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福建东港石油化工实业有限公司

钢管桩阳极更换施工方案

一、 工程概况

略

二、钢管桩牺牲阳极阴极保护原理

钢管桩牺牲阳极阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法。在牺牲阳极阴极保护系统构成的电池中，氧化反应集中发生在阳极（铝-锌-铟合金阳极块）上，从而抑阻了作为阴极的被保护金属（钢管桩）上的腐蚀。阴极保护是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术。可从电极反应、阴极保护图解说明等方面理解牺牲阳极阴极保护原理。

1）电极反应方面：任意两种金属/合金的组合，都可构成电化学电池；低电位者为电池的阳极，主要发生氧化反应；高电位者为阴极，主要发生还原反应。由于阳极和阴极之间存在着电位差，外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池，从而加速了阳极的腐蚀，同时抑阻阴极的腐蚀，使阴极金属获得阴极保护。在实践中，铁的保护电位通常为-0.85V（CSE），也就是说，当铁金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，铁金属就受到保护，腐蚀可以忽略。

2）金属界面反应即阴极保护图解说明 图示给出了铁在NaCl水溶液（或土壤）中于金属界面处发生的电化学腐蚀反应过程，说明了各种反应质点和反应产物的存在和传递。由于

ee+ee-ee1/2+oHClH+H2阴极保护系统通过牺牲阳极，能对金属提供足够量的电子（施加所需的负电流），使金属界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑阻氧化反应（Fe→Fe2++2e）；此时还原反应所需电子完全从牺牲阳极获得。由此实现了阴极保护，停止了金属的腐蚀过程。

三、钢管桩牺牲阳极阴极保护技术指标

FeeFeFee1/2AlNao-+H++o-H+2oHHoH3+IAl:AlAl+2eI2:o2+2H2o+4e4oH-牺牲阳极的阴极保护→根据《铝-锌-铟合金牺牲阳极》

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→Al阳极IAlo-阴极I2o-（GB/T4948-2002）和本工程设计技术要求，本工程钢管桩牺牲阳极阴极保护技术指标为：

1）牺牲阳极阴极保护设计保护年限为25年；

2）保护范围：为处于平均潮位以下至桩尖钢管桩外表面层；

3）保护电位： 7天内电位为-0.77～-1.05V，7天到30天的电位为-0.85～-1.1V； 4）阳极规格及重量

极块规格：截面为上底长210mm,下底235mm,高236mm的梯形。主体长度为1000mm.。阳极的主体中间串一根φ80无缝钢管作为铁芯，弯曲的两头焊有[140×60槽钢作为阳极的爪，阳极块重量为71kg。

5)水下焊接水位：按照电流分布需要和为控制腐蚀峰值，阳极块安装时，应在钢桩海水全浸区均匀分布，上块阳极上焊脚不高于设计低水位以下1.0m,下块阳极下焊脚不低于设计泥面以上1.0m。本工程因后排钢桩水深不足，可以放宽要求，但应保证阳极块铝合金工作表面最高处应低于设计水位（+0.44m）. 四、阳极块材质和焊接设备的选择

1）阳极块材质确定

根据《铝-锌-铟合金牺牲阳极》（GB/T4948-2002）和本工程设计技术要求，本工程阳极采用“铝-锌-铟-镁-钛”阳极块，其特点是容量大、寿命长、电化学性能优良、工作性能稳定。其化学成分为：

化学成分（%） 种类 Zn In Mg Ti Si 铝-锌-铟-锡-镁 4.0～0.020～0.50～0.01～7.0 0.050 1.00 0.08 杂质，不大于 Fe Cu Al 0.10 0.15 0.01 余量 其电化学性能为： 项目 电化学 性能 开路电位 V -1.18～-1.10 工作电位 V -1.12～-1.05 实际电容 A·h/kg ≥2600 电效率 % ≥90 溶解状况 腐蚀产物容易脱落， 表面溶解均匀 2）焊条选择

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本工程水下焊条采用上海焊条总厂生产的T202防水电焊条。该焊条采用镍铁合金焊芯，为双层涂药层防水、防气电焊条。外层涂有造渣剂和防水剂，具有很强的封闭性，以保证溶嗷金属的焊接质量；内层涂有合金剂和脱氧剂以保证电弧稳定和焊缝塑性及金属成分。该焊条可用于带水气或水下结构钢及铸铁管道的全位置焊接，是一种理想的防水电焊条。焊条直径为Φ3.2、Φ4.0mm，参考电流（A） 130～150 ，150～180。

3）焊接设备选择

①直流焊机：采用2台直流焊机，型号为AX-500型直流弧焊机，其电源电压为V 220/380， 空载电压V 40～90，工作电压V 25～40，电流调节范围A 120～600， 额定负载持续率 60%，电动机功率26kW，转速2900，装箱尺寸1300x750x1100mm，毛重600kg。

②湿式焊枪：采用BR-21湿式焊枪，BR-21湿式焊枪是传统的压缩型电焊条夹持器。

BR-21湿式焊枪的特征是：有分度凹口的特大型头部，更易于被握住，成斜角的座子是开槽的，以便消除摆动，同时将电焊条保持在理想角度。更易于带手套的手拿住。手柄和头都用六角形原料机械加工而成。

③发电设备：采用1台80kW发电机，其型号为，其提供电压为，电流为，可以供2个水下焊接班组使用，另外还有配套电箱电缆等。

④供氧设备：采用2组供氧设备，每组为1台0.9立方空压机、1台1.0立方储气罐和1台高效多级过滤器，还有配套输气橡胶管等，主要向水下焊接人员提供稳定清洁的氧气之用。

4）船机竹排及固定设备等

①船机设备：工作船1艘，为36kW机动船，可运载30t货物及45m2甲板作业面，主要作为移动式水上平台，供阳极快堆放，供焊机、发电、供氧等设备摆放。

②竹排设备：配备2个工作竹筏， 竹筏尺寸为3*4m。每个竹排作为1个水下焊接组，主要供阳极块摆放安装、安装人员在上部安装固定阳极块之用。

③阳极固定设备：主要由足够强度尼龙绳或麻绳，分为上部固定套绳，控制阳极块标高的吊绳及阳极块在水下的固定绳。

五、阳极块水下焊接工艺及各个工艺流程控制要求

1）水下焊接工艺流程

焊前材料设备检查→船机竹排就为→阳极块悬挂→潜水员下水→阳极块固定→钢桩防腐涂层铲除→阳极块水下焊接→阳极块焊缝检查→钢桩电位测试→完工→下一只

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