30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭工程鋼管樁防腐蝕安全保護(hù)措施探析

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

0 引言

鋼管樁結(jié)構(gòu)是原油碼頭工程中最為重要的支撐部位。由于鋼管樁結(jié)構(gòu)常年處在海水中，受海水沖擊、腐蝕、惡劣大氣環(huán)境等各種客觀條件的影響，在使用過(guò)程中容易發(fā)生腐蝕。造成鋼結(jié)構(gòu)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(dòng)速度帶來(lái)的沖擊力、海水的溫度以及海洋中的水生物也可能會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。而在不同的海水環(huán)境條件下，碼頭中鋼管裝的腐蝕特點(diǎn)也存在一定的差異性。如果在使用過(guò)程中不采取有效的防護(hù)安全措施，隨著使用年限的延長(zhǎng)，碼頭的鋼管樁結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，為碼頭工作人員日常裝卸油品、海洋環(huán)境保護(hù)帶來(lái)巨大的安全隱患，同時(shí)還會(huì)在一定程度上減少碼頭工程的使用壽命。

1 30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭的工程概況

文章主要以我國(guó)廣東石化公司30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭中的鋼管裝為研究對(duì)象，廣東石化公司原油碼頭碼頭目前建設(shè)包括30萬(wàn)噸級(jí)泊位1個(gè)，泊位長(zhǎng)度420.0 m。結(jié)構(gòu)包括主工作平臺(tái)一個(gè)，兩個(gè)靠船墩，六個(gè)系纜墩及碼頭附屬設(shè)施。工作平臺(tái)采用打入式鋼管樁高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，頂標(biāo)高為 9.0 m，墩臺(tái)厚為 2.5 m。樁基采用φ2.0 m 大直徑鋼管樁(設(shè)計(jì)壁厚取 25 mm)，共設(shè)有 19 根鋼管樁(不含試驗(yàn)樁和基準(zhǔn)裝)，樁芯混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為 C40，墩臺(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為 C40。鋼管樁制樁時(shí)上部進(jìn)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(yáng)極?；炷炼张_(tái)澆注完畢后，再在墩臺(tái)的底部以及側(cè)面涂覆海工防腐涂料。本工程預(yù)計(jì)在2021年12月30日實(shí)現(xiàn)中交。

2 鋼管樁防腐保護(hù)的主要方法

2.1 防腐涂層保護(hù)

防腐涂層保護(hù)，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(huán)境接觸，從而達(dá)到較好的防腐效果。這種技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：第一，防腐涂層與鋼管樁結(jié)構(gòu)能夠緊密結(jié)合，這樣不僅能夠確保鋼管樁不受水侵蝕，同時(shí)還能提高鋼管樁的結(jié)構(gòu)硬度，延長(zhǎng)鋼管樁的使用壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度上來(lái)看具有較好的應(yīng)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(guò)程中可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，并且適用于大型碼頭以及難以維護(hù)處理的鋼鐵結(jié)構(gòu)中，具有長(zhǎng)期的防護(hù)效果。第三，防腐涂層經(jīng)過(guò)封閉處理過(guò)后不容易被剮蹭，但是在施工的過(guò)程中，對(duì)于施工人員的專業(yè)技術(shù)要求較為嚴(yán)格，必須要確保表面處理達(dá)到有效的程度，因此施工周期較長(zhǎng)。

2.2 電化學(xué)陰極保護(hù)技術(shù)

電化學(xué)陰極保護(hù)主要是利用了腐蝕電池的作用原理，這種保護(hù)主要是將鋼管樁結(jié)構(gòu)作為電池的陰極，然后通過(guò)人工制造的陽(yáng)極向鋼管樁表面持續(xù)輸送電子，這樣就可以使鋼管樁表面的金屬結(jié)構(gòu)極化，這樣金屬表面結(jié)構(gòu)就會(huì)有大量的電子，就可以在一定程度上減緩金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕速度。陰極保護(hù)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，主要具有兩種保護(hù)方式[1]。

外加電流陰極保護(hù)，主要是指在電流的回路中，通過(guò)串聯(lián)一個(gè)直流的電源，借助人工直接將電子輸入到鋼管樁結(jié)構(gòu)的表面，進(jìn)而鋼管樁結(jié)構(gòu)的表面變成陰極，這樣就可以構(gòu)成一個(gè)完整的腐蝕電池系統(tǒng)。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)，主要是利用比鋼管樁結(jié)構(gòu)金屬活性強(qiáng)的合金作為陽(yáng)極與鋼管樁表面結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)完整的腐蝕電池體系。這時(shí)鋼管樁表面結(jié)構(gòu)作為腐蝕電池的陰極，在得到陽(yáng)極供電保護(hù)的過(guò)程中，將會(huì)不斷消耗陽(yáng)極的電子，因此，這種保護(hù)方式被稱作犧牲陽(yáng)極。

