30萬噸級原油碼頭工程鋼管樁防腐蝕安全保護措施探析

劉巖峰(中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽 515200)

0 引言

鋼管樁結構是原油碼頭工程中最為重要的支撐部位。由于鋼管樁結構常年處在海水中，受海水沖擊、腐蝕、惡劣大氣環境等各種客觀條件的影響，在使用過程中容易發生腐蝕。造成鋼結構腐蝕的重要因素就是海水中的溶解氧含量，除此之外，海水流動速度帶來的沖擊力、海水的溫度以及海洋中的水生物也可能會造成鋼結構的腐蝕。而在不同的海水環境條件下，碼頭中鋼管裝的腐蝕特點也存在一定的差異性。如果在使用過程中不采取有效的防護安全措施，隨著使用年限的延長，碼頭的鋼管樁結構發生嚴重腐蝕，為碼頭工作人員日常裝卸油品、海洋環境保護帶來巨大的安全隱患，同時還會在一定程度上減少碼頭工程的使用壽命。

1 30萬噸級原油碼頭的工程概況

文章主要以我國廣東石化公司30萬噸級原油碼頭中的鋼管裝為研究對象，廣東石化公司原油碼頭碼頭目前建設包括30萬噸級泊位1個，泊位長度420.0 m。結構包括主工作平臺一個，兩個靠船墩，六個系纜墩及碼頭附屬設施。工作平臺采用打入式鋼管樁高樁墩臺結構，頂標高為 9.0 m，墩臺厚為 2.5 m。樁基采用φ2.0 m 大直徑鋼管樁(設計壁厚取 25 mm)，共設有 19 根鋼管樁(不含試驗樁和基準裝)，樁芯混凝土的強度等級為 C40，墩臺的混凝土強度等級均為 C40。鋼管樁制樁時上部進行防腐涂層涂覆，沉樁完畢后，采用水下焊接的方法，把高效三元鋁合金焊接于鋼管樁上形成陽極?；炷炼张_澆注完畢后，再在墩臺的底部以及側面涂覆海工防腐涂料。本工程預計在2021年12月30日實現中交。

2 鋼管樁防腐保護的主要方法

2.1 防腐涂層保護

防腐涂層保護，主要是指在鋼管樁的表面噴涂一定厚度的防腐涂層，這樣就可以有效的隔絕鋼管樁與外界的海水環境接觸，從而達到較好的防腐效果。這種技術在應用的過程中具有以下幾個優勢：第一，防腐涂層與鋼管樁結構能夠緊密結合，這樣不僅能夠確保鋼管樁不受水侵蝕，同時還能提高鋼管樁的結構硬度，延長鋼管樁的使用壽命，從長遠的角度上來看具有較好的應用效果。第二，防腐涂層的使用工藝較為靈活，這種工藝在施工過程中可以進行現場操作，并且適用于大型碼頭以及難以維護處理的鋼鐵結構中，具有長期的防護效果。第三，防腐涂層經過封閉處理過后不容易被剮蹭，但是在施工的過程中，對于施工人員的專業技術要求較為嚴格，必須要確保表面處理達到有效的程度，因此施工周期較長。

2.2 電化學陰極保護技術

電化學陰極保護主要是利用了腐蝕電池的作用原理，這種保護主要是將鋼管樁結構作為電池的陰極，然后通過人工制造的陽極向鋼管樁表面持續輸送電子，這樣就可以使鋼管樁表面的金屬結構極化，這樣金屬表面結構就會有大量的電子，就可以在一定程度上減緩金屬結構的腐蝕速度。陰極保護技術在應用的過程中，主要具有兩種保護方式[1]。

外加電流陰極保護，主要是指在電流的回路中，通過串聯一個直流的電源，借助人工直接將電子輸入到鋼管樁結構的表面，進而鋼管樁結構的表面變成陰極，這樣就可以構成一個完整的腐蝕電池系統。犧牲陽極陰極保護，主要是利用比鋼管樁結構金屬活性強的合金作為陽極與鋼管樁表面結構構成一個完整的腐蝕電池體系。這時鋼管樁表面結構作為腐蝕電池的陰極，在得到陽極供電保護的過程中，將會不斷消耗陽極的電子，因此，這種保護方式被稱作犧牲陽極。

