维普资讯 http://www.cqvip.com ｝８月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｕｇ．２００７ Ｉ总第４０６期 Ｎｏ．８ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４０６ 杭州湾某码头改造工程钢管桩 牺牲阳极阴极保护 史忠裕１，范卫国２，李森林２ （１．浙江北仑第一发电有限责任公司，浙江宁波３１５８００；２．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９） ｉ要：介绍杭州湾水域自然条件下，钢管桩实施牺牲阳极阴极保护所进行的保护面积与保护电流计算、牺牲阳极型号 、阳极的水下安装、阳极的性能检测与验收以及保护效果的检测等设计及安装情况。保护电位测量结果表明钢管桩阴 效果良好，该工程阴极阳极设计与施工合理，有关参数的选取可供杭州湾水域进行相关阴极保护设计参考。 键词：钢管桩；腐蚀；阴极保护；保护电位 ｌ图分类号：Ｕ ６５５．５５；ＴＵ５０３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００２—４９７２（２００７）０８—００４９—０３ ｔｈｏｄｉｃ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓａｃｒｉｉｃｉｆａｌ Ａｎｏｄｅ ｆｏｒ Ａｎｔｉ－ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｐｉｐｅ ｉｌｅｓ Ｐｉｎ ａ Ｗｈａｒｆ Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｙ ＳＨＩ Ｚｈｏｎｇ—ｙｕ ，ＦＡＮ Ｗｅｉ－ｇｕｏ ，ＬＩ Ｓｅｎ－ｌｉｎ （１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｂｅｉｌｕｎ Ｆｉｒｓｔ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５８００，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｃｉａｌ ａｎｏｄｅ ｆｏｒ ａｎｔｉ——ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ａｒｅａ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｍｏｄｅｌｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｃｒｉｉｆｃｉａｌ ａｎｏｄｅ，ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｃｒｉｉｆｃｉｌ ａｎｏｄｅ，ｐｅｒａｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｏｆ ａｎｏｄｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｃｈｅｃｋ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｉｃ ｐｏｔｒｅｎｔｉｌ ｐｒａｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃｔｏｒｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｏｄｅ ａｎｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ：ｅｎｃｅ ｏｒｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｙ ｗａｔｅｒ ａｒｅａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃａｔｈｏｄｉｃ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ 冈管桩长期浸泡在海水中不加保护会遭受严 胬蚀。