionofCorrosiononPipelineSystemsInfluencedbyStrayCurrents摘要随着石油、石化及天然气工业的快速发展，长距离埋地管道系统作为能源输送的关键基础设施，其安全性与耐久性问题日益受到行业关注。杂散电流引起的电化学腐蚀是导致埋地管道系统失效的重要诱因之一，可能引发管道壁厚减薄、应力腐蚀开裂甚至泄漏爆炸等重大安全事故。国际标准化组织（ISO）于2021年3月正式发布ISO21857:2021《石油石化天然气工业杂散电流对管道系统腐蚀的预防》，为全球管道行业提供了统一的杂散电流腐蚀防控技术规范。本标准系统规定了杂散电流腐蚀风险评估、检测方法、防护设计、施工验收及运行维护的全过程技术要求，填补了该领域国际标准的空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制原则、核心技术内容及其在管道完整性管理中的应用价值，并对标准实施过程中涉及的企事业参与单位的职责分工进行了介绍，旨在为标准推广应用提供参考。标准的发布实施对于提升我国油气管道杂散电流腐蚀防控水平、保障能源输送安全、促进与国际标准接轨具有重要的现实意义和深远影响。关键词：杂散电流；管道腐蚀；阴极保护；油气管道；国际标准；腐蚀防控；管道完整性Keywords:StrayCurrent;PipelineCorrosion;CathodicProtection;OilandGasPipeline;InternationalStandard;CorrosionPrevention;PipelineIntegrity1引言1.1研究背景埋地钢质管道广泛应用于石油、天然气、成品油等能源介质的长距离输送，是现代能源供应链的重要基础设施。然而，管道在长期服役过程中面临多种腐蚀威胁，其中杂散电流腐蚀因其隐蔽性强、腐蚀速率高、危害性大等特点，成为管道完整性管理中的重点和难点问题。杂散电流是指非预定回路中流动的电流，其来源主要包括：直流电气化铁路（如城市轨道交通、地铁）、高压直流输电系统（HVDC，即高压直流输电系统）、阴极保护系统的干扰、地磁感应电流以及工业直流用电设备等。随着我国城市化进程加快和轨道交通网络的快速扩张，杂散电流对邻近埋地油气管道的干扰问题日益突出。研究表明，杂散电流可在管道防腐层破损点处集中流出，导致局部点蚀速率高达每年数毫米，严重威胁管道运行安全。1.2标准制定背景与必要性在ISO21857:2021发布之前，国际上尚未形成针对杂散电流腐蚀预防的专门性国际标准，相关技术要求分散于ISO15589系列（阴极保护标准）、ISO13623（管道输送系统标准）以及各国国家标准和行业规范中。这一现状导致各国在杂散电流腐蚀防控方面的技术要求和工程实践存在较大差异，尤其是在跨国输油输气管道项目的设计、建设和运营管理中，缺乏统一的技术依据和评价准则。具体而言，各国实践中的差异体现在多个层面：在杂散电流干扰程度的判定标准上，不同国家对管道电位偏移允许值的规定存在明显分歧；在防护措施的选择倾向上，有的国家优先采用排流保护，有的则侧重加强阴极保护；在监测技术应用的深度上，各国对在线监测系统的配置要求也不尽相同。这些差异不仅增加了跨国管道项目的技术协调难度，也为管道运营者的腐蚀管理带来了不确定性。在此背景下，国际标准化组织油气管道领域技术委员会（ISO/TC67）着手组织制定专门针对杂散电流腐蚀预防的国际标准，经过多轮国际研讨和技术论证，最终于2021年3月正式发布了ISO21857:2021。本标准作为该领域首部系统性的国际标准，为全球管道行业杂散电流腐蚀防控提供了统一的技术框架和方法论。