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1利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案2目录一、阴极保护设计书..................................................................................31概述.........................................................................................................32自然条件.................................................................................................33设计要求.................................................................................................34规范及标准.............................................................................................35牺牲阳极保护设计指标........................................................................36牺牲阳极保护设计计算........................................................................48施工注意事项........................................................................................99使用期的维护和管理............................................................................9利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案3一、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：-0.113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》JTS153-3-20074.2《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》GB/T4948-20024.3《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T17848-19994.4《CorrosionControlofSteelFixedOfforeStructuresAssociatedPetroleumProduction》NACEStandardRP0176-20034.5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）。利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案46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《CorrosionControlofSteelFixedOfforeStructuresAssociatedPetroleumProduction》NACEStandardRP0176-2003，钢管桩各腐蚀区选择的保护电流密度见表1。表1保护电流密度保护区域水位变动区及水下区海泥区保护电流密度/（mA/m2）初期维持末期2013065906.2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2Al-Zn-In系合金的化学成分化学元素ZnInMgTi杂质最大含量AlSiFeCu余量含量(%)4.0~7.00.02~0.050.5~1.500.01~0.080.100.150.01表3Al-Zn-In系合金的电化学性能项目开路电位(V)(SCE)工作电位(V)(SCE)实际发生电量(A·h/Kg)电流效率(%)溶解状况性能-1.18~-1.10-1.12~-1.05≥2600≥90产物容易脱落，表面溶解均匀利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案56.3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：序号部位桩直径（m）桩顶标高（m）水位变动区及水中区长度/根(m)泥中区长度/根(m)桩数(根)水位变动区及水中区面积(m2)泥中区面积(m2)水中区所需保护电流（A）海泥区所需保护电流（A）所需初期总电流（A）所需维持总电流（A）所需末期总电流（A）初期维持末期1平台排架0.5092.27513.1722.7251402946.875084.86383.09191.55265.22101.70484.79293.24366.9220.5092.27513.1722.7259189.44326.8824.6312.3117.056.5431.1718.8523.593西侧端部靠船簇桩0.85313.17197246.06354.9831.9915.9922.147.1039.0923.0929.244125T靠船簇桩0.85313.1719301054.521521.33137.0968.5494.9130.43167.5198.97125.33570T靠船簇桩0.55313.171940909.781312.52118.2759.1481.8826.25144.5285.39108.13利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案66.4钢桩所需保护电流保护面积：S=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。FAB1B2DC型号AI-13900×(220+240)×230规格/mmA×(B1+B2)×C铁脚尺寸/mmDFH360601300122138净重/kg毛重/kg阳极焊脚10#槽钢阳极焊脚规格H6.6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。REIa————（1）其中：E取0.25V；牺牲阳极的接水电阻按公式利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案714ln2rLLR..........................(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2Cr；末期等效半径r末期=r初期－（r初期－r铁芯）μC—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：Ia初=2.57AIa末=1.63A；6.7牺牲阳极数量的计算IaIN————（3）N—牺牲阳极的数量支I—钢桩所需的总保护电流（末期）AIa—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'mWiqt————（4）t—牺牲阳极的有效使用寿命aWi—单个牺牲阳极的净重138㎏q—阳极实际电容量，取2600A·h/kgI/m—设计使用年限内每个阳极的平均发生电流，取0.5Ia初A利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案8：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材料清单序号名称型号/规格单位数量备注1铝牺牲阳极AI-13900×(220+240)×230mm支452AI-13型，配阳极焊脚2便携式硫酸铜参比电极BC-1支27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利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案93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。