30万吨级原油码头工程钢管桩防腐蚀安全保护措施探析

刘岩峰(中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司，广东 揭阳 515200)

0 引言

钢管桩结构是原油码头工程中最为重要的支撑部位。由于钢管桩结构常年处在海水中，受海水冲击、腐蚀、恶劣大气环境等各种客观条件的影响，在使用过程中容易发生腐蚀。造成钢结构腐蚀的重要因素就是海水中的溶解氧含量，除此之外，海水流动速度带来的冲击力、海水的温度以及海洋中的水生物也可能会造成钢结构的腐蚀。而在不同的海水环境条件下，码头中钢管装的腐蚀特点也存在一定的差异性。如果在使用过程中不采取有效的防护安全措施，随着使用年限的延长，码头的钢管桩结构发生严重腐蚀，为码头工作人员日常装卸油品、海洋环境保护带来巨大的安全隐患，同时还会在一定程度上减少码头工程的使用寿命。

1 30万吨级原油码头的工程概况

文章主要以我国广东石化公司30万吨级原油码头中的钢管装为研究对象，广东石化公司原油码头码头目前建设包括30万吨级泊位1个，泊位长度420.0 m。结构包括主工作平台一个，两个靠船墩，六个系缆墩及码头附属设施。工作平台采用打入式钢管桩高桩墩台结构，顶标高为 9.0 m，墩台厚为 2.5 m。桩基采用φ2.0 m 大直径钢管桩(设计壁厚取 25 mm)，共设有 19 根钢管桩(不含试验桩和基准装)，桩芯混凝土的强度等级为 C40，墩台的混凝土强度等级均为 C40。钢管桩制桩时上部进行防腐涂层涂覆，沉桩完毕后，采用水下焊接的方法，把高效三元铝合金焊接于钢管桩上形成阳极。混凝土墩台浇注完毕后，再在墩台的底部以及侧面涂覆海工防腐涂料。本工程预计在2021年12月30日实现中交。

2 钢管桩防腐保护的主要方法

2.1 防腐涂层保护

防腐涂层保护，主要是指在钢管桩的表面喷涂一定厚度的防腐涂层，这样就可以有效的隔绝钢管桩与外界的海水环境接触，从而达到较好的防腐效果。这种技术在应用的过程中具有以下几个优势：第一，防腐涂层与钢管桩结构能够紧密结合，这样不仅能够确保钢管桩不受水侵蚀，同时还能提高钢管桩的结构硬度，延长钢管桩的使用寿命，从长远的角度上来看具有较好的应用效果。第二，防腐涂层的使用工艺较为灵活，这种工艺在施工过程中可以进行现场操作，并且适用于大型码头以及难以维护处理的钢铁结构中，具有长期的防护效果。第三，防腐涂层经过封闭处理过后不容易被剐蹭，但是在施工的过程中，对于施工人员的专业技术要求较为严格，必须要确保表面处理达到有效的程度，因此施工周期较长。

2.2 电化学阴极保护技术

电化学阴极保护主要是利用了腐蚀电池的作用原理，这种保护主要是将钢管桩结构作为电池的阴极，然后通过人工制造的阳极向钢管桩表面持续输送电子，这样就可以使钢管桩表面的金属结构极化，这样金属表面结构就会有大量的电子，就可以在一定程度上减缓金属结构的腐蚀速度。阴极保护技术在应用的过程中，主要具有两种保护方式[1]。

外加电流阴极保护，主要是指在电流的回路中，通过串联一个直流的电源，借助人工直接将电子输入到钢管桩结构的表面，进而钢管桩结构的表面变成阴极，这样就可以构成一个完整的腐蚀电池系统。牺牲阳极阴极保护，主要是利用比钢管桩结构金属活性强的合金作为阳极与钢管桩表面结构构成一个完整的腐蚀电池体系。这时钢管桩表面结构作为腐蚀电池的阴极，在得到阳极供电保护的过程中，将会不断消耗阳极的电子，因此，这种保护方式被称作牺牲阳极。

