彭建敏

廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院 廣東廣州 510000

珠海珠海港高欄港區(qū)神華煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)一期工程鋼管樁防腐施工中,除了確定三種陰極保護(hù)電流密度外，因?yàn)闋奚?yáng)極將置于海水中，所以，海水的電阻率對(duì)于陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的計(jì)算來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)海洋研究專業(yè)委員會(huì)、國(guó)際海洋物理協(xié)會(huì)和國(guó)際海洋考察理事會(huì)1978年公布的研究結(jié)果，一個(gè)海水樣品的實(shí)際鹽度（符號(hào)S）用海水樣品的電導(dǎo)率與相同溫度和壓力下KCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0324356的氯化鉀（KCl）溶液的電導(dǎo)率的比K來(lái)定義。根據(jù)定義，K值精確等于1對(duì)應(yīng)于實(shí)際鹽度等于35。兩者之間的關(guān)系如下面公式所示：

利用這一公式，根據(jù)上述的海水平均鹽度，計(jì)算出其電導(dǎo)率為2.872S/m，由此求出海水電阻率為0.348Ωm。

根據(jù)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)“海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定JTJ 230-89”，裸鋼在流動(dòng)海水中的初期陰極保護(hù)電流密度為100-150mA/m2；而按照交通部標(biāo)準(zhǔn)“海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定JTJ 230-89”，I(average)=0.5-0.55I(initial),我們將Q345C鋼在流動(dòng)海水中的平均陰極保護(hù)電流密度I(average)和末期陰極保護(hù)電流密度I(final)確定為82.5mA/m2。同樣地，依據(jù)交通部標(biāo)準(zhǔn)推薦的Q345C鋼在海泥中的初期陰極保護(hù)電流密度為10-25mA/m2，Q345C鋼在海泥中的初期陰極保護(hù)電流密度確定為25mA/m2、平均陰極保護(hù)電流密度和末期陰極保護(hù)電流密度確定為13.75mA/m2。

1 利用初始陰極保護(hù)電流密度計(jì)算

根據(jù)“DNV RPB401-1993,CATHODIC PROTECTION DESIGN”，應(yīng)按以下的公式從初期陰極保護(hù)電流密度出發(fā)計(jì)算陰極保護(hù)所需要的陽(yáng)極數(shù)量，

（a）對(duì)于鐲型陽(yáng)極，首先按下式計(jì)算其接水電阻：

式中 RA (initial)——初期陽(yáng)極接水電阻，Ω；

ρ——介質(zhì)(海水)的電阻率，Ωm；

A——陽(yáng)極的初期表面積，m2；

（b）陽(yáng)極輸出電流

式中 Ia (initial)——初期單支陽(yáng)極輸出電流，A；

ΔE——驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)于鋁合金陽(yáng)極，取0.25V ；

RA (initial)——初期陽(yáng)極接水電阻，Ω。

（c）所需陽(yáng)極數(shù)量

所需陽(yáng)極數(shù)量按下式計(jì)算：

式中 N(initial)——初期需要的陽(yáng)極數(shù)量，支；

——為被保護(hù)鋼管樁的各部分表面積，m2；

——各部分的初期破損率，根據(jù)“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標(biāo)文件”的技術(shù)要求，取1%；

io——各部分的初期保護(hù)電流密度，A/m2；

Ia (initial)——初期單支陽(yáng)極輸出電流，A。

2 利用平均陰極保護(hù)電流密度計(jì)算

其中，M為利用平均（或維持）保護(hù)電流密度計(jì)算出的陽(yáng)極需要量，Kg；Sc 為被保護(hù)鋼管樁的各部分表面積，m2；fm是各部分管道防腐涂層的平均破損率，參考“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防i腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標(biāo)文件”的技術(shù)要求，計(jì)算為8%；m是 平均需求電流密度，A/m2；u 為陽(yáng)極的利用系數(shù),取75%；ε 是陽(yáng)極的實(shí)際電流容量，根據(jù)“珠海港高欄港區(qū)神華煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)一期工程鋼管樁防腐施工對(duì)犧牲陽(yáng)極材料的選用要求：“所選用的犧牲陽(yáng)極材料應(yīng)以最小的重量滿足陰極保護(hù)的壽命”，選用的陽(yáng)極材料為高效率鋁基合金，實(shí)際電容量為2600Ah/Kg；T是設(shè)計(jì)的使用壽命。

所需陽(yáng)極數(shù)量按下式計(jì)算：

其中，m 為單支陽(yáng)極的凈質(zhì)量，Kg。

3利用末期陰極保護(hù)電流密度計(jì)算

（a）首先按下式計(jì)算鐲型陽(yáng)極的接水電阻：

式中 RA (final)——末期陽(yáng)極接水電阻，Ω；

ρ——介質(zhì)(海水)的電阻率，Ωm；

A——陽(yáng)極的末期表面積，m2；

（b）陽(yáng)極輸出電流

式中 Ia (final)——末期單支陽(yáng)極輸出電流，A；

ΔE——驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)于鋁合金陽(yáng)極，取0.25V ；

RA (final)——末期陽(yáng)極接水電阻，Ω。

（c）所需陽(yáng)極數(shù)量

所需陽(yáng)極數(shù)量按下式計(jì)算：

式中 N(final)——末期需要的陽(yáng)極數(shù)量，支；

——為被保護(hù)鋼管樁的各部分表面積，m2；

——各部分的末期破損率，根據(jù)“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標(biāo)文件”技術(shù)要求，取15%；

if——各部分的末期保護(hù)電流密度，A/m2；

Ia (initial)——末期單支陽(yáng)極輸出電流，A。

4 結(jié)語(yǔ)

海水電阻率和三種陰極保護(hù)電流密度的確定是海中鋼管樁防腐施工的重要依據(jù),隨著海洋工程的不斷突破,將會(huì)有越來(lái)越成熟的方法出現(xiàn).