码头钢管桩阴极保护设计方案

利比里亚码头
钢管桩阴极保护技术方案
目录
一、阴极保护设计书 (3)
1概述 (3)
2自然条件 (3)
3设计要求 (3)
4规范及标准 (3)
5牺牲阳极保护设计指标 (3)
6牺牲阳极保护设计计算 (4)
8施工注意事项 (9)
9使用期的维护和管理 (9)
一、阴极保护设计书
1概述
本工程位于利比里亚首都蒙罗维亚布什罗德岛，西临大西洋，是利比里亚最大的港口，也是西非的主要港口之一，老码头已经使用40年以上，所有钢管桩无防腐涂层。

钢管桩拟采用牺牲阳极阴极保护。

2自然条件
设计高水位：∇ 1.17
设计低水位：∇ -0.11
3设计要求
3.1保护范围：为钢管桩水位变动区到桩尖外表面（包括水中、泥中等）。

3.2阴极保护系统设计寿命25年。

4规范及标准
4.1 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS 153-3-2007
4.2 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》GB/T 4948-2002
4.3 《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T 17848-1999
4.4 《Corrosion Control of Steel Fixed Offore Structures Associated Petroleum Production》NACE Standard RP0176-2003
4.5 中交第二航务工程勘察设计院提供的图纸及有关数据
5牺牲阳极保护设计指标
5.1 设计寿命
钢管桩牺牲阳极保护系统寿命为25年。

5.2 保护效果
有效保护期间内，钢管桩的保护电位应控制在-0.85～-1.10V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）。

6牺牲阳极保护设计计算
6.1 阴极保护电流密度选取
根据钢管桩所处的地理位置、介质电阻率和钢管桩材质、表面状态等情况，参照《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》及《Corrosion Control of Steel Fixed Offore Structures Associated Petroleum Production》NACE Standard RP0176-2003，钢管桩各腐蚀区选择的保护电流密度见表1。

表1 保护电流密度
6.2 牺牲阳极材料的选择
本工程牺牲阳极采用Al-Zn-In系合金牺牲阳极，表2、3是阳极的化学成分及电化学性能。

表2 Al-Zn-In系合金的化学成分
表3 Al-Zn-In系合金的电化学性能
利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案
6.3 保护面积计算
根据资料，钢管桩长度及保护面积计算结果列入表4：
5
6.4钢桩所需保护电流
保护面积：S=π⨯D×L
初期保护电流：I 初期=S 海水（包括水位变动区）×i 初期＋S 泥×i 泥 维持保护电流：I 维持= S 海水（包括水位变动区）×i 维持＋S 泥×i 泥 末期保护电流：I 末期= S 海水（包括水位变动区）×i 末期＋S 泥×i 泥 代入相关数值，计算得：
钢管桩所需初期总保护电流为： 867.08A ，维持总保护电流为519.55A ，末期总保护电流为653.21A 。

6.5 牺牲阳极规格尺寸选取
根据本项目码头钢管桩所需保护电流和牺牲阳极设计使用寿命25年，铝牺牲阳极选取1种规格：
AI-13：900×(220+240)×230mm ，净重122kg ，毛重138kg 。

型号
AI-13900×(220+240)×230规格/mm
A×(B1+B2)×C 铁脚尺寸/mm D F H 360
601300122138净重/kg
毛重/kg
10#槽钢
阳极焊脚规格
6.6 牺牲阳极发生电流量的计算
为了确保阳极使用寿命，对AI-13型阳极的发生电流量进行计算。

R
E
I a ∆=
————（1） 其中： ∆E 取0.25V ；
牺牲阳极的接水电阻按公式
⎪⎭
⎫
⎝⎛-=
14ln
2r L L R πρ..........................(2) 式中：式中： R — 阳极的接水电阻 （Ω）
ρ— 介质电阻率 取25Ω.cm （Ω.cm ） L — 阳极长度 （cm ）
r — 阳极等效半径（包括初期等效半径和末期等效半径 cm ） 初期等效半径
π2C
r =
；
末期等效半径r 末期=r 初期－（r 初期－r 铁芯）μ C —阳极截面周长 （cm ） μ—牺牲阳极的利用系数 将有关数据代入公式计算，得出：
AI-13型阳极的发生电流：I a 初=2.57A I a 末=1.63A ； 6.7牺牲阳极数量的计算
Ia
I
N =
————（3） N —牺牲阳极的数量 支 I —钢桩所需的总保护电流（末期） A I a —单支阳极发生电流 （末期） A 代入数值计算得：
N=400支，考虑到施工对涂层及桩基的破坏，阳极数量为452支。

