绝缘法兰(接头)在海洋石油工程阴极保护中的使用及优化设计
绝缘法兰

原理及性能
绝缘法兰的工作原理是,利用绝缘法兰中的绝缘垫片及高强度绝缘套垫的电绝缘性能进行绝缘法兰两边的电 绝缘进行工作的。根据工程实际,我们对该绝缘法兰的绝缘性能按《绝缘法兰设计技术规定》(SY/T0516--1997) 中的有关要求及《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》(SYJ23—86)中的有关方法进行测试,测试结果表明: 绝缘垫片及紧固螺栓的绝缘套垫在绝缘工作表面间的电阻值能满足规范要求。
绝缘法兰
具有埋地钢质管道要求的密封性能和电 法腐蚀防护工程所要求的电绝缘性能的
管道法兰接头的统称
01 产品介绍
03 产品分类 05 结构及特点
目录
02 产品用途 04 产品特点 06 新型开发
目录
07 原理及性能
09 标准
08 使用情况 010 管理方法
绝缘法兰是对同时具有埋地钢质管道要求的密封性能和电法腐蚀防护工程所要求的电绝缘性能的管道法兰接 头的统称。
使用情况
此种绝缘法兰在进行了阴极保护的输配管的楼幢阀处及需进行电位分片(区)隔离的埋地管阀井中使用。进 行埋地输配管的分片(区)隔离可以较清楚地掌握各片(区)管的阴极保护情况;对阴极保护分片(区)进行评 价,针对不同的阴极保护情况进行处理;当相邻片(区)的保护电位相同(或相近)且达到保护电位要求时,可 用跨条将绝缘法兰两边连通进行统一保护;当相邻片(区)的保护电位相差较大时且有达不到保护电位要求的片 (区)时,可将达不到保护电位要求的片(区)进行特殊处理直对老式绝缘法兰的结构进行了适用型改进。在城市燃气输配工程中,针对城市燃气输配工程压力低 (PN≤2.5MPa),管压力PN≤0.4MPa的特点进行改进。在管输配工程中运用钢制平面法兰代替对焊平面法兰,法 兰绝缘垫片采用聚四氟乙烯、耐油橡胶石棉片、氯丁橡胶等材料制造,而将紧固螺栓的绝缘套及绝缘垫会二为一, 且缩短绝缘套一半做成整体式高强度绝缘套垫。如图1,将穿套垫钢法兰的螺栓孔扩大至能穿绝缘套垫;从而保证 套垫内孔径适合原钢法兰所用螺栓的要求,这样便制成了一种特殊作用的钢法兰,组装后便成了新型绝缘法兰。 它既可单独安装,也可与连接阀门一并安装;既节约了工程费用,又节约了现场安装位置,是一种简单适用的新 型绝缘法兰,且造价特别低。
机械压力接头在海洋石油平台上的应用探讨

中图分 类号 :T E 9 5
文献标识码 : A
文章编号 : 1 6 7 1 — 0 4 6 0( 2 0 1 4)O 1 — 0 1 2 4 — 0 2
Di s c us s i o n o n Appl i c a t i o n o f Me c ha ni c a l Pr e s s u r e Co n n e c t i o n s i n Of f s h o r e 0i l P l a t f o r ms
Abs t r a c t : Ad v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t r a d i t i o n a l f l a n g e a n d me c h a n i c a l p r e s s u r e c o n n e c t i o n s we r e a n a l y z e d b y c o mp r e h e n s i v e c o mp a is r o n o f t h e i r c h a r a c t e r i s t i c s ,a n d s e a l p in r c i p l e a n d a p p l i c a t i o n l i mi t a t i o n o f t h e me c h a n i c a l p r e s s u r e c o n n e c t i o n s we r e d i s c u s s e d a s we l l a s i t s a p p l i c a t i o n p r o s p e c t i n o fs h o r e o i l p l a t f o r ms .
阴极保护在石化行业中的应用

[4] 吴敬清, 陈平, 李正涛等. 阴极保护防护技术在英买力油气集 输管道中的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2017, 37(17): 62-63, 66.
[5] 张亮, 宋积文, 陈胜利等. 海洋石油平台导管架阴极保护监测数
很强,利用其高电导率,一般采用牺牲阳极的阴极
据分析与讨论[J]. 装备环境工程, 2018, 15(3): 20-23.
