于廣奕

外加電流陰極保護技術在天津港太平洋國際集裝箱碼頭的應用

于廣奕

為了延長使用壽命，對天津港太平洋國際集裝箱碼頭采用外加電流陰極保護系統(tǒng)來控制鋼管樁的腐蝕。采用遠程測控系統(tǒng)對陰極保護系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析表明鋼管樁受到了良好的保護。

外加電流陰極保護；防腐；鋼管樁

1 工程概況

天津港太平洋國際集裝箱碼頭三期工程位于天津港東疆港區(qū)。新建碼頭為鋼管樁和預應力混凝土梁板結構，碼頭長2300m，由38個結構段，由1456根φ1200mm和1708根φ1000mm的鋼管樁支承。鋼管樁材質為Q345B。

根據(jù)碼頭結構和鋼管樁各部位的高程，該工程的鋼管樁處在水位變動區(qū)，海水全浸區(qū)和海泥區(qū)三個區(qū)域。由于碼頭結構終年處于海水及海洋大氣環(huán)境中，長期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽離子等的腐蝕，碼頭結構不可避免地要受一定程度的腐蝕，直接影響到碼頭的使用年限和安全。

針對碼頭鋼管樁存在水位變動區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥三個防腐區(qū)的實際情況，通過技術論證和經(jīng)濟比較，參照國內外有關技術規(guī)范和大量成功的實際工程經(jīng)驗，確定對鋼管樁水位變動區(qū)和部分海水全浸區(qū)采用外加電流陰極保護與長壽命防腐涂層聯(lián)合保護，對鋼管樁海水全浸區(qū)和泥面以下15m部分長度裸露鋼管樁采用外加電流陰極保護。[1]

2 陰極保護系統(tǒng)

外加電流陰極保護系統(tǒng)包括輔助陽極、直流電源、參比電極、檢測設備和電纜。

2.1 陰極保護主要參數(shù)[2]

根據(jù)工程整體設計原則，確定本工程陰極保護最大負電位（相對于Ag/AgCl參比電極，下同）控制在－1.10V以下，最小負電位確定為－0.80V。各部位保護面積、保護電流密度、保護電流值見表1。

考慮電流余量, 外加電流陰極保護部分實際需要，總電流為計算電流的1.1倍，總保護電流為11495A。

2.2 直流電源

本工程采用整流器作為直流電源，具有技術性能穩(wěn)定可靠、環(huán)境適應性強等特點。根據(jù)使用條件、輔助陽極的類型、被保護結構所需電流和保護系統(tǒng)回路電阻，本工程共安裝整流器29 臺, 每臺額定輸出電流為450 A, 輸出電壓20V, 能夠滿足輔助陽極的發(fā)出電流需求。

2.3 輔助陽極

本工程的輔助陽極采用復合金屬氧化物涂敷鈦陽極，該陽極輸出電流密度高，工作電流密度達500A/m2～1 000 A/m2, 具有良好的電化學性能，消耗率5×10-6kg/A.a, 屬于不溶型陽極，設計使用壽命可達50年以上；額定輸出電流可達30A以上。

本工程共安裝規(guī)格為125 mm×1 000 mm的陽極464個, 每個陽極額定輸出電流25 A以上, 總輸出電流11 600A, 大于總保護電流需求。采用區(qū)域均勻布置, 并兼顧電場特性, 使保護電流均勻分配到全部被保護鋼結構表面。

2.4 參比電極

根據(jù)設計原則要求，每臺直流電源需配置3個參比電極，本工程外加電流陰極保護系統(tǒng)共安裝87個永久性銀/氯化銀參比電極，可隨時對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行校核，從而提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全度。

2.5 電連接

鋼管樁之間的電連接是實施外加電流陰極保護的重要前提，是對保護效果有重大影響的隱蔽工程項目，本工程采用Φ14mm圓鋼作為電連接鋼筋，鋼筋總長度28500m，碼頭各結構段之間的電連接采用U型柔性材料。

3 遠程測控系統(tǒng)

遠程測控陰極保護系統(tǒng)由測控中心的控制計算機、通訊平臺和具備遠程測控的陰極保護設備組成。

本工程的整流器可以通過監(jiān)控系統(tǒng)進行遙控，通過安裝于變壓整流器中的信號采集單元，收集鋼管樁保護電位數(shù)據(jù)以及變壓整流器的工作參數(shù)，由控制電纜將收集到的信息傳輸?shù)郊邪l(fā)射裝置，通過終端計算機接收模塊收集并處理各發(fā)射裝置輸出的數(shù)據(jù)，控制人員可以通過監(jiān)控軟件，監(jiān)測系統(tǒng)工作情況，并可根據(jù)情況，發(fā)出相應的調整指令，構成了遠程測控系統(tǒng)，這就是本工程監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程，整個遠程測控系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

4 陰極保護運行結果分析

碼頭陰極保護系統(tǒng)從2006年底開始投入使用，通過遠程監(jiān)測和定期現(xiàn)場檢測的方法對系統(tǒng)進行維護。由于系統(tǒng)較多，并且全部29個保護單元具有重復性，因此我們選取1#和6#系統(tǒng)進行說明。

表1中給出了2010年6月份的整流器遠程檢測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)

4.1 從表1中數(shù)據(jù)可以看出全部的參比電極電位均處于正常的保護電位范圍-800～-1100中，6月份的遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)相比差距不大，在整流器允許的誤差范圍內。

4.2 對比6月30日和12月21日數(shù)據(jù)可知，12月21日的參比電極保護電位和6月30日的電位相比有了一定幅度的上升，根據(jù)電化學腐蝕原理可知，溫度對于鋼結構的腐蝕速度具有影響，由于溫度降低，導致海水的電阻率升高，因此鋼結構的腐蝕速率下降，需要的保護電流減小，因此保護電位在冬季的時候會升高。

表1 鋼管樁各部位保護電流密度、保護面積和保護電流

圖1 遠程測控系統(tǒng)示意圖

表2

5 結語

5.1 碼頭外加電流陰極保護系統(tǒng)整體運行良好，監(jiān)測數(shù)據(jù)結果表明系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

5.2 全部的參比電極電位均處于規(guī)范規(guī)定的保護電位范圍內，碼頭的鋼管樁能夠得到有效的保護，腐蝕得到抑制。

5.3 冬季由于溫度降低，鋼管樁腐蝕速率減小，可以適當調低保護電流輸出，使系統(tǒng)在最優(yōu)化狀態(tài)運行。

[1] 胡士信.陰極保護工程手冊[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,1999.

[2] JTJ230-2007, 海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)定[S].

[3] R. Winston Revie, Uhlig's Corrosion Handbook.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.057