3 30萬噸級原油碼頭工程鋼管樁防腐蝕安全保護的主要措施

3.1 選擇合適的防腐蝕安全保護措施

根據不同地區海洋環境的差異性選擇合適的鋼管樁防腐安全防護措施，對于鋼管樁結構后期使用的穩定性具有至關重要的作用。廣東石化公司原油碼頭的鋼管樁設計環節，對于處在海水以下及水位變動區域較大的鋼管樁結構，同時采用了犧牲陽極陰極保護以及外層涂刷防腐涂料兩種方式相結合的保護方法對鋼管樁結構進行全方位的保護。在鋼管樁的表面涂刷防腐材料，可以有效地降低鋼管樁使用初期保護電流的密度，讓鋼管樁的表面能夠迅速極化，這樣就可以在一定程度上減緩犧牲陽極的時間。這種設計手法可以確保鋼管裝在25～30年的使用時間內，能夠全面地防止腐蝕現象的發生，在使用年限之后，犧牲陽極如果達到極限狀態，就應該及時進行更換處理[2]。

3.2 采用表層防腐涂料保護技術

根據鋼管樁的位置，設計要求對位于浪濺區、水位變動區和水下區的鋼管樁進行涂層保護，廣東石化30萬噸級碼頭使用新型的環氧重防腐涂料是改性環氧樹脂漆(如表1所示)，這種環氧重防腐涂料配比及涂裝要求應按產品說明或涂料制造商專業技術人員指導下進行，在使用的過程中具有較好的附著能力，能夠迅速地附著在鋼管樁結構的表面(如表2所示)。當鋼管樁結構表面被涂料覆蓋時，鋼管樁的整體結構表面硬度將會提升，能夠防止巨大海浪侵襲帶來的沖擊力。除此之外，新型高性能環氧重防腐涂料在涂刷的過程中，必須要確保干膜厚度大于或等于設計厚度值者應占檢測點總數的90%以上，才能確保即使在海水的侵蝕下，這種材料也能夠持續在鋼管樁結構的表面形成固化膜[3]。

改性環氧樹脂漆檢測結果如表1所示。

表1 改性環氧樹脂漆檢測結果表

鋼管樁防腐涂層附著力詳細檢查結果如表2所示。

表2 涂層附著力檢驗結果表

檢測結論：本次共檢測1根鋼管樁，涂層附著力檢測結果為13.3 MPa，大于設計值10.0 MPa，涂層附著力滿足設計要求。

3.3 犧牲陽極陰極保護技術焊接安裝工藝

廣東石化原油碼頭鋼管樁樁徑包括Ф1 200 mm、Ф1 400mm、Ф1 600 mm、Ф2 000 mm。為滿足設計使用年限要求，采用防腐涂層與犧牲陽極保護法聯合保護。犧牲陽極材料主要選用了高效三元鋁合金作為陽極(如表3所示)，這種材料在使用的過程中具有良好的電化學性能，并且符合國家相關標準規定(如表4所示)。鋼管樁打樁結束后采用水下電焊法將陽極部分與鋼管樁進行焊接。每只犧牲陽極兩只焊腳，四條焊縫，要求每條焊縫有效長度大于150 mm，焊縫高度大于 6 mm，焊縫基本連續平整、寬度均勻、無裂紋。為排除鋼管樁之間因電位分布不均勻而造成的不良影響，達到電位分布均勻。在鋼管樁打樁完工后，需及時將碼頭各墩臺內的鋼管樁分別用?16鋼筋采用電焊方法進行電焊電性連接，每個墩臺各自形成一個保護整體[4]。

表3 高效鋁合金陽極的化學成分表

表4 高效鋁合金陽極的電化學性能表

4 結語

綜上所述，目前對鋼管樁結構的防腐保護措施主要應用了防腐涂料以及犧牲陽極陰極保護法這兩種方式，這兩種方式在應用的過程中都具有各自的優越性并且應用時效較長。這兩種方法由于良好的使用性能，目前已經在國內外碼頭的鋼管樁結構保護工作中得到了廣泛的應用。