作者简介:王涛 (1983-) ,男,甘肃敦煌人,工程师,本科,主要从事管道材料及其设计安装 工作。
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TOTAL CORROSION CONTROL VOL.35 No.04 APR. 2021
经验交流 Experience Exchange
安装费用少,投运后不需要维护,不需要额外的电 源,基本不产生腐蚀干扰,被广泛应用到低电阻率 的环境下保护金属材料,保护电流不可调节,对于 高电阻率环境下不适用,适用寿命短。
transportation pipelines were facing increasingly severe corrosion problems. Cathodic protection played an
important role in the corrosion of buried pipelines and offshore platforms, and it could effectively avoid or
(下转第89页)
全面腐蚀控制 第35卷第04期 2021年04月
19腐蚀研究Biblioteka Corrosion Research
中的腐蚀物质也有所区别,油气管道外表面的湿 度、温度也各不一样。在这种情况下,管理人员要 对大气和土壤腐蚀问题的机理进行全面研究,从而 对面前的油气管道所遭受的外腐蚀根源进行很好的 辨别。从而找到最科学的油气管道材质,使油气管 道腐蚀问题得到更好的解决。
(整理)阴极保护装置

阴极保护的主要装置阴极保护的主要装置有:绝缘法兰、测试桩、检查片。
阴极保护还需要电源设施,辅助阳极,或代替直流电源的牺牲阳极等。
一、绝缘法兰绝缘法兰是在管道上安装的具有电绝缘性能的法兰接头。
它包括一对钢质金属法兰和法兰间的绝缘密封零件,法兰紧固件,以及紧固件与法兰间的电绝缘件,和与法兰相焊的一对钢质短管。
(一)绝缘法兰的作用与安装安装绝缘法兰的目的,是将被保护管道和不应受保护的金属体从导电性上分开。
它是在施加阴极保护的管段上设置的,以切断管道的电连续性为目的,具有电绝缘性的法兰接头。
如果没有此装置,保护电流将会沿着金属导体流到不应受保护的管道、金属体或大地从而增大电源功率的输出,缩短保护长度。
在杂散电流干扰区,绝缘法兰还可用来分割干扰区和非干扰区,减少杂散电流的干扰区域。
绝缘法兰一般安装在下列各处。
1.管道与站、库的连接处。
2.支管与干管的连接处。
3.有防腐层管段与裸管道的连接处。
4.管道大型穿、跨越的两端。
5.新、旧管道,不同材质管道的连接处。
6.杂散电流干扰区。
(二)绝缘法兰的构造与安装绝缘法兰分为比压密封型(简称I型)和自紧密封型(简称Ⅱ型)绝缘法兰。
I型绝缘法兰只应用于公称压力PN≤2.5MPa的场合。
I型和Ⅱ型绝缘法兰的结构分别见图1和图2。
绝缘密封垫片和紧固件绝缘零件在绝缘工作表面间的电阻值均应不小于500MΩ。
有关绝缘法兰的技术标准可参见SYJ16—84《绝缘法兰设计技术规定》。
制作I型绝缘法兰的绝缘垫片材料,可以采用橡胶石棉板、耐油橡胶石棉板、氯丁橡胶板、织物基氯丁橡胶板等。
制作Ⅱ型绝缘法兰的绝缘垫片材料,可以采用酚醛层压布板、环氧酚醛层压玻璃布板等。
绝缘螺栓衬套和螺栓垫圈的材料,推荐采用高强度的酚醛层压布板(棒)。
有关绝缘法兰的安装有以下规定:1.绝缘法兰的选择应根据使用的温度、压力及绝缘性能进行选择,应避免安装在有可燃性气体的封闭场所。
应预组装、检验合格后,才可整体焊接在装设处。
大直径高压设备法兰优化设计

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海洋石油平台导管架阴极保护的实施和改进

发 出电流。经分析其主要原 因是由于设计时所选取的 电流密度偏小, 无法在导管架表面形成致密的
钙 质沉 积 层 。 为使 导 管 架 能达 到 保护 电位 , 提 出 了牺牲 阳极 阴极 保 护 的 改造 方 案 。 关键 词 : 平台 导管架 牺牲阳极 阴极保护 改 造
