阴极保护设计技术方案.docx
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阴极保护设计技术方案
阴极保护设计技术方案
一、阴极保护设计书3
1概述3
2自然条件3
3设计要求3
4规范及标准3
5牺牲阳极保护设计指标3
6牺牲阳极保护设计计算3
8施工注意事项9
9使用期的维护和管理9
一、阴极保护设计书
1概述
本工程钢管桩拟采用牺牲阳极阴极保护。
2自然条件
设计高水位：
1.17
设计低水位：
i-0.11
3设计要求
3.1保护范围：
为钢管桩水位变动区到桩尖外表面（包括水中、泥中等）。
3.2阴极保护系统设计寿命25年。
4规范及标准
4.1《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS153-3-2007
4.2《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》GB/T4948-2002
4.3《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T17848-1999
4.4《CorrosionControlofSteelFixedOfforeStructuresAssociatedPetroleum
Production》NACEStandardRP0176-2003
4.5中交第二航务工程勘察设计院提供的图纸及有关数据
5牺牲阳极保护设计指标
5.1设计寿命
钢管桩牺牲阳极保护系统寿命为25年。
5.2保护效果
有效保护期间内，钢管桩的保护电位应控制在-0.85〜-1.10V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）。
6牺牲阳极保护设计计算
6.1阴极保护电流密度选取
根据钢管桩所处的地理位置、介质电阻率和钢管桩材质、表面状态等情况，
参照《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》及《CorrosionControlofSteelFixedOffore
StructuresAssociatedPetroleumProduction》NACEStandardRP0176-2003,钢管桩
各腐蚀区选择的保护电流密度见表1。
表1保护电流密度
保护区域
水位变动区及水下区
海泥区
保护电流密度
2/（mA/m）
初期
维持
末期
20
130
65
90
6.2牺牲阳极材料的选择
本工程牺牲阳极采用Al-Zn-ln系合金牺牲阳极，表2、3是阳极的化学成分及电化学性能。
表2Al-Zn-In系合金的化学成分
化学元素
Zn
In
Mg
Ti
杂质最大含量
Al
Si
Fe
Cu
余量
含量（%）
4.0~7.0
0.02~0.05
0.5~1.50
0.01~0.08
0.10
0.15
0.01
表3Al-Zn-ln系合金的电化学性能
项目
开路电位
（V）（SCE）
工作电位
（V）（SCE）
实际发生电量
（Ah/Kg）
电流效率
（%）
溶解状况
性能
-1.18~-1.10
-1.12~-1.05
>200
>90
产物容易脱落，表
面溶解均匀
6.3保护面积计算
根据资料，钢管桩长度及保护面积计算结果列入表4:
序号
部位
桩直径
（m
桩顶标高（m）
水位变动区及水中区长度/
根（m）
泥中区长度/根
（m）
桩数（根）
水位变动区及水中区面积
（m2）
泥中区面积
（m2）
水中区所需保护电流（A）
海泥区所需保护电流（A）
所需初期总电流
（A）
所需维持总电流
（A）
所需末期总电流
（A）
初期
维持
末期
1
平台排架
0.509
2.275
13.17
22.725
140
2946.87
5084.86
383.09
191.55
265.22
101.70
484.79
293.24
366.92
2
0.509
2.275
13.17
22.725
9
189.44
326.88
24.63
12.31
17.05
6.54
31.17
18.85
23.59
3
西侧端部靠船簇桩
0.85
3
13.17
19
7
246.06
354.98
31.99
15.99
22.14
7.10
39.09
23.09
29.24
4
125T靠
船簇桩
0.85
3
13.17
19
30
1054.52
1521.33
137.09
68.54
94.91
30.43
167.51
98.97
125.33
5
70T靠船
簇桩
0.55
3
13.17
19
40
909.78
1312.52
118.27
59.14
81.88
26.25
144.52
85.39
108.13
6.4钢桩所需保护电流
保护面积：
DXL
初期保护电流：
I初期=S海水（包括水位变动区）xi初期+S泥X泥
维持保护电流：
I维持=S海水（包括水位变动区）X维持+S泥X泥
末期保护电流：
I末期=S海水（包括水位变动区）X末期+S泥X泥
代入相关数值，计算得：
钢管桩所需初期总保护电流为：
867.08A，维持总保护电流为519.55A，末期
总保护电流为653.21A。
6.5牺牲阳极规格尺寸选取
根据本项目码头钢管桩所需保护电流和牺牲阳极设计使用寿命25年，铝牺牲
阳极选取1种规格：
AI-13:
900X220+240）230mm,净重122kg，毛重138kg。
-A
型号
规格/mm
铁脚尺寸/mm
净重/kg
毛重/kg
阳极焊脚规格
AX（B1+B2）X：
D
F
H
AI-13
900X220+240）230
1300
60
360
122
138
10#槽钢
6.6牺牲阳极发生电流量的计算
为了确保阳极使用寿命，对AI-13型阳极的发生电流量进行计算
la
其中：
E取0.25V;
牺牲阳极的接水电阻按公式
P
R=
2兀L
In4L1i
....
