外加电流阴极保护技术在天津港太平洋国际集装箱码头的应用

于广奕

外加电流阴极保护技术在天津港太平洋国际集装箱码头的应用

于广奕

为了延长使用寿命，对天津港太平洋国际集装箱码头采用外加电流阴极保护系统来控制钢管桩的腐蚀。采用远程测控系统对阴极保护系统进行实时监测，对监测数据的分析表明钢管桩受到了良好的保护。

外加电流阴极保护；防腐；钢管桩

1 工程概况

天津港太平洋国际集装箱码头三期工程位于天津港东疆港区。新建码头为钢管桩和预应力混凝土梁板结构，码头长2300m，由38个结构段，由1456根φ1200mm和1708根φ1000mm的钢管桩支承。钢管桩材质为Q345B。

根据码头结构和钢管桩各部位的高程，该工程的钢管桩处在水位变动区，海水全浸区和海泥区三个区域。由于码头结构终年处于海水及海洋大气环境中，长期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各种阴、阳离子等的腐蚀，码头结构不可避免地要受一定程度的腐蚀，直接影响到码头的使用年限和安全。

针对码头钢管桩存在水位变动区、海水全浸区和海泥三个防腐区的实际情况，通过技术论证和经济比较，参照国内外有关技术规范和大量成功的实际工程经验，确定对钢管桩水位变动区和部分海水全浸区采用外加电流阴极保护与长寿命防腐涂层联合保护，对钢管桩海水全浸区和泥面以下15m部分长度裸露钢管桩采用外加电流阴极保护。[1]

2 阴极保护系统

外加电流阴极保护系统包括辅助阳极、直流电源、参比电极、检测设备和电缆。

2.1 阴极保护主要参数[2]

根据工程整体设计原则，确定本工程阴极保护最大负电位（相对于Ag/AgCl参比电极，下同）控制在－1.10V以下，最小负电位确定为－0.80V。各部位保护面积、保护电流密度、保护电流值见表1。

考虑电流余量, 外加电流阴极保护部分实际需要，总电流为计算电流的1.1倍，总保护电流为11495A。

2.2 直流电源

本工程采用整流器作为直流电源，具有技术性能稳定可靠、环境适应性强等特点。根据使用条件、辅助阳极的类型、被保护结构所需电流和保护系统回路电阻，本工程共安装整流器29 台, 每台额定输出电流为450 A, 输出电压20V, 能够满足辅助阳极的发出电流需求。

2.3 辅助阳极

本工程的辅助阳极采用复合金属氧化物涂敷钛阳极，该阳极输出电流密度高，工作电流密度达500A/m2～1 000 A/m2, 具有良好的电化学性能，消耗率5×10-6kg/A.a, 属于不溶型阳极，设计使用寿命可达50年以上；额定输出电流可达30A以上。

本工程共安装规格为125 mm×1 000 mm的阳极464个, 每个阳极额定输出电流25 A以上, 总输出电流11 600A, 大于总保护电流需求。采用区域均匀布置, 并兼顾电场特性, 使保护电流均匀分配到全部被保护钢结构表面。

2.4 参比电极

根据设计原则要求，每台直流电源需配置3个参比电极，本工程外加电流阴极保护系统共安装87个永久性银/氯化银参比电极，可随时对监控数据进行校核，从而提高监控系统的安全度。

2.5 电连接

钢管桩之间的电连接是实施外加电流阴极保护的重要前提，是对保护效果有重大影响的隐蔽工程项目，本工程采用Φ14mm圆钢作为电连接钢筋，钢筋总长度28500m，码头各结构段之间的电连接采用U型柔性材料。

3 远程测控系统

远程测控阴极保护系统由测控中心的控制计算机、通讯平台和具备远程测控的阴极保护设备组成。

本工程的整流器可以通过监控系统进行遥控，通过安装于变压整流器中的信号采集单元，收集钢管桩保护电位数据以及变压整流器的工作参数，由控制电缆将收集到的信息传输到集中发射装置，通过终端计算机接收模块收集并处理各发射装置输出的数据，控制人员可以通过监控软件，监测系统工作情况，并可根据情况，发出相应的调整指令，构成了远程测控系统，这就是本工程监控系统的工作流程，整个远程测控系统示意图如图1所示。

4 阴极保护运行结果分析

码头阴极保护系统从2006年底开始投入使用，通过远程监测和定期现场检测的方法对系统进行维护。由于系统较多，并且全部29个保护单元具有重复性，因此我们选取1#和6#系统进行说明。

表1中给出了2010年6月份的整流器远程检测数据和现场检测数据

4.1 从表1中数据可以看出全部的参比电极电位均处于正常的保护电位范围-800～-1100中，6月份的远程监测数据和现场检测数据相比差距不大，在整流器允许的误差范围内。

4.2 对比6月30日和12月21日数据可知，12月21日的参比电极保护电位和6月30日的电位相比有了一定幅度的上升，根据电化学腐蚀原理可知，温度对于钢结构的腐蚀速度具有影响，由于温度降低，导致海水的电阻率升高，因此钢结构的腐蚀速率下降，需要的保护电流减小，因此保护电位在冬季的时候会升高。

表1 钢管桩各部位保护电流密度、保护面积和保护电流

图1 远程测控系统示意图

表2

5 结语

5.1 码头外加电流阴极保护系统整体运行良好，监测数据结果表明系统运行稳定。

5.2 全部的参比电极电位均处于规范规定的保护电位范围内，码头的钢管桩能够得到有效的保护，腐蚀得到抑制。

5.3 冬季由于温度降低，钢管桩腐蚀速率减小，可以适当调低保护电流输出，使系统在最优化状态运行。

[1] 胡士信.阴极保护工程手册[M]. 北京:化学工业出版社,1999.

[2] JTJ230-2007, 海港工程钢结构防腐蚀技术规定[S].

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

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.057