CN113445055A - 海上风电牺牲阳极保护工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海上风电牺牲阳极保护工艺，包括以下步骤：首先将钢管桩按照实际情况分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区；然后计算大气区与潮差区的面积总和，并在大气区与潮差区范围内的钢管桩外侧涂覆矿质防蚀膏，涂覆完成之后在矿质防蚀膏的外侧包覆矿质防蚀带，本发明通过将钢管桩分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区，并在大气区与潮差区范围内进行包覆防腐操作，能够有效的阻止腐蚀性介质对钢结构的侵蚀，同时还能够隔绝海水，抵御机械损伤，并且通过在全浸区和泥下区根据实际情况计算牺牲阳极用量，并进行牺牲阳极保护，从而能够保证钢管桩的腐蚀得到有效的抑制，同时保护效果稳定可靠，不需要任何维修保养和专人管理。

Description

海上风电牺牲阳极保护工艺

技术领域

本发明属于保护工艺领域，具体为海上风电牺牲阳极保护工艺。

背景技术

现有生活中，在海上风电浅水区风机平台常常会安装钢管桩，而现有的钢管桩大都为固定式钢质结构，钢管桩在大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区这些腐蚀区域为无涂层裸露状态，严重威胁着钢管桩的安全运行和长期使用，因此对钢管桩采取及时有效的阴极保护是十分必要的。

发明内容：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供海上风电牺牲阳极保护工艺，解决了背景技术中提到的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

海上风电牺牲阳极保护工艺，包括以下步骤：

S1、首先将钢管桩按照实际情况分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区；

S2、然后计算大气区与潮差区的面积总和，并在大气区与潮差区范围内的钢管桩外侧涂覆矿质防蚀膏，涂覆完成之后在矿质防蚀膏的外侧包覆矿质防蚀带，接着在矿质防蚀带的外侧设置密封缓冲层，最后在外侧通过螺栓与螺母安装防蚀保护罩；

S3、接着计算全浸区和泥下区的面积总和，然后根据海上风电浅水区工程风机基础所处位置、介质电阻率、海水温度、流速、波高、钢管桩材质和涂层的保护效果等实际情况，选择阴极保护电流密度i_c，同时涂层破损率计为1；

S4、计算钢管桩所需的保护电流I_c＝Si_c；

S5、选择合适的牺牲阳极材料；

S6、先计算牺牲阳极的初期接水电阻，然后再计算每块阳极初期发生电流量；

S7、计算满足风机钢管桩保护初期所需的阳极总数量；

S8、计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量；

S9、计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量；

S10、在每根钢管桩泥下安装1块TYPE D型阳极，水上安装3块TYPE E型阳极。

作为优选，所述步骤S2中大气区与潮差区的面积总和计算公式为：S＝πDΔH，

其中，S为大气区与潮差区的面积总和，D为钢管桩直径，ΔH为各区域的钢管桩的垂直高度。

作为优选，所述步骤S6中计算牺牲阳极的初期接水电阻的公式为：

其中，ρ为海水电阻率，海水ρ＝25Ω·cm，海泥ρ＝50Ω·cm，L为阳极初期长度，r_i为阳极初期当量半径，n-屏蔽系数，取值1.3，

C为阳极横截面周长，

所述步骤S6中每块阳极初期发生电流量的公式为：

其中I_ai为每块阳极初期发生电流量，ΔE为阳极驱动电压差，海水ΔE＝0.25V，海泥ΔE＝0.15V。

作为优选，所述步骤S7中保护初期所需的阳极总数量计算公式为：

其中I_ci为初期所需阳极总电流，N_i为初期保护期内所需阳极数量。

作为优选，所述步骤S8中计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S81、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极总净重；

S82、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极用量。

作为优选，所述步骤S81中计算保护期内所需阳极总净重的公式为：

其中，t_f为阳极有效使用寿命，t_f＝30，ε为阳极设计电容量，海水ε＝2000Ah/Kg，u为阳极利用率，u＝0.9，M为阳极总净重，I_cm为中期所需总的保护电流量。

作为优选，所述步骤S82中计算保护期内所需阳极用量的公式为：

其中，m_ai为单个阳极净重，N_m为中期保护期内所需阳极数量。

作为优选，所述步骤S9中计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S91、计算末期单块阳极的当量半径；

S92、计算阳极末期接水电阻；

S93、计算末期单块阳极的发生电流量；

S94、计算末期的阳极数量。

作为优选，所述S91中末期单块阳极的当量半径计算公式为：

其中，m_af为单块阳极的末期净重，m_ai为单块阳极的初期净重，δ为铝阳极的密度，△V_Fe为阳极铁芯的体积，

所述S92中接水电阻计算公式为：

其中n为屏蔽系数，取值1.3，

所述S93中末期单块阳极的发生电流量计算公式为：

所述S94中末期的阳极数量计算公式为：

其中，I_cf为末期所需总电流，N_f为末期保护期内所需阳极总数量。

本发明的有益效果是：本发明通过将钢管桩分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区，并在大气区与潮差区范围内进行包覆防腐操作，能够有效的阻止腐蚀性介质对钢结构的侵蚀，同时还能够隔绝海水，抵御机械损伤，并且通过在全浸区和泥下区根据实际情况计算牺牲阳极用量，并进行牺牲阳极保护，从而能够保证钢管桩的腐蚀得到有效的抑制，同时保护效果稳定可靠，不需要任何维修保养和专人管理。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1是本发明钢管桩包覆结构示意图；