（2）
丿
式中：
式中：
R-
阳极的接水电阻
（Q）
—
介质电阻率
取25Q.cm
（Q.cm）
L—
阳极长度
（cm）
r—阳极等效半径（包括初期等效半径和末期等效半径cm）
C
r=—
初期等效半径2二；
末期等效半径r末期=r初期一（r初期一r铁芯）卩
C—阳极截面周长（cm）
厂牺牲阳极的利用系数
将有关数据代入公式计算，得出：
AI-13型阳极的发生电流：
la初=2.57Ala末=1.63A;
6.7牺牲阳极数量的计算
N一（3）
la
N—牺牲阳极的数量支
I—钢桩所需的总保护电流（末期）A
la—单支阳极发生电流（末期）A
代入数值计算得：
N=400支，考虑到施工对涂层及桩基的破坏，阳极数量为452支。
经核算：
阳极初期总发生电流为1161.64A,末期总发生电流为736.76A,均满足钢管桩初期和末期所需的电流
6.8牺牲阳极使用寿命核算
牺牲阳极的使用寿命按公式（4）计算
（4）
Wiq」
8760I'm
t—牺牲阳极的有效使用寿命a
Wi—单个牺牲阳极的净重138kg
q—阳极实际电容量，取2600A•/kg
IZm—设计使用年限内每个阳极的平均发生电流，取0.5Ia初A
4牺牲阳极的利用系数，取0.90
将有关数据代入公式（4）,得出牺牲阳极的有效使用寿命为：
t=25.36年，
经计算，该规格牺牲阳极的使用寿命满足工程设计使用要求。
6.9设计结果
本工程选用AI-13型阳极452支，总重量为62376kg。
6.10牺牲阳极布置和安装
6.10.1牺牲阳极布置
每根钢管桩安装2支牺牲阳极，阳极上端焊脚距离设计低水位1.5m，阳极下
端焊脚距离泥面2m。
6.10.2牺牲阳极的安装
在焊接安装阳极之前，将阳极铁脚焊接处的钢桩表面的海生物打磨清除。
每只牺牲阳极有两只焊脚，四条焊缝，焊缝应连续、宽度均匀、平整、无裂纹。
6.11材料清单
序号
名称
型号/规格
单位
数量
备注
1
铝牺牲阳极
AI-13
900>（220+240）230mm
支
452
AI-13型，
配阳极焊脚
2
便携式硫酸铜参比电极
BC-1
支
2
7牺牲阳极质量要求
7.1牺牲阳极的化学成分、电化学性能、表面状态等技术指标符合规范要求，供货时提供每批次产品的化学成分、电化学性能检验证书及产品合格证。
7.2牺牲阳极的表面质量
7.2.1牺牲阳极的工作表面为铸造表面，外形尺寸符合设计要求，不允许有纵向裂纹。
7.2.2牺牲阳极的工作面应无氧化渣、无毛翅飞边等缺陷，牺牲阳极所有表面允许有长度不超过50mm,深度不超过5mm横向裂纹存在，但在同一表面不允许超过
3个。
723牺牲阳极工作面允许有铸造缩孔，但其深度不得超过阳极厚度的10%。
牺牲阳极工作面不能有油漆、熔渣、毛刺或其他任何污染物存在。
7.3牺牲阳极重量偏差
每块牺牲阳极的重量偏差为二3%,阳极长度偏差为二2%,阳极宽度偏差为二3%，阳极厚度偏差为-5%，但总重量不应出现负偏差。
8施工注意事项
8.1铝合金阳极必须牢固地安装在被保护的钢桩上，与钢管桩短路焊接。
8.2铝合金阳极必须严格按设计图纸规定的数量、标高及方向焊接于钢管桩上。
8.3施工单位应作好详细的施工记录，包括施工时的水文气象情况和施工措施，并在牺牲阳极安装完毕后提交阴极保护的相关资料，标明实际安装的阳极数量、位置以及实测钢管桩表面电位。
9使用期的维护和管理
9.1牺牲阳极阴极保护系统竣工验收后，投入正常运转，其阴极保护电位均应达到-0.85〜-1.10V（铜/饱和硫酸铜参比电极）。
9.2工程交付使用1年内测量1次保护电位；工程交付使用2~20年，每2年测量一次；工程交付使用21~25年，6个月测量1次。
并记录有关数据备查。
9.3使用单位需每年抽查一次钢管桩的保护电位，以确保系统的正常运行。
9.4钢管桩保护电位测量时采用便携式铜/饱和硫酸铜参比电极及数字式万用表或电位表进行测量。
9.5当普查钢管桩电位发现其电位达不到设计要求时，应检查牺牲阳极状况并采取
重焊，更换或补焊牺牲阳极。
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