钢管桩牺牲阳极阴极保护维修工程

钢管桩牺牲阳极阴极保护维修工程

【摘要】本文主要结合厦某码头钢管桩牺牲阳极阴极保护维修工程进行了风险评估，并着手进行维修方案的初步评估，在原设计基础上做综合分析，针对原设计的保护效果，码头的运行状况，维修施工条件，维修成本等等技术资料，提出现有20年设计维修方案和实施措施。

【关键词】码头水下钢管桩；腐蚀余量；维修方案

1.调查和检测

厦门博坦油库码头建于1996年，在码头建造时考虑到海水对钢管桩的腐蚀，对所有钢管桩采取涂料与牺牲阳极阴极保护措施，牺牲阳极设计使用寿命为10年。

牺牲阳极阴极保护于1995年10月设计，1996年4月起施工，1996年7月竣工验收。阳极主要采用AZIC-H5型和AZIC-H7型两种规格的铝合金牺牲阳极，整个码头共安装AZIC-H5型阳极390只，AZIC-H7型阳极440只，合计830只。

由于码头使用的牺牲阳极已达14年，超过原牺牲阳极阴极保护的设计的10年使用寿命，为了解阴极保护的运行状况和保护效果以及钢管桩的腐蚀状况，为牺牲阳极更换提供技术依据，厦门博坦仓储有限公司委托南京水利科学研究院对码头钢管桩进行阴极保护效果检查，并对钢管桩腐蚀状况进行检测。

调查和检测工作于2007年9月进行。报告主要反映码头运行11年以来钢管桩出现变型和破损状况，钢桩表面涂层老化、破坏情况，牺牲阳极现存的数量和消耗情况，通过阴极保护电位检测和钢管桩壁厚测量反映钢管桩的保护和腐蚀情况，通过剩余阳极尺寸测量，推算估计牺牲阳极保护寿命，针对报告的检查检测结果，公司内部做了风险评估，并着手进行维修方案的设计，在原设计基础上做综合分析，针对原设计的保护效果，码头的运行状况，维修施工条件，维修成本等等，提出现有维修方案并推进实施。

码头构件分布图如下：

2.解决方案

（1）鉴于浪溅区涂层已完全老化失效，钢管桩在此部位已发生严重腐蚀，水位变动区涂层为厚度不足，且因围污栏使得该区域涂层出现大面积的缺损，为保证钢管桩同寿命使用，建议立即对浪溅区进行全面重新涂料防腐蚀、水位变动区涂层进行修补加厚。

（2）原牺牲阳极设计保护寿命为10年，至2007年已经使用达11年之久，大多数阳极消耗完毕或接近消耗完毕，计划安排计划对钢管桩阴极保护重新设

计，进行牺牲阳极更换，减少钢桩腐蚀，延长码头使用寿命。

（3）根据不同区域的腐蚀率和腐蚀余量的不同，考虑到维修成本及对日常码头运作的影响，建议分二期进行维修实施，消防平台、补偿器平台、栈桥（包括栈桥拐角段、栈桥固定墩）的阳极消耗较其它构件快，电位也较偏正，建议可对此三类构件的阳极先行更换。

（4）围污栏对水位变动区涂层产生严重的破坏作用，其固定方式应进行有效改善，避免和防止围污栏再度对钢管桩水位变动区涂层产生摩擦破坏。

（5）检测结果证明阴极保护设计与实施对钢管桩腐蚀起到了良好的保护作用，设计与实施是合理、准确的，阳极使用寿命有一定余量。建议在对钢管桩涂层防腐蚀和阴极保护设计、实施时委托有充分能力、经历的单位进行重新设计与实施。

（6）重新进行钢管桩牺牲阳极保护设计时，保护系统的设计使用年限建议按20年设计。20年保护寿命与10年相比，虽然一次性投入的阳极材料费用增加，但减少了一次阳极安装费用，从投资效果来看，20年设计寿命更加经济合理。在具体设计计算时，应根据07年检测结果，根据不同构件的钢桩的阳极消耗情况，选用不同的电流密度，以便节约投资，保证钢桩同寿命保护。