到保 护 电位 ; 而导管架 E L - 7 0 . 5 m和 E L . 8 4 . 1 m 处在 下水 5 2 d后 电位 分 别 为 一 6 3 7 m V和 一 6 2 8 m V,
极化缓慢 , 且没有明显使导管架快速极化至保护 电位的趋势。导管架下水达 2 1个月后 , 超过7 0 . 5 m
表 2 保 护 电流 密 度 ( 热带 ) T a b l e 2 D e s i g n C u r r e n t D e n s i t y( T r o p i c a 1 )
内外 导 管 架 的 阴极 保 护 设 计 。 根 据 标 准 D N V . R P - 4 0 1 中的相关 规 定 , 该 平 台导 管 架 的保 护 面 积
保护区域 海水中有涂层 的钢结构 海水 中裸钢( O一3 0 m)
海 水 中裸 钢 ( 3 O一 8 4 . 1 i n )
保护面积 / m
海泥中的裸 钢
D N V . R P - 4 0 1根据海 水 表 面 平 均 温 度 和海 水 深度 规定 了 电流密 度 的取 值 , 已经 广 泛 应 用 于 国
护按 照 D N V - R P - 4 0 1 设计 , 并 安装 了一 套 阴极 保 护检 测 系统 用 来检 测 导 管 架 的保 护 状 况 。 导 管 架 下
阴极保护技术在油气田中的应用

因为牺牲阳极输出电流优先,仅为mA级,所以当管道覆盖层很差时,
采用牺牲阳极不经济而不宜选用。 (2)工程规模大小 被保护的管道如果太短,建一座阴极保护站,保护的方位富裕太多, 不宜采用强制电流法,而牺牲阳极就比较合适。 (3)环境条件 如果土壤电阻率过高,牺牲阳极要满足保护要求则要消耗大量的材料, 经济上不合理。 当周围金属构筑物密集时,不宜采用强制电流法。 (4)有无可利用电源
某些措施来减轻或防止。
采取有效的防腐措施和科学管理,30%的腐蚀是可以预防的。 防腐措施:合理的设计、正确选用金属材料、改变腐蚀环境、采 用耐腐蚀覆盖层、阴极保护技术、阳极保护技术、用耐腐蚀非金属材 料代替金属材料。
4
(二)阴极保护技术的基本原理
由外电路向金属通入电子,被保护结构物成为阴极,从而使金属腐蚀
8
(五)阴极保护的主要参数
1、阴极保护电位
保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止(或可忽略)时所需的电
位。此项参数是借助参比电极来测量,实践中容易实现,是阴极保护最
基本的参数;必须指明所用的参比电极。
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2、阴极保护电流密度
是指被保护构筑物单位面积上所需的保护电流,是阴极保护设计中 必不可少的又一重要参数,受被保护构筑物的表面状况、环境条件和被
(如钢、铝)、微溶性阳极(如高硅铸铁、石墨)、不溶性阳极(如铂、镀铂、
金属氧化物)3大类。
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(八)阴极保护技术的管理要求
1、保护率 是反应被保护管道实现有效阴极保护的范围,要求100%。
2、运行率 是反应一年内阴极保护投入运行的时间比率,要求高于98%。
3、保护度 是衡量阴极保护效果的指标,要求高于98%。
腐蚀介质必须是导电的,以便建立连续电路;
绝缘接头在燃气管线阴极保护系统中的应用

意的一些问题 , 重点说明了绝缘接头在保护系统中应用的优势, 并提出了其在 实际施工应用中的一些注意事项, 为以后的
工作提 出了建议 。 关键词 : 绝缘接 头; 管道 ; 阴极保 护 中图分 类号 :U %. T9 8 文献标识码 : A 文章编号 :04— 642o )6— 05 2 10 9 1(o 6o 0 4 —0
r e fnu tgjn a oi p t tnss m w r e p azdi t s a rFr e oecr i api tniusi at l o- a s sli i t ct dc r e i t ee m hs e i pp .ut r r,ean plai se c a cn g o i an o t o h o co y e i nh e hm t co s n u
电 位 为 一056V ( s ) .8 C E .