2标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO21857:2021||标准名称|石油石化天然气工业杂散电流对管道系统腐蚀的预防||英文名称|Petroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries—Preventionofcorrosiononpipelinesystemsinfluencedbystraycurrents||发布日期|2021年3月1日||发布机构|国际标准化组织（ISO）||标准状态|现行||分类号|石油、石油产品和天然气储运设备||国际标准分类（ICS）|75.200（石油产品和天然气储运设备）；77.060（金属的腐蚀）||标准语言|英语||文件格式|电子版加密PDF，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次||售价|1651.0元人民币|2.2标准适用范围ISO21857:2021适用于受杂散电流影响的陆上及近海埋地或浸没式钢质管道系统，涵盖新建管道的设计阶段以及既有管道的运行维护阶段。标准中规定的技术内容涉及杂散电流腐蚀的风险识别、现场测试、评估准则、缓解措施及长期监测等方面，适用于石油、石化和天然气工业领域的管道运营者、设计单位、腐蚀控制专业服务机构及监管机构。3标准主要技术内容3.1杂散电流腐蚀机理与影响因素标准在技术层面对杂散电流腐蚀的机理进行了系统阐述，明确了直流杂散电流和交流杂散电流在管道腐蚀过程中的不同作用机制。直流杂散电流引起的腐蚀表现为电流从管道防腐层缺陷处流出时金属的电解溶解，其腐蚀速率与杂散电流密度成正比；而交流杂散电流则通过改变管道/电解质界面的电化学状态，诱导腐蚀加速，同时增加氢脆和应力腐蚀开裂的风险。标准识别了影响杂散电流腐蚀的关键因素，包括：土壤电阻率及其分层结构、防腐层类型与完整性状态、管道直径与壁厚、阴极保护系统的工作参数、干扰源的类型与强度、管道与干扰源的空间拓扑关系等。3.2杂散电流干扰程度的评估方法标准建立了系统的杂散电流干扰评估方法体系，主要包括以下步骤：初步筛选评估：通过管道沿线电位调查、干扰源资料收集及管线交叉临近关系分析，初步判断管道受杂散电流干扰的可能性及其程度。该阶段采用的评估指标包括管道对地电位的日变化幅度、管道/土壤界面极化电位偏移量等。详细测试评估：当初步评估确认存在显著杂散电流干扰时，应进行连续电位记录测试、断电电位测量、电流密度测试等，并利用同步测试技术确定干扰源与管道电位波动的相关性。标准推荐了数据记录周期（不少于24小时，特殊情况应覆盖完整的干扰周期，如轨道交通运营全天时段）、测量仪表精度要求和数据处理方法。综合评判：根据测量结果，对照标准中给出的评判准则，确定杂散电流干扰程度等级。标准给出了杂散电流干扰程度的分级方法，其中直流杂散电流干扰采用管道对地电位正向偏移量作为主要判据（如电位正向偏移超过20mV应予以关注，超过100mV应采取缓解措施），交流杂散电流则采用交流电流密度和交流电压作为综合判据（如交流电流密度大于30A/m²时必须采取缓解措施），为工程决策提供了量化依据。值得注意的是，标准同时认可基于腐蚀速率直接测量的验证方法，即当管道腐蚀速率低于规定阈值时，即使电位偏移指标有所超限，经风险分析确认后也可认为干扰处于可接受水平。3.3杂散电流腐蚀的防护与缓解措施标准系统性地规定了杂散电流腐蚀的防护措施体系，包括：源头控制措施：与杂散电流源所属单位协调，通过改善牵引回流系统、优化高压直流接地极选址、设置排流网等措施减少杂散电流的泄漏量。管道本体防护措施：包括优化管道防腐层质量（采用高电阻率、高致密性的防腐层）、增加管道壁厚腐蚀裕量、设置绝缘接头分段隔离等。排流保护措施：依据干扰源特性和管道电位分布的差异，选择直接排流、极性排流、强制排流或接地排流等不同排流方式。标准对各种排流方式的适用条件、设计参数和施工要求进行了详细规定。阴极保护协同措施：明确要求在杂散电流干扰区域对既有阴极保护系统进行适应性调整，优化恒电位仪输出参数和牺牲阳极布置方案，确保管道在动态干扰条件下始终处于有效的阴极保护电位范围。