经核算：阳极初期总发生电流为1161.64A ，末期总发生电流为736.76A ，均满足钢管桩初期和末期所需的电流。

6.8牺牲阳极使用寿命核算
牺牲阳极的使用寿命按公式(4)计算
8760I'm Wi q t μ⋅⋅=⋅ ————（4） t — 牺牲阳极的有效使用寿命 a W i — 单个牺牲阳极的净重 138 ㎏ q —阳极实际电容量，取2600A·h/kg
I /m — 设计使用年限内每个阳极的平均发生电流，取0.5 I a 初 A
：牺牲阳极的利用系数，取0.90
将有关数据代入公式(4)，得出牺牲阳极的有效使用寿命为：
t=25.36年，
经计算，该规格牺牲阳极的使用寿命满足工程设计使用要求。

6.9设计结果
本工程选用AI-13型阳极452支，总重量为62376kg。

6.10牺牲阳极布置和安装
6.10.1牺牲阳极布置
每根钢管桩安装2支牺牲阳极，阳极上端焊脚距离设计低水位1.5m，阳极下端焊脚距离泥面2m。

6.10.2 牺牲阳极的安装
在焊接安装阳极之前，将阳极铁脚焊接处的钢桩表面的海生物打磨清除。

每只牺牲阳极有两只焊脚，四条焊缝，焊缝应连续、宽度均匀、平整、无裂纹。

6.11材料清单
7 牺牲阳极质量要求
7.1 牺牲阳极的化学成分、电化学性能、表面状态等技术指标符合规范要求，供货时提供每批次产品的化学成分、电化学性能检验证书及产品合格证。

7.2 牺牲阳极的表面质量
7.2.1牺牲阳极的工作表面为铸造表面，外形尺寸符合设计要求，不允许有纵向裂纹。

7.2.2牺牲阳极的工作面应无氧化渣、无毛翅飞边等缺陷，牺牲阳极所有表面允许有长度不超过50mm，深度不超过5mm横向裂纹存在，但在同一表面不允许超过
3个。

7.2.3牺牲阳极工作面允许有铸造缩孔，但其深度不得超过阳极厚度的10%。

牺牲阳极工作面不能有油漆、熔渣、毛刺或其他任何污染物存在。

7.3牺牲阳极重量偏差
每块牺牲阳极的重量偏差为±3%，阳极长度偏差为±2%，阳极宽度偏差为±3%，阳极厚度偏差为±5%，但总重量不应出现负偏差。

8施工注意事项
8.1铝合金阳极必须牢固地安装在被保护的钢桩上，与钢管桩短路焊接。

8.2铝合金阳极必须严格按设计图纸规定的数量、标高及方向焊接于钢管桩上。

8.3施工单位应作好详细的施工记录，包括施工时的水文气象情况和施工措施，并在牺牲阳极安装完毕后提交阴极保护的相关资料，标明实际安装的阳极数量、位置以及实测钢管桩表面电位。

9使用期的维护和管理
9.1牺牲阳极阴极保护系统竣工验收后，投入正常运转，其阴极保护电位均应达到-0.85～-1.10V（铜/饱和硫酸铜参比电极）。

9.2工程交付使用1年内测量1次保护电位；工程交付使用2~20年，每2年测量一次；工程交付使用21~25年，6个月测量1次。

并记录有关数据备查。

9.3使用单位需每年抽查一次钢管桩的保护电位，以确保系统的正常运行。

9.4钢管桩保护电位测量时采用便携式铜/饱和硫酸铜参比电极及数字式万用表或电位表进行测量。

9.5当普查钢管桩电位发现其电位达不到设计要求时，应检查牺牲阳极状况并采取重焊，更换或补焊牺牲阳极。