咸淡水环境及浅水区牺牲阳极设计与施工.docVIP

咸淡水环境及浅水区牺牲阳极设计与施工 陈龙1,2，李海洪1,2，潘峻12 （1.中交四航工程研究院有限公司，2.交通运输部水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室，广东 广州 510230） 摘 要：本文依托于安哥拉LNG码头钢管桩牺牲阳极阴极保护工程，重点介绍了在咸淡水环境下牺牲阳极阴极保护的设计、施工与验收，并介绍了该工程浅水区引桥钢管桩牺牲阳极的实施。为咸淡水和浅水区的特殊环境下牺牲阳极阴极保护的实施与验收提供了重要依据。 关键词：咸淡水；浅水区；牺牲阳极 1 前言 牺牲阳极保护是将被保护钢与电位更负的活泼金属建立电连接使被保护的金属结构获得保护电流而实现阴极极化，当电位到该金属的保护电位后，金属的腐蚀近于停止。阴极保护较显著的特征就是此方法不仅能有效地防止或阻止均匀腐蚀，还能有效地防止或阻止局部腐蚀如孔蚀、缝隙腐蚀等。安哥拉LNG项目安哥拉LNG项目程位于刚果河安哥拉LNG海工工程项目位于刚果河的南岸，与安哥拉西北边境城市SOYO相连。3，4表牺牲阳极材料 阳极材料 测试环境 理论电容量(Ah/kg) 铝合金 海水 锌合金 海水 但是另一方面，铝阳极的使用有一定的限制性，它在海水盐度降低到一定程度下，阳极性能明显降低。根据Schriber和Murray的研究，Galvalum III铝合金阳极可在氯化物浓度为正常海水浓度（35ppt）的约12%条件下保持活性，并其电容量仍可保持相对稳定。但是，在氯化物浓度低于海水的33%时阳极的腐蚀电位开始变正，在正常海水浓度的12%（4.2ppt）时，电位为-1.0V（相对海水银-氯化银参比电极）[2]。 对于本工程，处于河口和海港的交接处，一般水越深盐度越高，水面受到流入港口的河水影响含盐度较低。在低于水面下1m时，海水的含盐度从5ppt至34.8ppt分布，因此本工程完全可采用电容量较高的Galvalum III铝合金阳极，从而使整个工程更加经济（相对锌阳极，造价节省约2/3）。 为了进一步验证铝阳极使用的合理性，对该码头不同的深度进行电阻率测试。海水取样采用专用的有机玻璃采水器，可对不同深度的水进行取样，电阻率测试采用美国Oakton公司生产CON6手持式电导计。 测试结果如表2所示。 根据现场海水含盐度和表2的海水电阻率的测试，本工程选用Galvalum III铝合金阳极是完全可行的。 表2 安哥拉LNG项目海水电阻率测试表 气温（℃） 取样深度（m） 水样温度（℃） 电阻率（Ω·cm） 28.0 15.0 23.5 19.76 14.0 23.6 19.72 13.0 23.9 21.10 12.0 24.0 21.93 11.0 24.1 22.73 10.0 24.4 23.98 9.0 25.0 28.25 8.0 25.6 28.82 7.0 27.5 55.59 6.0 28.1 81.77 5.0 28.5 121.80 4.0 28.5 144.51 3.0 28.7 166.11 2.0 29.0 170.94 1.0 29.0 176.37 Galvalum III铝合金阳极，其化学成分及电化学性能如表3所示。 表3 安哥拉LNG项目采用的铝合金阳极化学成分及电化学性能 Galvalum III铝合金阳极 化学成分 成分 质量百分比(%) Zn 2.8-6.5 In 0.01-0.02 Fe 0.12 Cu 0.06 Si 0.08-0.2 Al 余辆 电容量 (Ah/kg) 2450 工作电位 (V) -1.12 ～ -1.05(vs. SCE) 3.2保护电流密度及保护范围的选取 保护电流密度的选取要充分考环境温度以及钢结构所处的海水环境，并结合标准-DNV RPB401 （Cathodic protection design）。 本工程水中区钢管桩保护电流密度：初期150mA/m2； 平均70mA/m2； 末期100mA/m2； 泥面以下钢管桩保护电流密度：初期、平均和末期均取20 mA/m2。 阴极保护保护面积包括整个钢管桩。 3.3 牺牲阳极尺寸与数量 根据DNV-RP-B401（Cathodic protection design）设计阴极保护所需的阳极尺寸数量。由于本工程海水电阻率随水的深度不同而改变，而海水电阻率直接决定了单块阳极的发出电流和使用寿命。因此本阴极保护工程共设计有三种型号规格的Galvalum III