【精品】碼頭鋼管樁外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工

1、 /17碼頭鋼管樁外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工馬龍，張海軍，李偉祥東方建設(shè)（天津）防腐工程有限公司300457摘要:外加電流陰極保護(hù)作為控制鋼管樁腐蝕的一種電化學(xué)方法，能有效阻止碼頭鋼管樁表面的電化學(xué)腐蝕。在國(guó)內(nèi),目前普遍選擇犧牲陽(yáng)極法作為陰極保護(hù)方法，而在國(guó)外碼頭的防腐保護(hù)中,外加電流法已經(jīng)成為一種最常用的陰極保護(hù)方法。*關(guān)鍵詞：外加電流；陰極保護(hù);鋼管樁；腐蝕1引言目前,鋼結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中的局部腐蝕速度遠(yuǎn)大于平均腐蝕速度（約為平均腐蝕速度的510倍），這種局部腐蝕會(huì)造成結(jié)構(gòu)物腐蝕穿孔或應(yīng)力集中，成為碼頭結(jié)構(gòu)物的安全隱患。外加電流陰極保護(hù)作為控制鋼管樁腐蝕的一種電化學(xué)方法，能有效阻止碼頭鋼

2、管樁表面的電化學(xué)腐蝕.在國(guó)內(nèi)，目前普遍選擇犧牲陽(yáng)極法作為陰極保護(hù)方法，而在國(guó)外碼頭的防腐保護(hù)中，外加電流法已經(jīng)成為一種最常用的陰極保護(hù)方法。天津港北港池集裝箱碼頭三期工程位于天津港東疆港區(qū)。碼頭全長(zhǎng)2300米，共38個(gè)結(jié)構(gòu)段,為目前世界上最大的鋼樁結(jié)構(gòu)碼頭工程.采用外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其鋼管樁進(jìn)行陰極保護(hù),系統(tǒng)的控制采用自動(dòng)控制和手動(dòng)控制相結(jié)合的方式，并配備了遙感遙控的功能和可視化軟件系統(tǒng),使防腐工作從過(guò)去的粗放型管理一步躍進(jìn)為可視化、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /17數(shù)字化、遠(yuǎn)程化，?！尽繕I(yè)化的先

3、進(jìn)管理模式.1給業(yè)主提供了專業(yè)的防腐控制形式。本工程設(shè)計(jì)保護(hù)年限達(dá)到50年。本工程為全世界最大的鋼管樁陰極保護(hù)系統(tǒng)工程。2外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)針對(duì)天津港集裝箱碼頭鋼管樁存在水位變動(dòng)區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥三個(gè)防腐區(qū)的實(shí)際情況,通過(guò)技術(shù)論證和經(jīng)濟(jì)比較，參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)規(guī)范和大量成功的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),確定對(duì)鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)和部分海水全浸區(qū)采用外加電流陰極保護(hù)與長(zhǎng)壽命防腐涂層聯(lián)合保護(hù)，對(duì)鋼管樁海水全浸區(qū)和泥面以下15m部分長(zhǎng)度裸露鋼管樁采用外加電流陰極保護(hù).根據(jù)工程整體設(shè)計(jì)原則，確定鋼管樁防腐保護(hù)的技術(shù)指標(biāo)為:碼頭上浸入海水中的樁體進(jìn)行為期50年的外加電流陰極保護(hù)。相對(duì)碼頭50年的使用

4、壽命，做到同壽命保護(hù).本工程陰極保護(hù)最大負(fù)電位（相對(duì)于Ag/AgCl參比電極，下同）控制在-11OV以下，避免涂層因析氫而導(dǎo)致電剝離損壞；本工程陰極保護(hù)最大負(fù)電位確定為-0。8V。本防腐工程將通過(guò)對(duì)保護(hù)電位的嚴(yán)格監(jiān)控措施，杜絕保護(hù)電位超過(guò)保護(hù)范圍的現(xiàn)象。馬龍（1981）：2004年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)腐蝕與防護(hù)專業(yè)，現(xiàn)從事陰極保護(hù)行業(yè)工作，先后主持過(guò)多個(gè)碼頭橋梁防腐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工.Email:malongl983gmail。com.電話：.資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /172。2保護(hù)面積及電流計(jì)算根據(jù)