3.维修方案内容和方法

（1）搜集资料。

包括搜集码头工程图纸、施工资料、各种监测数据、施工和运行过程中各种特殊工况等相关的工程技术资料。

（2）全面普查。

a）包括水上检查和潜水员目视普查钢管桩是否出现变型和破损，如钢管桩有变型和破损拍摄水下照片。

b）潜水员采用目视检查和探摸的方法对钢管桩上的830只阳极进行检查，了解阳极的安装状况、阳极数量和阳极消耗情况。

c）潜水员采用目视检查的方法检查钢管桩的涂层状况，拍摄水下照片，反映水下涂层状况。

（3）全面测量钢管桩保护电位。

利用银/氯化银/海水参比电极和数字电压表测量码头所有钢管桩在水面、水中和泥面三个不同位置的阴极保护电位，共计1497个测点。

（4）抽检阳极尺寸。

根据普查结果，在每一类构件中至少选取1根钢管桩，测量其上焊接的阳极尺寸，主要测量阳极的周长（阳极两端距端部各100mm处和阳极中部）和长度。

潜水员拍摄水下照片反映阳极消耗情况。

（5）抽测钢管桩涂层厚度。

在每一类构件中至少选取1根钢管桩，测量钢管桩在潮差区和浪溅区两个位置的涂层厚度（每个位置测量三点，以平均值作为该位置的涂层厚度）。

（6）抽样检测钢管桩剩余厚度。

在每一类构件中至少选取1根钢管桩，使用水下超声波测厚仪测量钢管桩在浪溅区、浅水区、海水中和泥面以上四个位置钢管桩的剩余厚度（每个位置测量三点，以平均值作为该位置的钢管桩剩余厚度）。

（7）钢管桩变形、破损及表面涂层的检查与检测。

（8）钢管桩涂层劣化检查。

（9）涂层厚度测量。

4.钢管桩外表检测结果

根据对码头钢管桩的水上和水下的检查，防冲栏栅的18#和19#钢管桩因船舶碰撞而局部变形外，未发现码头的其它钢管桩有明显的变形和严重破损现象，码头基础钢桩是基本安全、稳定的。

码头钢管桩浪溅区涂层已基本全部老化脱落，钢管桩腐蚀严重；水位变动区涂层无裂纹、起泡现象，只有轻微粉化和变色，涂层厚度不满足设计和有关规范要求，另外部分受码头前方围污栏的影响，部分钢管桩表面涂层大面积的缺损；水下钢管桩涂层表面被海生物覆盖，去除海生物后涂层基本完好。

水位变动区和水下区钢桩表面未见明显锈蚀现象，未发现锈瘤、锈坑和锈迹。

5.牺牲阳极阴极保护效果检测结果

（1）阴极保护在运行的11年期间，共进行过11次电位测量。在1996年竣工验收和这次检测时进行了全面电位检测，在1998年～2006年期间业主利用每独立构件或结构自然段引出的阴极测试点在码头上方吊挂参比电极测量了部分钢管桩的保护电位。历年的电位测量的统计结果正常。

（2）牺牲阳极安装状况和消耗状况检查结果。

为对牺牲阳极安装状况和消耗状况有一个衡量标准，在对阳极检查前制定了牺牲阳极消耗状况分级表，潜水员采用探摸和目视检查的方法对每根钢管桩阳极的安装状况、阳极数量和阳极消耗情况进行检查，并根据牺牲阳极消耗情况分级标准，对阳极消耗状况进行评级。

表1牺牲阳极消耗情况分级

（3）抽检阳极剩余尺寸、估算阳极剩余重量和剩余使用年限结果。

（4）钢管桩剩余壁厚测量、腐蚀速度计算结果。

6.检测结论及建议

根据对码头钢管桩腐蚀及阴极保护状况检查与检测可得出以下结论：

（1）通过对整个码头钢管桩的水上和水下的目视检查，除防冲栏栅的18#和19#钢管桩因船舶碰撞而发生局部变形外，未发现其它钢管桩有明显的变形和破损情况，码头基础钢桩是安全、稳定的。

（2）根据水上目视检查和水下摄像和水下照片的反映，钢桩浪溅区腐蚀严重，水位变动区和水下区未发现明显锈瘤、锈坑、锈迹等锈蚀现象。

（3）码头钢管桩浪溅区涂层已基本全部老化、脱落、失效；水位变动区涂层轻微粉化和变色，水下钢管桩涂层表面被海生物覆盖，去除海生物后涂层基本完好。

（4）水位变动区涂层厚度不满足设计和有关规范要求，部分钢桩水位变动区涂层表面受围污栏磨损，存在大面积的缺损。

（5）目前所有钢管桩所有测点的保护电位均在规范规定的保护电位范围内，阴极保护运行正常。根据历年的保护电位统计看，均满足规范要求，保护电位均匀，在码头运行的14年期间，钢管桩始终处于了充分的保护状态。

（6）根据阳极消耗普查情况看，大多数阳极发生发生严重消耗，阳极体积在10%～30%之间为阳极数量占阳极总量的52.2%，阳极使用寿命接近于终点。阳极消耗严重的构件次序为：消防平台、补偿器平台、栈桥（包括栈桥拐角段、栈桥固定墩）、系船墩、靠船墩、防冲栏栅、回车平台、内侧装卸油、外侧装卸油平台。

