于廣奕

外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在天津港太平洋國(guó)際集裝箱碼頭的應(yīng)用

于廣奕

為了延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)天津港太平洋國(guó)際集裝箱碼頭采用外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)來(lái)控制鋼管樁的腐蝕。采用遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明鋼管樁受到了良好的保護(hù)。

外加電流陰極保護(hù)；防腐；鋼管樁

1 工程概況

天津港太平洋國(guó)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(yù)應(yīng)力混凝土梁板結(jié)構(gòu)，碼頭長(zhǎng)2300m，由38個(gè)結(jié)構(gòu)段，由1456根φ1200mm和1708根φ1000mm的鋼管樁支承。鋼管樁材質(zhì)為Q345B。

根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)和鋼管樁各部位的高程，該工程的鋼管樁處在水位變動(dòng)區(qū)，海水全浸區(qū)和海泥區(qū)三個(gè)區(qū)域。由于碼頭結(jié)構(gòu)終年處于海水及海洋大氣環(huán)境中，長(zhǎng)期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽(yáng)離子等的腐蝕，碼頭結(jié)構(gòu)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(duì)碼頭鋼管樁存在水位變動(dòng)區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥三個(gè)防腐區(qū)的實(shí)際情況，通過(guò)技術(shù)論證和經(jīng)濟(jì)比較，參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)規(guī)范和大量成功的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，確定對(duì)鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)和部分海水全浸區(qū)采用外加電流陰極保護(hù)與長(zhǎng)壽命防腐涂層聯(lián)合保護(hù)，對(duì)鋼管樁海水全浸區(qū)和泥面以下15m部分長(zhǎng)度裸露鋼管樁采用外加電流陰極保護(hù)。[1]

2 陰極保護(hù)系統(tǒng)

外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)包括輔助陽(yáng)極、直流電源、參比電極、檢測(cè)設(shè)備和電纜。

2.1 陰極保護(hù)主要參數(shù)[2]

根據(jù)工程整體設(shè)計(jì)原則，確定本工程陰極保護(hù)最大負(fù)電位（相對(duì)于Ag/AgCl參比電極，下同）控制在－1.10V以下，最小負(fù)電位確定為－0.80V。各部位保護(hù)面積、保護(hù)電流密度、保護(hù)電流值見(jiàn)表1。

考慮電流余量, 外加電流陰極保護(hù)部分實(shí)際需要，總電流為計(jì)算電流的1.1倍，總保護(hù)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(shù)性能穩(wěn)定可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)使用條件、輔助陽(yáng)極的類型、被保護(hù)結(jié)構(gòu)所需電流和保護(hù)系統(tǒng)回路電阻，本工程共安裝整流器29 臺(tái), 每臺(tái)額定輸出電流為450 A, 輸出電壓20V, 能夠滿足輔助陽(yáng)極的發(fā)出電流需求。

2.3 輔助陽(yáng)極

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

本工程共安裝規(guī)格為125 mm×1 000 mm的陽(yáng)極464個(gè), 每個(gè)陽(yáng)極額定輸出電流25 A以上, 總輸出電流11 600A, 大于總保護(hù)電流需求。采用區(qū)域均勻布置, 并兼顧電場(chǎng)特性, 使保護(hù)電流均勻分配到全部被保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)表面。

2.4 參比電極

根據(jù)設(shè)計(jì)原則要求，每臺(tái)直流電源需配置3個(gè)參比電極，本工程外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)共安裝87個(gè)永久性銀/氯化銀參比電極，可隨時(shí)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)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(shí)施外加電流陰極保護(hù)的重要前提，是對(duì)保護(hù)效果有重大影響的隱蔽工程項(xiàng)目，本工程采用Φ14mm圓鋼作為電連接鋼筋，鋼筋總長(zhǎng)度28500m，碼頭各結(jié)構(gòu)段之間的電連接采用U型柔性材料。

3 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程測(cè)控陰極保護(hù)系統(tǒng)由測(cè)控中心的控制計(jì)算機(jī)、通訊平臺(tái)和具備遠(yuǎn)程測(cè)控的陰極保護(hù)設(shè)備組成。

本工程的整流器可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遙控，通過(guò)安裝于變壓整流器中的信號(hào)采集單元，收集鋼管樁保護(hù)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(guò)終端計(jì)算機(jī)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(guò)監(jiān)控軟件，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作情況，并可根據(jù)情況，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令，構(gòu)成了遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，這就是本工程監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程，整個(gè)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

4 陰極保護(hù)運(yùn)行結(jié)果分析

碼頭陰極保護(hù)系統(tǒng)從2006年底開(kāi)始投入使用，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和定期現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。由于系統(tǒng)較多，并且全部29個(gè)保護(hù)單元具有重復(fù)性，因此我們選取1#和6#系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

表1中給出了2010年6月份的整流器遠(yuǎn)程檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電位范圍-800～-1100中，6月份的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)相比差距不大，在整流器允許的誤差范圍內(nèi)。

4.2 對(duì)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(hù)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(xué)腐蝕原理可知，溫度對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度具有影響，由于溫度降低，導(dǎo)致海水的電阻率升高，因此鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率下降，需要的保護(hù)電流減小，因此保護(hù)電位在冬季的時(shí)候會(huì)升高。

表1 鋼管樁各部位保護(hù)電流密度、保護(hù)面積和保護(hù)電流

圖1 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)示意圖

表2

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 碼頭外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)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(hù)電位范圍內(nèi)，碼頭的鋼管樁能夠得到有效的保護(hù)，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(dāng)調(diào)低保護(hù)電流輸出，使系統(tǒng)在最優(yōu)化狀態(tài)運(yùn)行。

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

[2] JTJ230-2007, 海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定[S].

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

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.057