有关管线交叉 处理 、 接接头 处理等也 满足 相应规 范设 计要 非焊
求 。阳极与管道 的连 接采 用 铝热 焊 , 采用 双 焊点 方 法 , 即每 支 阳极有 2条电缆 与管 道 联接 。焊 口经导 通测 试合 格后 进行 补
中压部分 管线共埋设镁 合金牺牲 阳极 5组 1 , 7支 见表 1 及
图 1 。
北
口, 口采用与管道 相同的防腐 层 。补 口处 的电缆应 预 留蛇形 补
弯 以免受力拽 脱 。在 施工 过程 中 , 据 设计 要求 和 施工 规 范 , 根 每道工 序都 进行严格 的质 量把关 。 此时, 该工程东 西方 向主体 管线 因处 于 人行 步 道 , 已经 回
( e igZ oguC roi s in h f ors n& P e戗 nC r , e ig10 8 , hn ) j n o l c 0 op n ln 003 C ia t j AbtatB a z gt esnt th a oi p t tns t f a ppl e e oki o edsi f ei it m e s c: ya l i er 0 a t ct dc re i ye o s i i t r m irt in f lo et r n yn h a h e h o co s m g e n n w n¥ tc o B j期
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绝缘法兰(接头)在海洋石油工程阴极保护中的使用及优化设计张国庆;张有慧;郭庆坤;李妍;陆长山【摘要】本文通过对NACE SP 0176-2008、NORSOK M503-2007、DNV RP F103-2003以及ISO15589-2-2004和DNV RP B401-2005等国际标准中对绝缘接头(法兰)的技术要求以及中国海洋石油采油平台的现场调研和实际应用,结合海洋石油导管架阴极保护设计和海底管线阴极保护设计对海底管线的绝缘法兰(接头)进行优化,并根据海上采油平台实际电化学测量数据讨论优化设计后对海底管线和导管架阴极保护的影响.【期刊名称】《全面腐蚀控制》【年(卷),期】2010(024)004【总页数】6页(P36-40,35)【关键词】绝缘接头;绝缘法兰;海洋石油;阴极保护;海底管线;电偶腐蚀【作者】张国庆;张有慧;郭庆坤;李妍;陆长山【作者单位】海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津,3004512;海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津,3004512;中海油能源发展股份有限公司采油技术服务公司,天津300451;海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津,3004512;海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津,3004512【正文语种】中文【中图分类】TE985多年来,海洋石油导管架和海底管线的阴极保护系统主要是采用牺牲阳极的保护方法,并在海底管线立管上安装绝缘法兰或绝缘接头,目的是为了确保海底管线与导管架之间的电绝缘,防止各部分之间产生有害的电化学相互作用。
绝缘接头(法兰)还用于确保阴极保护系统中电流的有效分布以及防止异种金属之间发生电偶腐蚀等作用。
随着近几年国家对一些边际油田的开发,个别项目在立管上并没有安装绝缘接头或绝缘法兰,这就使海底管线与导管架发生了电连接。
另外,一些海上油气田在投产后由于腐蚀产物或立管的悬挂法兰的维修/改造导致导管架与海底管线发生了电连接而使绝缘接头(法兰)的电绝缘发生失效。
对现有的导管架和海底管线阴极保护的电化学测量也充分证明了部分导管架与海底管线发生了电连接而使电绝缘失效。
但值得研究的是虽然电绝缘发生了失效,但根据现场对导管架的保护电位以及立管的保护电位的测量发现,所有的导管架和立管的保护电位都在设计的要求范围内且更负。
这说明虽然电绝缘失效并没有对阴极保护产生影响,无论是导管架还是海底管线均在阴极保护的范围之内。