5、天津港北港池集裝箱碼頭所處的地理位置、介質(zhì)電阻率、海水流速、波高、碼頭結(jié)構(gòu)形式和鋼管樁材質(zhì)、表面狀態(tài)、涂層種類、涂層厚度以及涂層使用壽命等實(shí)際情況,本工程鋼管樁各腐蝕區(qū)選擇和所需的保護(hù)電流計(jì)算結(jié)果見表1。表1鋼樁各區(qū)保護(hù)電流統(tǒng)計(jì)表保護(hù)電流密度取值(mA/m2)樁數(shù)樁徑根m25水位變動(dòng)區(qū)面積保護(hù)電流m2A面積m230水中涂料區(qū)保護(hù)電流100水中裸鋼區(qū)20泥下區(qū)面積面積保護(hù)電流m2Am2A1515.31344.753。18238.9A53.18238.9BC8920.2433.6433。6D47.56341.51.21.047。16072.81。047。16072。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)

6、之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /1749.76647.1FG47.55715。71.21.250。54870.41.250。53214.73164312。9362。6362。610450.0HH1合計(jì)總計(jì)1769.82。3主要設(shè)備選型及設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算本工程共需安裝MMO鈦管陽(yáng)極464個(gè)，尺寸為？25mmX1000mm，額定輸出電流30A以上，輔助陽(yáng)極與水中電纜套管應(yīng)具有良好的絕緣密封性能，本工程采用一體式產(chǎn)品，對(duì)陽(yáng)極頭采取了可靠的絕緣密封措施，確保接頭的長(zhǎng)效防水，并對(duì)緊固件提供有效保護(hù).靠近輔助陽(yáng)極的保護(hù)外殼、連接法蘭及其絕緣密封材料，

7、應(yīng)具備抗氯氣腐蝕性能。圖1所示為本工程所有一體式陽(yáng)極。本系統(tǒng)我們共采用了29臺(tái)額定輸出電流450A的變壓整流器，同時(shí)考慮到變壓整流器柜所處的環(huán)境條件，其保護(hù)性外殼應(yīng)能抵御海水飛濺、鹽霧、雨水、紫外線和海洋腐蝕介質(zhì)的侵蝕,測(cè)量圖1一體式陽(yáng)極結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)線和儀器的連接點(diǎn)應(yīng)做好相應(yīng)的絕緣密封,其絕緣密封等級(jí)為IP65【2】。直流電源的布置應(yīng)根據(jù)電源的資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /17位置、碼頭的結(jié)構(gòu)型式、平面布置條件、維護(hù)管理和經(jīng)濟(jì)因素綜合確定，本工程確定將直流電源分散布置在碼頭后沿后澆托架上,如圖2所示。根據(jù)

8、設(shè)計(jì)原則要求，每臺(tái)直流電源需配置3個(gè)參比電極，本工程外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)共須安裝87個(gè)永久性銀/氯化銀參比電極。其安裝如圖3圖4所示圖2變壓整流器控制柜安裝示意圖圖3輔助陽(yáng)極參比電極布置示意圖圖4輔助陽(yáng)極和參比電極安裝示意圖2。4遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以前的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng),由于變壓整流器控制柜（恒電位儀）的質(zhì)量不穩(wěn)定，自控能力低，需要專人時(shí)時(shí)維護(hù)和管理.上述原因造成了該保護(hù)法后期管理的難度,因而隨著犧牲陽(yáng)極材料質(zhì)量的提高，逐漸在工程中采用了犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。但近年來(lái)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展（混合金屬氧化物涂敷鈦質(zhì),使用壽命50年），電子技術(shù)的發(fā)展和PLC控制模塊的廣泛應(yīng)用，外加電流陰極保護(hù)法的變壓整流器

9、控制柜的電氣元件質(zhì)量越來(lái)越穩(wěn)定，自動(dòng)能力【3】強(qiáng)；并且隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，做到了遠(yuǎn)距離監(jiān)控和遠(yuǎn)程編程。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備可采用恒電位儀、控制板或控制臺(tái)。根據(jù)平面布置和維護(hù)管理?xiàng)l件，可采用控制室集中控制，也可分散布置于工程結(jié)構(gòu)的相應(yīng)位置上。對(duì)本工程監(jiān)控設(shè)備的要求如下：資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /17監(jiān)控設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)所處的環(huán)境條件，當(dāng)采用戶外分散布置時(shí)，其保護(hù)性外殼應(yīng)能抵御海水飛濺、鹽霧、雨水、紫外線和海洋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，測(cè)量導(dǎo)線和儀器的連接點(diǎn)應(yīng)做好相應(yīng)的絕緣密封，其絕緣密封等級(jí)為IP65。