3 30万吨级原油码头工程钢管桩防腐蚀安全保护的主要措施

3.1 选择合适的防腐蚀安全保护措施

根据不同地区海洋环境的差异性选择合适的钢管桩防腐安全防护措施，对于钢管桩结构后期使用的稳定性具有至关重要的作用。广东石化公司原油码头的钢管桩设计环节，对于处在海水以下及水位变动区域较大的钢管桩结构，同时采用了牺牲阳极阴极保护以及外层涂刷防腐涂料两种方式相结合的保护方法对钢管桩结构进行全方位的保护。在钢管桩的表面涂刷防腐材料，可以有效地降低钢管桩使用初期保护电流的密度，让钢管桩的表面能够迅速极化，这样就可以在一定程度上减缓牺牲阳极的时间。这种设计手法可以确保钢管装在25～30年的使用时间内，能够全面地防止腐蚀现象的发生，在使用年限之后，牺牲阳极如果达到极限状态，就应该及时进行更换处理[2]。

3.2 采用表层防腐涂料保护技术

根据钢管桩的位置，设计要求对位于浪溅区、水位变动区和水下区的钢管桩进行涂层保护，广东石化30万吨级码头使用新型的环氧重防腐涂料是改性环氧树脂漆(如表1所示)，这种环氧重防腐涂料配比及涂装要求应按产品说明或涂料制造商专业技术人员指导下进行，在使用的过程中具有较好的附着能力，能够迅速地附着在钢管桩结构的表面(如表2所示)。当钢管桩结构表面被涂料覆盖时，钢管桩的整体结构表面硬度将会提升，能够防止巨大海浪侵袭带来的冲击力。除此之外，新型高性能环氧重防腐涂料在涂刷的过程中，必须要确保干膜厚度大于或等于设计厚度值者应占检测点总数的90%以上，才能确保即使在海水的侵蚀下，这种材料也能够持续在钢管桩结构的表面形成固化膜[3]。

改性环氧树脂漆检测结果如表1所示。

表1 改性环氧树脂漆检测结果表

钢管桩防腐涂层附着力详细检查结果如表2所示。

表2 涂层附着力检验结果表

检测结论：本次共检测1根钢管桩，涂层附着力检测结果为13.3 MPa，大于设计值10.0 MPa，涂层附着力满足设计要求。

3.3 牺牲阳极阴极保护技术焊接安装工艺

广东石化原油码头钢管桩桩径包括Ф1 200 mm、Ф1 400mm、Ф1 600 mm、Ф2 000 mm。为满足设计使用年限要求，采用防腐涂层与牺牲阳极保护法联合保护。牺牲阳极材料主要选用了高效三元铝合金作为阳极(如表3所示)，这种材料在使用的过程中具有良好的电化学性能，并且符合国家相关标准规定(如表4所示)。钢管桩打桩结束后采用水下电焊法将阳极部分与钢管桩进行焊接。每只牺牲阳极两只焊脚，四条焊缝，要求每条焊缝有效长度大于150 mm，焊缝高度大于 6 mm，焊缝基本连续平整、宽度均匀、无裂纹。为排除钢管桩之间因电位分布不均匀而造成的不良影响，达到电位分布均匀。在钢管桩打桩完工后，需及时将码头各墩台内的钢管桩分别用Ø16钢筋采用电焊方法进行电焊电性连接，每个墩台各自形成一个保护整体[4]。

表3 高效铝合金阳极的化学成分表

表4 高效铝合金阳极的电化学性能表

4 结语

综上所述，目前对钢管桩结构的防腐保护措施主要应用了防腐涂料以及牺牲阳极阴极保护法这两种方式，这两种方式在应用的过程中都具有各自的优越性并且应用时效较长。这两种方法由于良好的使用性能，目前已经在国内外码头的钢管桩结构保护工作中得到了广泛的应用。