本文就绝缘接头(法兰)在导管架与海底管线阴极保护中的作用以及优化设计进行讨论。
1 电绝缘的工作原理绝缘接头或绝缘法兰是安装在两管段之间用于隔断电连接的电绝缘组件,例如整体型绝缘接头、绝缘法兰以及绝缘管接头等。
通过电绝缘,可以将不同的阴极保护系统例如外加电流阴极保护系统和牺牲阳极阴极保护系统隔绝开来以保证两个系统不发生相互干扰,也可通过绝缘接头(法兰)把不需要阴极保护的钢结构隔离开来以减少不必要的阴极保护电流的损耗。
除了被保护的系统无法电绝缘和阴极保护系统设计已经考虑了电绝缘因素外,电绝缘对于整个寿命期阴极保护的成功与否十分重要。
在一个绝缘体系中,不能使阴极保护系统维持满意的阴极保护水平可能是由于和其他金属结构物(包括其他管线、电源接地)发生短路所造成的。
导致实际的阴极保护系统的阳极输出电流无法达到设计的阴极保护电流密度进而无法达到设计的极化电位,这一方面使阳极的输出电流始终维持在一个很高的范围内,另一方面又使结构物无法达到保护电位进而使被保护物无法得到完全的保护。
2 平台实际测量数据下面是通过对两座渤海的采油平台现场实际电化学测量的数据,并通过绝缘法兰两侧阴极保护电位的测量确认阴极保护的效果。
其中表2和表3是通过自动数据采集器所得到的数据。
通过对MUQ等平台的现场调研发现,虽然导管架与立管发生的电连接从而使绝缘垫片失效,但无论是导管架还是立管均未发现明显的保护电位不足的现象。
图1、图2为进行实际调研时的MUQ和NW平台照片。
通过对渤海的2个平台及立管保护电位和绝缘垫片两端电阻测量数据(表1、2、3),可以看出,导管架与立管之间的保护电位非常接近,且都在非常有效的阴极保护范围之内,由于不存在电流的流动(表2和表3),虽然MUQ的一条立管上的绝缘垫片发生短路,对于整个导管架和立管阴极保护来说并不存在任何影响。
另外,根据渤海其他采油平台的阴极保护现场测量数据显示,如JZ-93采油平台也显示绝缘垫片两端的现场测量电阻小于1欧姆,但导管架与立管均在非常好的阴极保护范围内(<-0.9V Ag/AgCl,seawater)也可以判断虽然绝缘垫片在使用过程中发生了短路,但并没有给两个相互独立的牺牲阳极阴极保护系统带来任何影响。
图3、图4为现场进行绝缘垫片两侧阴极保护数据的测量照片,测量的法兰为绝缘法兰所在的位置。
表1 导管架及立管保护电位及绝缘垫片两端电阻?表2 MUQ平台绝缘垫片电流及电位差测量数据?3 国内标准研究(1)国内对于陆地管线电化学保护采用电绝缘的技术要求的技术标准为GBT 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》,GBT 21448-2008 吸收了ISO 15589-2003《管道输送系统的阴极保护第一部分:陆上管道》主要内容的基础上,结合我国陆地管道阴极保护实践编制而成。
该标准推荐在下列位置处设置绝缘接头如:支线管道连接处、不同防腐层的管段间、不同电解质管段间(如河流穿越处)、交直流干扰影响管段上以及实施阴极保护的管道与未保护的设施之间。
该标准主要针对陆上管线阴极保护的技术要求,相对于海洋石油管线或海上钢结构的电绝缘则有所不同。
(2)国内对于海洋钢结构阴极保护的标准是SY/T 10008-2000《海上固定式钢质石油生产平台的腐蚀控制》,该标准等同采用了美国腐蚀工程师协会(NACE)的标准《海上钢质石油生产平台的腐蚀控制》1994年版(NACE RP 0176 Corrosion control of steel fixed Offshore Platforms Associated with Petroleum Production, 1994)。
该标准对绝缘法兰或接头的安装位置以及测试线等提出了相关的技术要求,但对于何种情况必须安装或不必电绝缘并没有提出详细的技术要求和判断依据。
(3)SY/T-0516-2008《绝缘接头与绝缘法兰技术规范》规定了埋地钢质管道电化学保护工程中绝缘接头(绝缘法兰)的选材、结构设计、制造、组装与实验等基本要求。
对何种环境下如何选取绝缘接头或法兰并没有提出详细的技术要求和判断依据。