10、監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有測(cè)量、調(diào)節(jié)并顯示鋼結(jié)構(gòu)自然腐蝕電位、保護(hù)電位、電源設(shè)備的輸出電流和輸出電壓的功能。監(jiān)控設(shè)備應(yīng)設(shè)有手動(dòng)檢測(cè)接線端子和備用參比電極接線端子，以便對(duì)儀器儀表、測(cè)量線路、參比電極的使用狀態(tài)進(jìn)行校核。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)射、接收功能，能對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。3外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的施工本工程位于天津港東疆港區(qū)，主要的施工工序（水下安裝設(shè)備、水上電纜橋架安裝、套管固定、電纜敷設(shè)等）均要在碼頭下方進(jìn)行，施工時(shí)受海浪、潮汐影響較大施工難度高.并提高的重點(diǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量因此在制定施工工藝及工藝流程時(shí)對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行了充分的考慮，要求，以確保系統(tǒng)的正常施工、運(yùn)行。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)

11、工程包括:鋼樁電性連接、陽(yáng)極（參比電極）安裝，負(fù)極連接施工，電纜鋪設(shè)，變壓整流器安裝調(diào)試，系統(tǒng)試運(yùn)行，系統(tǒng)驗(yàn)收,日常維護(hù)等工序.本工程的施工工藝流程圖5所示：圖5施工工藝流程圖資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /17保證電流分布均勻及排除雜散電流干擾，所有鋼管樁與混凝土內(nèi)的鋼筋均需保證電連接成一個(gè)整體。采用14鋼筋連接，另外所有暴露在大氣中的電性連接材料都要進(jìn)行防腐處理。輔助陽(yáng)極和參比電極通過(guò)鋼樁上的遠(yuǎn)離式托架附在鋼樁上（見圖6）。陽(yáng)極（參比電極）頂部位于低水位（+0。5m）以下至少2米的位置，這樣陽(yáng)極（參

12、比電極）在任何時(shí)候都保持淹沒(méi)在海水中.鋼樁托架有上下兩層，每層托架都設(shè)有電性連接螺絲，從而達(dá)到鋼樁托架的外加電流保護(hù)。另外為了保證陽(yáng)極托架的固定可靠，可以在安裝后使用水下電焊將托架與鋼樁焊接。在安裝陽(yáng)極組件時(shí)，應(yīng)注意不要損壞陽(yáng)極表面，以及電纜的絕緣外皮。冬季施工要注意防冰凌。根據(jù)外加電流陰極保護(hù)的工作原理，為保證此項(xiàng)工程順利、有效、安全的進(jìn)行，該部分工程在現(xiàn)場(chǎng)提供一個(gè)系統(tǒng)的工作面后進(jìn)行。這樣可以保證施工期間的船舶機(jī)械作業(yè)及電焊不會(huì)影響系統(tǒng)安裝及調(diào)試.同時(shí)根據(jù)鋼樁的腐蝕原理在這段期間內(nèi)鋼樁的腐蝕是可以忽略的。陰極匯流點(diǎn)同鋼樁焊接,焊接要求雙面焊.焊接完應(yīng)對(duì)焊口進(jìn)行防腐處理（涂刷環(huán)氧樹脂）.電纜接

13、頭處由專業(yè)電工進(jìn)行操作，并填充環(huán)氧樹脂密封。圖6輔助陽(yáng)極安裝圖4系統(tǒng)調(diào)試第五系統(tǒng)位于集裝箱碼頭三期的4960排架，共有鋼管樁108根.系統(tǒng)的安裝工作在資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除 /17 /172007年1月18日安裝完畢，并經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格。在公司內(nèi)部建立了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的服務(wù)器，并對(duì)鋼管樁的原始電位進(jìn)行了測(cè)量。在確保系統(tǒng)安裝正確的情況下我方開始了調(diào)試工作。TCT3第五系統(tǒng)于2007年1月31號(hào)和2月1號(hào)進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過(guò)兩天的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試，到2月1號(hào),變壓整流器的輸出電流為：106A,輸出電壓為:5.07V,三個(gè)永久參比電極(Ag/AgCl)測(cè)出的保護(hù)電位均達(dá)到設(shè)計(jì)要求(一800mV1100mV)。調(diào)試結(jié)果如圖7所示圖7電位時(shí)間曲線圖5結(jié)語(yǔ)系統(tǒng)的控制采用自動(dòng)控制和手動(dòng)控制相結(jié)合的方式，并配備了遙感遙控的功能和可視化軟件系統(tǒng),使防腐工作從過(guò)去的粗放型管理一步躍進(jìn)為可視化、數(shù)字化、遠(yuǎn)程化，專業(yè)化的先進(jìn)管理模式；通常碼頭鋼樁采取犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)一般設(shè)計(jì)壽命為30年,而目前碼頭的整體設(shè)計(jì)壽命達(dá)50年或更長(zhǎng)。