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

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來控制鋼管樁的腐蝕。采用遠程測控系統對陰極保護系統進行實時監測，對監測數據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。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，海水全浸區和海泥區三個區域。由于碼頭結構終年處于海水及海洋大氣環境中，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、海水全浸區和海泥三個防腐區的實際情況，通過技術論證和經濟比較，參照國內外有關技術規范和大量成功的實際工程經驗，確定對鋼管樁水位變動區和部分海水全浸區采用外加電流陰極保護與長壽命防腐涂層聯合保護，對鋼管樁海水全浸區和泥面以下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

外加電流陰極保護系統包括輔助陽極、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[2]

根據工程整體設計原則，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，具有技術性能穩定可靠、環境適應性強等特點。根據使用條件、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共安裝87個永久性銀/氯化銀參比電極，可隨時對監控數據進行校核，從而提高監控系統的安全度。

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

遠程測控陰極保護系統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控系統進行遙控，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據以及變壓整流器的工作參數，由控制電纜將收集到的信息傳輸到集中發射裝置，通過終端計算機接收模塊收集并處理各發射裝置輸出的數據，控制人員可以通過監控軟件，監測系統工作情況，并可根據情況，發出相應的調整指令，構成了遠程測控系統，這就是本工程監控系統的工作流程，整個遠程測控系統示意圖如圖1所示。

4 陰極保護運行結果分析

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

表1中給出了2010年6月份的整流器遠程檢測數據和現場檢測數據

4.1 從表1中數據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月份的遠程監測數據和現場檢測數據相比差距不大，在整流器允許的誤差范圍內。

4.2 對比6月30日和12月21日數據可知，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 遠程測控系統示意圖

表2

5 結語

5.1 碼頭外加電流陰極保護系統整體運行良好，監測數據結果表明系統運行穩定。

5.2 全部的參比電極電位均處于規范規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，使系統在最優化狀態運行。

[1] 胡士信.陰極保護工程手冊[M]. 北京:化學工業出版社,1999.

[2] JTJ230-2007, 海港工程鋼結構防腐蝕技術規定[S].

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

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.057