全浸区和潮差区的平均腐蚀速度为 ．阳极阴极保护具有保护效果好ｆ保护效果大于 ８５％）、保护寿命长（一次实施可达２０ ａ或更长时 间１以及可维修、可更换等特点。据此，杭州湾某 化工泊位改造工程中，钢管桩设计采用涂料加牺 ４ ｍｍ／ａ，局部腐蚀速度可达０．５ ｍｍ／ａ以上， 管穿孔，甚至呈截断状态，严重影响码头 运行。 牲阳极联合防腐蚀措施，要求保护寿命２０ ａ。 １工程概况 勺防止海水中钢管桩的腐蚀，一般采取阴极 戈涂料加阴极保护联合防护。阴极保护可分 生阳极阴极保护和外加电流阴极保护。牺牲 稿日期：加ｏ７—０２—２８ 码头改造工程采用高桩结构，包括靠船墩 者简介：史忠裕（１９６６一），男，工程师，从事机械工程。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・５Ｏ・ 水运工程 ２００７盘 ２座与工作平台２座ｆｚ。 Ｚ 排架和ｚ ｚ。 排架）。 桩基采用４，１ ５００钢管桩２根，４，１ ２００钢管桩４根， 施阴极保护的工程实例阎，本工程钢管桩各腐蚀区 保护电流密度取值如下：潮差区为２０ ｍＡ／ｍ ；海 水区为４０ ｍＡ，ｍ ；海泥区为１５ ｍＡ／ｍ 。 ２．２保护电位 ４，１ ０００的钢管桩８１根，合计钢管桩８７根，桩长 ４５ ５０ ｍ。钢管桩表面自横梁底至泥下２ ｍ均采用 ７２５Ｌ—Ｈ５３—９重防腐涂料保护。 码头位于杭州湾南岸中段，由外海传人的涌 浪很少，波浪以风波为主。夏季的常浪向为Ｅ—ｓ 向，冬季以偏北向波浪为主。腐蚀环境复杂，腐 蚀相对严重。 根据交通部标准ＪＴＪ ２３０—８９《海港工程钢结 构防腐蚀技术规定》，参考美国ＮＡＣＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＲＰ ０１７６－１９９３《海上石油生产钢质固定式平台的防 腐》，钢管桩保护电位设计为…７７０ １ ０５０ ｍＶ ｆ相 对Ａｇ／ＡｇＣ１海水参比电极，以下皆同１。 ２．３保护面积和保护电流计算 ２牺牲阳极阴极保护设计 码头平均水位为１．９４ ｍ，设计低水位一０．７２ ｍ， 泥面高程一１０￣＿１３ ｍ。钢管桩潮差区长度从平均水 ２．１电流密度 根据码头所处的地理位置、介质条件、钢管 桩材质、表面状态及码头结构形式等实际情况， 位至设计低水位，海水区长度从设计低水位至泥 面，海泥区长度从泥面至桩尖。钢管桩保护面积 与保护电流计算结果见表１。 参照有关标准、资料 和该区域已建码头钢管桩实 表１钢管桩保护面积与保护电流 ２．４牺牲阳极型号、数量与布置 水工建筑物每一个自然段内的所有钢管桩均电连 根据保护电流大小和使用年限２０ ａ的要求， 经反复计算，设计选用Ａ２Ｉ—Ｃ型铝合金阳极。 阳极尺寸为８００ ｍｍｘ（２００＋２８０）ｍｍｘ１５０ ｍｍ，单 接为一体。具体操作如下：①从每根钢管桩内壁 焊接１根４，２５引出钢筋；②对工作平台，将每一 排架中每根钢管桩的引出钢筋，焊接在横梁的同 一只阳极质量为８０ ｋｇ，单只阳极发射电流为１．８７ Ａ，整个码头共需安装１６８只阳极。具体分布见 表２。 表２码头各部位阳极数量分布 构件编号 钢管桩直径／ｍｍ每根桩阳极数量，只合计阳极数，只 根主筋上，使每一排架的钢管桩之间形成短路 连接在一起。排架问通过纵梁内的主筋使工作平 台所有的钢管桩形成短路连接在一起；③对靠船 墩，利用每根钢管桩的引出钢筋与结构内的同一 根主筋焊接在一起。 在每个工作平台引出２个阴极测试点，每个 靠船墩引出１个阴极测试点，以供测试钢管桩保 护电位。 在进行电连接施工时，要求焊缝搭接长度大 ３牺牲阳极阴极保护的实施 于５０ ｉｎｌｎ，实际施工时焊缝长度均达１００ ｍｍ以 上，满足电连接要求。 ３．２牺牲阳极性能的检测与验收 ３．１钢管桩的电连接与阴极测点的施工 由于钢管桩长度不同以及保护面积和保护电 流不同，牺牲阳极的布置也不是每根钢管桩都一 样，而且每根钢管桩的表面状态不尽一致，为了 保证牺牲阳极的使用寿命一致和保护电位均匀， 牺牲阳极性能直接关系到码头钢管桩保护电 位的分布与保护寿命。为了保证工程质量，对用 于工程的阳极抽样进行了成份分析和电化学性能 维普资讯 http://www.cqvip.com 第８期 史忠裕，等：杭州湾某码头改造工程钢管桩牺牲阳极阴极保护 ．５１． 测试，结果见表３，表４。 表３阳极化学成份 项目 开路电 工作电 实际电容 电流效 溶解 … 位／ｍＶ 位／ｍＶ量／（Ａ．ｈ・ｋｇ－１）率／％ 状况 ～～ 性能 一 １ ０９１一 １ ０９４≥ｚ伽…～ ～ 面溶解均匀 由抽测结果看，阳极化学成份和电化学性能 满足ＧＢ／Ｔ ４９４８－－２００２［３１和ＧＢ／Ｔ １７８４８一ｌ９９９『６１的 要求。 ３－３牺牲阳极的安装要求与工艺 根据阳极结构，每块牺牲阳极有２只焊脚，４条 焊缝，要求每条焊缝长度≥１００ ｍｌｎ，焊缝高度 ５ ７ ｍｍ，焊缝连续、平整、牢固可靠，２０年不脱 落，并与钢管桩有良好的电性连接。 牺牲阳极安装质量的好坏，直接影响到阳 极的发生电流量、溶解性能、使用寿命和使用 效果。实践证明，水下焊接安装工艺具有工艺简 单、牢固可靠等优点，能满足牺牲阳极的安装要 求［７－９１。本工程钢管桩材质为Ｑ２３５普通碳钢，据 此，牺牲阳极采用普通湿法水下焊接工艺进行 安装。 ３．４钢管桩自然电位与保护电位测量 ３．４．１ 自然腐蚀电位 钢管桩的自然电位同钢管桩表面状态、海水 含盐量、流速等因素有关，不同钢管桩自然电位 稍有差别，在阴极保护前抽测了部分构件的钢桩 的自然电位，数值在一６７０ ｍＶ～７２０ ｍＶ之间，平 均一６８０ ｍＶ。 ３．４．２钢管桩保护电位 保护电位是评价保护状态和保护效果的重要 参数。保护电位值在一７７０ ｍＶ～ｌ ０５０ ｍＶ之间时 保护是充分的，保护效果是良好的。在该工程牺 牲阳极保护实施结束后，对钢管桩保护电位进行 了８Ｏ个点的测量，结果见表５。 表５钢管桩牺牲阳极保护电位检测结果 从表５可以看出，该工程保护电位在－９６３ ｍＶ一 ９９９ ｍＶ之间，平均保护电位为一９８０ ｍＶ，满足规 范要求，并且保护电位相当均匀，可以认为钢管 桩处于最佳保护状态。在工程牺牲阳极实施结构 后１个月抽测发现，保护电位在一ｌ００５ｍＶ￣１０３０ｍＶ， 完全满足设计要求。 ４结语 从实测牺牲阳极成份、电化学性能和保护电 位结果来看，可以认为： １）钢管桩牺牲阳极性能满足规范要求，为保 证该工程的施工质量提供了保证； ２）钢管桩保护电位均在设计要求范围内，而 且钢管桩处于最佳保护状态； ３）钢管桩牺牲阳极参数的选择和布置基本上 是合理的，可供该海域类似钢结构防腐蚀参考、 借鉴。 参考文献： 【１】 删２３Ｏ一８９（试行），海港工程钢结构防腐蚀技术规 定条文编制说明【Ｓ】． 【２１ ＪＴＪ２３Ｏ一８９（试行），海港工程钢结构防腐蚀技术规 定【Ｓ】． 【３１ ＧＢ／Ｔ ４９４８－－２００２，铝合金牺牲阳极国家标嘲ｓ】． 【４】 ＮＡＣＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＲＰ ０１７６—１９９３，海上石油生产钢质固 定式平台的防腐【ｓ】． 【５】 陆旭峰．杭州湾某化工码头扩建工程阴极保护技术【Ｊ１ ．港工技术与管理．２００３（３）：３９—４３． 【６１ ＧＢ／Ｔ１７８４８－１９９９，牺牲阳极电化学性能试验方法【Ｓ】． 【７】 朱锡昶，葛燕．厦门嵩屿石化仓储库１０万ｔ级油码头 钢管桩牺牲阳极保护设计及实施…．港工技术，１９９８ （４）：３３－３６． 【８】 朱锡昶．海港工程阴极保护的设计要点（下）【ＪＪ．水运工 程，１９９８（６）：５２—５６． ［９１ 肖南．牺牲阳极防腐蚀技术在天津港的应用【Ｊ】．港工技 术．２００１（２）：２７—２８．