（7）在检测的28只阳极中计算所得平均剩余使用寿命为4.2年，结合阳极普查结果以及铝合金阳极的溶解消耗具有不均匀性等因素，阳极总体使用寿命在2年～3年应更为安全和合理。

（8）钢管桩剩余壁厚在16.83mm～17.80mm之间，平均值为17.63mm。浪溅区腐蚀最为严重，剩余壁厚在16.83mm～17.73mm之间，平均值为17.27mm；浅水区、水中区、泥面区腐蚀速度大致相等，剩余壁厚在17.60mm～17.80mm之间，平均值为17.72mm；浪溅区的腐蚀速度大约是水中的7倍。

（9）浅水区、水中、泥面以上区自然腐蚀速度按0.12mm/a计，保护后的腐蚀速度按测量的腐蚀速度平均值计算，可知钢管桩牺牲阳极阴极保护的保护效率在93.3%以上。

（10）建议尽快安排对钢管桩阴极保护的重新设计，进行牺牲阳极更换。从节约投资，充分发挥原有牺牲阳极的效用的目的出发，建议阴极保护分两次实施，对消防平台、补偿器平台、栈桥（包括栈桥拐角段）三类构件的224根钢管桩（合计保护面积为31,732m2）的阳极先行更换，对其它构件的钢桩可考虑稍迟更换。在设计计算时，对阳极消耗不同的构件，应考虑选用不同的电流密度。

（11）新设计方案可考虑选用原牺牲阳极阴极保护法或外加电流阴极保护法。

7.维修措施实施

根据原设计及检查结论，重新进行钢管桩牺牲阳极保护设计时，保护系统的设计使用年限建议按20年设计。20年保护寿命与10年相比，虽然一次性投入的阳极材料费用增加，但减少了一次阳极安装费用，从投资效果来看，20年设计寿命更加经济合理。在具体设计计算时，应根据07年检测结果，根据不同构件的钢桩的阳极消耗情况，选用不同的电流密度，以便节约投资，保证钢桩同寿命保护。

主要技术要求:

7.1保护范围和保护面积及保护寿命

本次维修包括码头找桥，内外侧卸油平台，回车平台，防冲栏，靠船敦，系船敦，合计钢桩499根钢管桩。

牺牲阳极保护使用寿命按20年设计。

7.2牺牲阳极材料及安装方式

（1）采用铝合金牺牲阳极，采用水下湿式电弧焊接方式安装。

（2）原材料纯度要求必需附合设计标准。

（3）原材料化学成份和电化性能要求必需附合设计标准.

（4）铁芯与阳极加工质量需附合设计标准。

7.3质检标准

对上述阳极质量要求，承包商向业主供货时，同时提供上述全套质量资料（包括成份分析，电化结果测试结果，铁芯与基体接触电阻，铁芯重量，阳极重量等）和阳极试样（须 注明炉号，批号）。

7.4保护电位要求

牺牲阳极保护系统运行10天后，测量钢闸门的保护电位。95%测点的保护电位应负于-780mV（相对于银/氯化银海水参比电极）。

7.5运行和维护

在牺牲阳极保护系统运行期间，每隔一年测量一次钢桩的保护电位，记录使用的参比电极、电压表的名称、型号和测量数据。质保期内如发现保护电位值偏离设计保护电位时，应及时请腐蚀工程师查明原因，必要时采取更换、增补阳极。

8.设计方案对照

9.2013年检测结果

（1）经过专业潜水公司对水下阳极块探摸摄像，阳极块数量齐全，尺寸消耗正常。

（2）摄像资料显示，阳极块焊缝饱满，焊接可靠。

（3）电位测试值（水面，水中，泥面）达到技术规范要（-1020mv）。

10.结束语

（1）钢管桩采用牺牲阳极阴极保护方案可行，长期（下转第225页）（上接第192页）来说比外加电流阴极保护可靠，在公司目前阴极保护设施数量进行比较，一次性投入和外加电流方案更有优势。

（2）牺牲阳极方案比外加电流运行稳定，维护方便。

（3）牺牲阳极方案比外加电流设计及施工方案简单，维修效率高。

（4）牺牲阳极方案方案实施完成后，需定期进行检查评估，定期做水下检测检查，确保阳极块完好有效运行。[科]

【参考文献】

［1］南京水利科学院—厦门嵩屿石化仓储10万吨级油码头钢桩腐蚀保护设计书，1995，10.

［2］南京水利科学院—厦门博坦仓储码头钢桩腐蚀状况检测与检查，2007，10.

［3］上海金属腐蚀与防护技术有限公司—博坦码头钢桩阴极保护工程，2010，8，

2013，

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