关于阴极保护的论文

高桩码头钢管桩阴极保护施工工艺介绍

摘要：介绍高桩码头钢管桩阴极防腐保护施工工艺。

关键词：高桩码头钢管桩防腐阴极保护施工

1、工程概述

某干散货码头为高桩码头，工程建设规模为新建两个15万吨级进口铁矿石泊位（码头结构按20万吨级设计）；码头岸线长度为668米，承台宽度为30.5米，码头顶面高程为6.0米。工程需要施工材质为Q345的Φ1200钢管桩共计408根，为了防止钢管桩的防腐设计采用环氧粉末全涂加牺牲阳极阴极保护的方法。每根钢管桩上布置1支高效铝阳极，共计安装铝合金牺牲阳极408支；根据珠海港高栏港区南水作业区干散货码头起步工程《水工结构防腐设计要求》要求，设置6个阴极保护电位测试点。

2、牺牲阳极阴极保护原理

牺牲阳极阴极保护原理是用一种电位比所要保护的钢管桩还要低的金属或合金与被保护的金属电性连接在一起，依靠电位比较低的金属不断地电解所产生的游离电子从低电位向高电位流动，通过钢管桩--大地--海水--阳极块--钢管桩，形成回路电流，来防止钢管桩被腐蚀的方法。

3、牺牲阳极阴极保护特点

3.1特点：

不需要外加直流电源，但牺牲阳极材料具备电位足够负且长期保持该负电位的电化学性能。

3.2优点：

1）一次投资费用偏低，且在运行过程中基本上不需要支付维护费用；

2）保护电流的利用率较高，不会产生过保护；

3）对邻近的地下金属设施无干扰影响，适用于无电源的钢

管桩基以及小规模的分散管道保护；

4）具有接地和保护兼顾的作用；

5）施工技术简单，平时不需要特殊的专业维护管理。

3．3缺点：

1）驱动电位低，保护电流调节范围窄；

2）适用范围受周围突然电阻率的限制，即土壤电阻率大于50欧姆·米时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；

3）在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能发生逆转；

4）有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换。

4、牺牲阳极技术要求

4.1 牺牲阳极技术指标

（1）阴极保护有效保护年限：t≥30年

（2）在有效保护时间内，被保护钢管桩的保护电位为

-0.85V~-1.1V(相对于铜/饱和硫酸铜参比电极)

（3）在有效保护期内，保证钢管桩的腐蚀得到有效的抑制，表面无锈蚀，不产生蚀坑等集中腐蚀现象，桩壁无明显减薄。

（4）在有效保护期内，保护效果稳定可靠，不需要任何维修保养和专人管理。

4.2 牺牲阳极的选择

根据设计要求，本工程牺牲阳极采用高效铝合金阳极，其电化学性能见下表

铝合金阳极电化学性能表

4.3 阳极规格型号

阳极的形状和安装方式与阳极发生电流和使用寿命密切相关，根据设计要求，本工程选用长条架式阳极，阳极型号见下表。

铝合金阳极规格型号表

5、牺牲阳极施工

5.1牺牲阳极水下焊接方式的比较

根据钢管桩的沉桩工艺，打桩前，钢管桩表面不能焊接较大构件，以免影响打桩施工同时也避免了因为沉桩施工过程中桩身的振动影响焊接在桩身的牺牲阳极的焊接质量。因此，牺牲阳极只能在钢管桩完成打桩工程后进行水下安装。

5.1.2牺牲阳极的水下安装方法主要有以下几种：螺栓固定法、捆扎法和水下焊接法。

1）螺栓固定法是将牺牲阳极通过固定在焊在钢管桩上的钢制固定架上，达到阳极安装固定的目的。螺栓固定法的缺点是工艺复杂、安装困难，尤其是牺牲阳极在长期使用中受海水冲击、海流推动，螺帽容易产生松动，造成牺牲阳极与钢管桩之间接触电阻增大，降低阳

极发生电流量和工作性能，影响钢管桩的保护效果。

2）捆扎法是采用钢制卡环或钢带将牺牲阳极捆扎在钢管桩上，达到牺牲阳极安装固定的目的。捆扎法的缺点是由于海浪冲击，海流扭动，牺牲阳极的不断溶解，造成牺牲阳极与捆扎带之间产生松动，使阳极与钢管桩之间接触电阻增大，影响牺牲阳极发生电流和使用效果，严重者阳极脱落，造成保护工程失败。

3）水下焊接安装法是采用水下焊接设备和水下焊条通过电焊方法把牺牲阳极安装固定在钢管桩上。水下电焊方法具有技术成熟、牢固可靠，牺牲阳极与钢管桩接触电阻小、导电性能好、使用寿命长等特点。

根据本工程设计年限（50年）要求，通过对以上三种方法可行性比较，选择采用水下焊接安装法进行牺牲阳极的水下安装。

5.1.3水下焊接法

水下焊接法又分自动CO2气体局部排水干法焊和焊两种。半自动CO2气体局部排水干法焊技术难度大、造价高，主要用于水下高强钢结构材料的焊接。本工程钢管状材质为Q345型钢，宜采用普通湿法，利用水下SRE TS 208湿法焊条焊接工艺完全满足工程技术要求。

5.2牺牲阳极水下焊接设备

5．2.1 焊接安装设备

牺牲阳极水下焊接安装设备采用ZX-500直流弧焊机，ZX-500焊机的特点是电压调节范围大，工作电流稳定，起弧电压稳定，水下操作不易断弧，连续性强，焊缝质量好。

5.2.2空压机

施工用空压机型号为V-0.67/14-1型。该机排气量0.67/min，工作压力 1.4MPa,配以活性碳为主要的空气过滤器。符合国家GB18985-2003《潜水员供气量》规定。该机可用于90m以下潜水作业。

5.2.3高压充气机

施工用高压充气机的型号为VF-206型。该机为V型二级风冷式，排气量6m3/h，额定排气压力为200kg/cm2。该机工作性能稳定，使用效果良好。

5.2.4潜水装置

该工程使用的潜水装具为美国KMB-18型管供式轻装潜水装具。其特点是集轻潜装具与重潜装具的优点于一身。水下潜水员活动灵活，水下作业时间长，为保证施工工期打下良好的基础。

5.2.5潜水双通电话

用于地面人员和潜水员及潜水员与潜水员之间的联系，确保焊接工作正常进行和水下施工人员的安全。

5.2.6监测仪器

水下录像系统为美国产COBRA-52006ROV型。水下照相机为日本产NIKONSO-V型，适用水深120m，水中能见度2m以上时，可清晰录下和拍摄水下物体状况，对牺牲阳极安装质量可随时检查了解。

5.2.7工作船只

采用甲板装有吊车的小型工作船，用于牺牲阳极的运输和吊装。

6、牺牲阳极水下焊接安装质量要求

6.1牺牲阳极的结构见图1

图1 牺牲阳极结构图