海水電阻率和三種陰極保護電流密度的確定

彭建敏

廣州南洋理工職業學院 廣東廣州 510000

珠海珠海港高欄港區神華煤炭儲運一期工程鋼管樁防腐施工中,除了確定三種陰極保護電流密度外，因為犧牲陽極將置于海水中，所以，海水的電阻率對于陰極保護設計的計算來說也是一個重要參數。根據聯合國海洋研究專業委員會、國際海洋物理協會和國際海洋考察理事會1978年公布的研究結果，一個海水樣品的實際鹽度（符號S）用海水樣品的電導率與相同溫度和壓力下KCl質量分數為0.0324356的氯化鉀（KCl）溶液的電導率的比K來定義。根據定義，K值精確等于1對應于實際鹽度等于35。兩者之間的關系如下面公式所示：

利用這一公式，根據上述的海水平均鹽度，計算出其電導率為2.872S/m，由此求出海水電阻率為0.348Ωm。

根據中華人民共和國交通部標準“海港工程鋼結構防腐蝕技術規定JTJ 230-89”，裸鋼在流動海水中的初期陰極保護電流密度為100-150mA/m2；而按照交通部標準“海港工程鋼結構防腐蝕技術規定JTJ 230-89”，I(average)=0.5-0.55I(initial),我們將Q345C鋼在流動海水中的平均陰極保護電流密度I(average)和末期陰極保護電流密度I(final)確定為82.5mA/m2。同樣地，依據交通部標準推薦的Q345C鋼在海泥中的初期陰極保護電流密度為10-25mA/m2，Q345C鋼在海泥中的初期陰極保護電流密度確定為25mA/m2、平均陰極保護電流密度和末期陰極保護電流密度確定為13.75mA/m2。

1 利用初始陰極保護電流密度計算

根據“DNV RPB401-1993,CATHODIC PROTECTION DESIGN”，應按以下的公式從初期陰極保護電流密度出發計算陰極保護所需要的陽極數量，

（a）對于鐲型陽極，首先按下式計算其接水電阻：

式中 RA (initial)——初期陽極接水電阻，Ω；

ρ——介質(海水)的電阻率，Ωm；

A——陽極的初期表面積，m2；

（b）陽極輸出電流

式中 Ia (initial)——初期單支陽極輸出電流，A；

ΔE——驅動電壓，對于鋁合金陽極，取0.25V ；

RA (initial)——初期陽極接水電阻，Ω。

（c）所需陽極數量

所需陽極數量按下式計算：

式中 N(initial)——初期需要的陽極數量，支；

——為被保護鋼管樁的各部分表面積，m2；

——各部分的初期破損率，根據“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標文件”的技術要求，取1%；

io——各部分的初期保護電流密度，A/m2；

Ia (initial)——初期單支陽極輸出電流，A。

2 利用平均陰極保護電流密度計算

其中，M為利用平均（或維持）保護電流密度計算出的陽極需要量，Kg；Sc 為被保護鋼管樁的各部分表面積，m2；fm是各部分管道防腐涂層的平均破損率，參考“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防i腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標文件”的技術要求，計算為8%；m是 平均需求電流密度，A/m2；u 為陽極的利用系數,取75%；ε 是陽極的實際電流容量，根據“珠海港高欄港區神華煤炭儲運一期工程鋼管樁防腐施工對犧牲陽極材料的選用要求：“所選用的犧牲陽極材料應以最小的重量滿足陰極保護的壽命”，選用的陽極材料為高效率鋁基合金，實際電容量為2600Ah/Kg；T是設計的使用壽命。

所需陽極數量按下式計算：

其中，m 為單支陽極的凈質量，Kg。

3利用末期陰極保護電流密度計算

（a）首先按下式計算鐲型陽極的接水電阻：

式中 RA (final)——末期陽極接水電阻，Ω；

ρ——介質(海水)的電阻率，Ωm；

A——陽極的末期表面積，m2；

（b）陽極輸出電流

式中 Ia (final)——末期單支陽極輸出電流，A；

ΔE——驅動電壓，對于鋁合金陽極，取0.25V ；

RA (final)——末期陽極接水電阻，Ω。

（c）所需陽極數量

所需陽極數量按下式計算：

式中 N(final)——末期需要的陽極數量，支；

——為被保護鋼管樁的各部分表面積，m2；

——各部分的末期破損率，根據“舟山大陸連島工程金塘大橋鋼管樁防腐施工(第Ⅳ-B合同段)招標文件”技術要求，取15%；

if——各部分的末期保護電流密度，A/m2；

Ia (initial)——末期單支陽極輸出電流，A。

4 結語

海水電阻率和三種陰極保護電流密度的確定是海中鋼管樁防腐施工的重要依據,隨著海洋工程的不斷突破,將會有越來越成熟的方法出現.