4 国外标准研究图1 MUQ平台图2 NW无人平台表3 NW平台绝缘垫片电流及电位差测量数据?(1)NACE SP 0176-2007《Corrosion Control of Submerged Areas ofPermanently Installed Steel Offshore Structures Associated with Petroleum Production》在原来的NACE RP 0176-2003的基础上将阴极保护部分独立成该标准,该标准同样只强调了绝缘接头的位置,对于何种情况下必须安装绝缘接头或法兰以及设计要求同样没有详细描述。
(2)NACE SP 0607-2007/ ISO 15589-2-2004 《管道输送系统的阴极保护第二部分:海底管道》提出外加电流阴极保护系统与牺牲阳极阴极保护系统之间、阴极保护系统与未实施阴极保护系统或欠保护阴极保护系统之间必须增加电绝缘装置。
另外,该标准强调对于较短的海底管线如平台间的海底管线的牺牲阳极可以安装在管线的两端。
并且对于海底管线所使用的阳极可以直接安装在导管架上用于海底管线的牺牲阳极保护(见ISO 15580-2-2004 第5.2.3部分安装在管线两端的牺牲阳极系统)。
该标准直接提出较短的海底管线可以不安装电绝缘装置。
另外,对于同时采用牺牲阳极阴极保护系统的导管架和海底管线,可以作为统一的阴极保护系统进行设计而不必安装电绝缘装置。
(3)DNV RP B401-2005《阴极保护设计》是目前海洋石油导管架阴极保护设计的主要参考标准,该标准在原来DNV RP B401-1994版本的基础上删除了海底管线阴极保护的技术要求以及外加电流的技术要求,只针对海洋钢结构牺牲阳极阴极保护系统如导管架等的技术要求。
该标准只强调对于避免阴极保护或者存在保护电位限制区如对HISC敏感部件实施电绝缘。
而对于同时采用牺牲阳极阴极保护系统的导管架和海底管线,并没有提出强制性安装电绝缘装置将两个系统分开。
图3 绝缘法兰两端保护电位测量(导管架)图4 绝缘法兰两端保护电位测量(立管)图5 悬挂法兰腐蚀产物发生电连接图6 悬挂法兰安装造成电连接(4)DNV RP F013-2003《海底管线牺牲阳极保护系统》是目前海洋石油海底管线阴极保护设计的主要参考标准,由于该标准只针对海底管线牺牲阳极保护系统提出技术要求,并未包括外加电流阴极保护系统。
因此对于电绝缘并没有提出相关技术要求,但值得注意的是,该标准在ISO 15589-2-2004的基础上细化了平台间可以不安装电绝缘的技术要求,提出对于10~30公里的平台间的海底管线可以将阳极安装在管线两端如立管或者导管架上,这也充分证明了对于平台间的海底管线与导管架可以省略绝缘接头或绝缘法兰,将海底管线与导管架作为一个统一的阴极保护系统进行设计。
(5)NORSOK M503-2007《阴极保护》对于需要电绝缘装置技术要求为:登陆管线与海底管线之间、海底管线与陆地终端之间、阴极保护管线与未阴极保护设备之间以及存在不同保护电位要求的阴极保护系统之间需要安装电绝缘装置。
电绝缘装置的技术要求如尺寸或绝缘强度等均与ISO 15580-1-2004的技术要求相同。
对于海洋工程同时采用牺牲阳极阴极保护系统同样没有强制性的电绝缘要求。
5 国内外海洋工程阴极保护的电绝缘设计现状目前国内外几乎所有的导管架和海底管线的阴极保护设计均在立管的顶端飞溅区以上与工艺管线连接位置设置了绝缘接头或绝缘法兰以隔离导管架阴极保护系统与海底管线阴极保护系统。
只在1个国内的项目没有安装电绝缘装置即导管架与立管直接导通作为一个整体阴极保护系统进行设计。
国外石油公司倾向于安装绝缘接头进行电绝缘,而国内海洋石油工程则倾向于绝缘垫片作为电绝缘装置。
我国海洋石油采油平台导管架与海底管线除了渤海1个边际油田未采用电绝缘装置外全部通过绝缘法兰或绝缘接头将导管架阴极保护系统与海底管线阴极保护系统进行电绝缘。
通过近几年的海上实际电化学测量,虽然一些绝缘法兰由于各种原因如腐蚀产物短路或导管架悬挂法兰安装造成电绝缘失效(见图5、图6),但所有的数据(表1、2、3)均显示整个阴极保护系统处于非常好的保护状态。