3.4监测与运行维护要求标准强调了杂散电流腐蚀长期监测和持续管理的重要性，规定了：-杂散电流干扰区域管道的定期检测频率（原则上不少于每年一次，对于干扰程度严重的区段应加密检测频次）；-固定电位监测点的设置原则（应设置在干扰最严重、介质环境代表性强的位置，通常选取管道与干扰源距离最近点、防腐层质量薄弱区段等关键位置）和数据采集传输要求；-排流保护设施的运行维护要求和效果评价方法；-异常情况（如轨道交通运行图调整、高压直流系统调试等）下的应急监测和专项评估要求。4标准的技术特点与创新4.1首次建立国际统一的杂散电流腐蚀防控技术框架ISO21857:2021是国际标准化组织首次在油气管道领域发布专门针对杂散电流腐蚀预防的标准，填补了该领域长期存在的标准空白。标准在整合各国先进经验和科研成果的基础上，形成了涵盖“风险识别—评估测试—防护设计—运行维护”全生命周期的技术管理体系。4.2系统化的干扰评估分级方法与以往分散于各类指南和推荐规程中的技术要求相比，本标准提出了更加系统化和定量化的杂散电流干扰评估分级方法。通过引入明确的量化指标和分级阈值（如电位偏移幅度、交流电流密度限值等），增强了标准的可操作性和工程适用性。4.3全生命周期管理理念的体现标准突破了传统腐蚀控制标准仅关注单一技术层面的局限，将杂散电流腐蚀预防与管道完整性管理体系建设紧密结合，强调了从设计阶段的风险预防到运行阶段的监测维护的全过程管理理念。这一理念上的创新，使得标准不仅可作为新建管道设计的依据，也可服务于在役管道的持续改进。4.4与相关标准的协调与衔接ISO21857:2021注重与现有ISO标准体系的协调衔接，具体体现为：在阴极保护设计和实施方面与ISO15589-1（埋地及浸没钢质管道阴极保护）保持一致，在管道设计方面与ISO13623（石油天然气工业管道输送系统）相衔接，在腐蚀评价方面参考了ISO18086（交流腐蚀判定）的相关准则，在完整性管理方面与ISO19345（管道完整性管理）形成互补关系，同时在术语和定义上与ISO8044（金属及合金的腐蚀术语）保持统一。这种标准间的系统协调确保了ISO21857:2021能够作为ISO油气管道标准体系的有机组成部分在实际工程中有效落地。5主要起草单位与组织5.1国际标准化组织油气管道技术委员会（ISO/TC67）ISO21857:2021由国际标准化组织石油、石化和天然气工业技术委员会（ISO/TC67）负责制定。ISO/TC67成立于1987年，是ISO下设的负责石油、石化和天然气工业领域标准制定的专业技术委员会，秘书处由美国国家标准学会（ANSI）承担。ISO/TC67的工作范围涵盖油气勘探开发、管道输送、炼油化工、液化天然气等领域的技术标准制定。该委员会下设多个分技术委员会（SC）和工作组（WG），其中与管道腐蚀控制相关的主要包括SC2（管道输送系统）和WG8（管道完整性管理）等。ISO21857:2021的编制由SC2下属的专项工作组（WG）承担，工作组召集人由来自欧洲管道腐蚀控制领域的资深专家担任，成员单位涵盖国际油气公司（如壳牌、BP、道达尔等）、管道运营企业、腐蚀控制服务商、科研机构和高校等利益相关方。5.2主要参与企业介绍在本标准编制过程中，多家国际知名企业和机构提供了技术支持。以加拿大CathodicProtectionInternationalLtd.（简称CPI公司）为例，该公司作为全球领先的阴极保护与杂散电流腐蚀控制专业服务商，深度参与了ISO21857:2021的技术研讨和草案编制工作。CPI公司成立于1985年，总部位于加拿大卡尔加里，在全球设有多个分支机构，专注于为石油天然气、公用事业和基础设施行业提供腐蚀控制工程咨询、杂散电流调查与缓解设计、阴极保护系统设计与施工等服务。公司在杂散电流干扰评估领域拥有超过三十年的工程实践经验，参与了北美、欧洲、中东和亚太地区多个重大管道项目的杂散电流调查与缓解设计工作，在直流电气化铁路和高压直流输电线路对埋地管道干扰的数值模拟与缓解技术方面处于国际领先地位。