3 30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭工程鋼管樁防腐蝕安全保護(hù)的主要措施

3.1 選擇合適的防腐蝕安全保護(hù)措施

根據(jù)不同地區(qū)海洋環(huán)境的差異性選擇合適的鋼管樁防腐安全防護(hù)措施，對(duì)于鋼管樁結(jié)構(gòu)后期使用的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。廣東石化公司原油碼頭的鋼管樁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于處在海水以下及水位變動(dòng)區(qū)域較大的鋼管樁結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)以及外層涂刷防腐涂料兩種方式相結(jié)合的保護(hù)方法對(duì)鋼管樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的保護(hù)。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(hù)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(yáng)極的時(shí)間。這種設(shè)計(jì)手法可以確保鋼管裝在25～30年的使用時(shí)間內(nèi)，能夠全面地防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，在使用年限之后，犧牲陽(yáng)極如果達(dá)到極限狀態(tài)，就應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行更換處理[2]。

3.2 采用表層防腐涂料保護(hù)技術(shù)

根據(jù)鋼管樁的位置，設(shè)計(jì)要求對(duì)位于浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)和水下區(qū)的鋼管樁進(jìn)行涂層保護(hù)，廣東石化30萬(wàn)噸級(jí)碼頭使用新型的環(huán)氧重防腐涂料是改性環(huán)氧樹(shù)脂漆(如表1所示)，這種環(huán)氧重防腐涂料配比及涂裝要求應(yīng)按產(chǎn)品說(shuō)明或涂料制造商專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行，在使用的過(guò)程中具有較好的附著能力，能夠迅速地附著在鋼管樁結(jié)構(gòu)的表面(如表2所示)。當(dāng)鋼管樁結(jié)構(gòu)表面被涂料覆蓋時(shí)，鋼管樁的整體結(jié)構(gòu)表面硬度將會(huì)提升，能夠防止巨大海浪侵襲帶來(lái)的沖擊力。除此之外，新型高性能環(huán)氧重防腐涂料在涂刷的過(guò)程中，必須要確保干膜厚度大于或等于設(shè)計(jì)厚度值者應(yīng)占檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)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(xù)在鋼管樁結(jié)構(gòu)的表面形成固化膜[3]。

改性環(huán)氧樹(shù)脂漆檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 改性環(huán)氧樹(shù)脂漆檢測(cè)結(jié)果表

鋼管樁防腐涂層附著力詳細(xì)檢查結(jié)果如表2所示。

表2 涂層附著力檢驗(yàn)結(jié)果表

檢測(cè)結(jié)論：本次共檢測(cè)1根鋼管樁，涂層附著力檢測(cè)結(jié)果為13.3 MPa，大于設(shè)計(jì)值10.0 MPa，涂層附著力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)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(shè)計(jì)使用年限要求，采用防腐涂層與犧牲陽(yáng)極保護(hù)法聯(lián)合保護(hù)。犧牲陽(yáng)極材料主要選用了高效三元鋁合金作為陽(yáng)極(如表3所示)，這種材料在使用的過(guò)程中具有良好的電化學(xué)性能，并且符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(如表4所示)。鋼管樁打樁結(jié)束后采用水下電焊法將陽(yáng)極部分與鋼管樁進(jìn)行焊接。每只犧牲陽(yáng)極兩只焊腳，四條焊縫，要求每條焊縫有效長(zhǎng)度大于150 mm，焊縫高度大于 6 mm，焊縫基本連續(xù)平整、寬度均勻、無(wú)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(dá)到電位分布均勻。在鋼管樁打樁完工后，需及時(shí)將碼頭各墩臺(tái)內(nèi)的鋼管樁分別用?16鋼筋采用電焊方法進(jìn)行電焊電性連接，每個(gè)墩臺(tái)各自形成一個(gè)保護(hù)整體[4]。

表3 高效鋁合金陽(yáng)極的化學(xué)成分表

表4 高效鋁合金陽(yáng)極的電化學(xué)性能表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前對(duì)鋼管樁結(jié)構(gòu)的防腐保護(hù)措施主要應(yīng)用了防腐涂料以及犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法這兩種方式，這兩種方式在應(yīng)用的過(guò)程中都具有各自的優(yōu)越性并且應(yīng)用時(shí)效較長(zhǎng)。這兩種方法由于良好的使用性能，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外碼頭的鋼管樁結(jié)構(gòu)保護(hù)工作中得到了廣泛的應(yīng)用。