在ISO21857:2021编制过程中，CPI公司主要贡献了以下技术内容：杂散电流干扰现场调查方法及数据处理流程、动态杂散电流条件下的电位评价准则、排流保护系统的设计计算方法以及与其他缓解措施的协调配合方案等。CPI公司的资深腐蚀工程师担任了工作组的技术顾问，负责起草了标准第6章（杂散电流干扰评估）和第8章（缓解措施）的核心技术条款，并在国际标准讨论会上多次组织了技术交流和经验分享活动。中国方面，中国石油集团工程技术研究院有限公司（隶属中国石油天然气集团公司）长期跟踪ISO/TC67相关标准的制修订动态，持续参与国际标准的投票和技术意见反馈，在杂散电流干扰评估和排流保护技术方面拥有丰富的实践经验。国内行业机构与标准化组织也在积极推动将ISO21857转化为我国国家标准或行业标准的工作，以促进我国油气管道杂散电流腐蚀防控技术与国际接轨。6标准在我国的适用性分析6.1我国杂散电流腐蚀形势随着我国城市轨道交通（地铁、轻轨）的快速发展和高压直流输电工程的持续建设，油气管道面临的杂散电流干扰问题不容忽视。以地铁为例，截至2023年底，我国内地已有超过50个城市开通轨道交通运营线路，运营总里程超过一万公里。直流牵引供电系统产生的杂散电流对邻近埋地管道的干扰问题在城市密集区域尤为突出。与此同时，我国高压直流输电线路总长度已位居世界第一，接地极在单极大地返回运行方式下的杂散电流影响问题随着特高压直流输电工程建设进度的加快而日益受到关注。近年来国内多条重要管道均发现了杂散电流干扰引起的异常腐蚀案例，相关腐蚀防控技术需求十分迫切。6.2与国内标准体系的协调随着城镇化进程的加快和高压直流输电工程的建设，国内已形成一系列涉及杂散电流腐蚀防控的标准规范。其中，GB/T21447《钢质管道外腐蚀控制规范》对管道外腐蚀控制提出了总体要求；GB/T50698《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》专门针对交流杂散电流干扰的检测与防护进行了系统规定；GB50991《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》则对直流杂散电流干扰的评估指标与排流保护设计作出了详细规定。此外，GB/T19285《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》规定了腐蚀防护系统的检验方法和验收要求。ISO21857:2021的发布实施，为上述国内标准的后续修订提供了重要的国际参考。标准中提出的风险分级评估方法、干扰源与管道联动监测技术以及缓解措施优化设计等方面的先进理念和技术方法，可望在我国标准体系建设中得到借鉴和吸收。6.3标准实施的建议结合我国油气管道行业现状和杂散电流腐蚀防控的实践经验，为促进ISO21857:2021在我国的有效实施和落地应用，提出以下建议：（1）加快推动ISO21857:2021转化为我国国家标准或行业标准，在此基础上结合我国轨道交通和高压直流输电基础设施的分布特征与运行特点，补充适合我国国情的技术条款和应用指南，使标准更加落地可行。（2）组织编制配套技术手册或实施指南，针对不同干扰场景（如地铁杂散电流、高压直流接地极干扰、阴极保护系统互扰等），提供典型工程案例分析和标准化解决方案，便于工程技术人员对照应用。（3）推动相关技术标准之间的衔接配套，在管道设计规范、施工验收规范和完整性管理标准之间建立协调一致的杂散电流防控技术要求，避免多头管理、标准冲突等问题。（4）加强杂散电流腐蚀防控专业人才队伍建设，支持高校和科研机构开展相关技术研究与人才培养，提升行业整体的标准实施能力和技术服务水平。7结论与展望7.1结论ISO21857:2021作为国际标准化组织发布的石油石化天然气领域首部专门针对杂散电流腐蚀预防的技术标准，具有重要的里程碑意义。该标准系统构建了杂散电流腐蚀风险评估、检测评估、防护设计、运行维护的全生命周期技术框架，首次在国际层面统一了杂散电流干扰程度的量化评价