图2是本发明阳极安装结构示意图。

图中：1、钢管桩；2、矿质防蚀膏；3、矿质防蚀带；4、密封缓冲层；5、防蚀保护罩；6、泥面；7、TYPE E型阳极；8、TYPE D型阳极。

具体实施方式：

如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：

实施例：

海上风电牺牲阳极保护工艺，包括以下步骤：

S1、首先将钢管桩按照实际情况分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区；

S2、然后计算大气区与潮差区的面积总和，并在大气区与潮差区范围内的钢管桩外侧涂覆矿质防蚀膏，矿质防蚀膏是一种人造的淡褐色油性膏状缓蚀剂化合物，直接涂抹于钢结构表面，在潮湿环境中具有很好的防腐蚀性能，能够长期高效稳定地使钢结构物在严酷的腐蚀环境免遭腐蚀，矿质防蚀膏中的复合防锈剂中含锈转化剂，可将金属表面的锈层转化为坚硬的螯合化合物，起到除锈、防锈双重作用，降低表面处理的要求，节约人工成本。复合防锈剂还含有不对称结构的表面活性物质，可以将金属表面的水膜置换掉，因此矿质防蚀膏可以在水下进行施工，复合防锈剂分子胶束可以吸附和捕集腐蚀性物质，并将其封存于胶束之中，使之不与金属接触，从而起到长效的防腐蚀作用，涂覆完成之后在矿质防蚀膏的外侧包覆矿质防蚀带，矿质防蚀带是一种淡黄色浸透并且涂满了抗腐蚀化合物的人造纤维制成的无纺布，矿质防蚀带中矿物脂类防蚀材料和矿质防蚀膏是同一系列的防腐蚀材料，相互之间粘结为一体，可以完全地隔绝基材与空气、水的接触，从而保护基材，接着在矿质防蚀带的外侧设置密封缓冲层，最后在外侧通过螺栓与螺母安装防蚀保护罩，防蚀保护罩包括玻璃钢和聚乙烯缓冲衬里，防蚀防护罩主要作用就是避免内部的矿脂防蚀膏和矿脂防蚀带受海浪、海风的外力的破坏，影响防腐性能，防蚀保护罩覆盖在矿脂防蚀带外，纵向分为两部分主体，为半圆形对称结构，扣合形成桶形，其扣合部各自向外侧延伸形成的法兰通过螺栓相互固定，底端部用卡箍固定，防蚀保护罩内侧加衬了聚乙烯缓冲衬里，所以即使钢材表面因腐蚀等原因而凹凸不平，其保护效果也不受影响，缓冲衬里具有较好的减震作用、隔热性、防水性及减缓外力对防蚀保护罩的冲击；

S3、接着计算全浸区和泥下区的面积总和，然后根据海上风电浅水区工程风机基础所处位置、介质电阻率、海水温度、流速、波高、钢管桩材质和涂层的保护效果等实际情况，选择阴极保护电流密度i_c，同时涂层破损率计为1；

S4、计算钢管桩所需的保护电流I_c＝Si_c；

S5、选择合适的牺牲阳极材料；

S6、先计算牺牲阳极的初期接水电阻，然后再计算每块阳极初期发生电流量；

S7、计算满足风机钢管桩保护初期所需的阳极总数量；

S8、计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量；

S9、计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量；

S10、在每根钢管桩泥下安装1块TYPE D型阳极，水上安装3块TYPE E型阳极。

进一步的，所述步骤S2中大气区与潮差区的面积总和计算公式为：S＝πDΔH，

其中，S为大气区与潮差区的面积总和，D为钢管桩直径，ΔH为各区域的钢管桩的垂直高度。

进一步的，所述步骤S6中计算牺牲阳极的初期接水电阻的公式为：

其中，ρ为海水电阻率，海水ρ＝25Ω·cm，海泥ρ＝50Ω·cm，L为阳极初期长度，r_i为阳极初期当量半径，n-屏蔽系数，取值1.3，

C为阳极横截面周长，

所述步骤S6中每块阳极初期发生电流量的公式为：

其中I_ai为每块阳极初期发生电流量，ΔE为阳极驱动电压差，海水ΔE＝0.25V，海泥ΔE＝0.15V。

进一步的，所述步骤S7中保护初期所需的阳极总数量计算公式为：

其中I_ci为初期所需阳极总电流，N_i为初期保护期内所需阳极数量。

进一步的，所述步骤S8中计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S81、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极总净重；

S82、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极用量。

进一步的，所述步骤S81中计算保护期内所需阳极总净重的公式为：

其中，t_f为阳极有效使用寿命，t_f＝30，ε为阳极设计电容量，海水ε＝2000Ah/Kg，u为阳极利用率，u＝0.9，M为阳极总净重，I_cm为中期所需总的保护电流量。

进一步的，所述步骤S82中计算保护期内所需阳极用量的公式为：

其中，m_ai为单个阳极净重，N_m为中期保护期内所需阳极数量。

进一步的，所述步骤S9中计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S91、计算末期单块阳极的当量半径；

S92、计算阳极末期接水电阻；

S93、计算末期单块阳极的发生电流量；

S94、计算末期的阳极数量。

进一步的，所述S91中末期单块阳极的当量半径计算公式为：

其中，m_af为单块阳极的末期净重，m_ai为单块阳极的初期净重，δ为铝阳极的密度，△V_Fe为阳极铁芯的体积，

所述S92中接水电阻计算公式为：

其中n为屏蔽系数，取值1.3，

所述S93中末期单块阳极的发生电流量计算公式为：

所述S94中末期的阳极数量计算公式为：

其中，I_cf为末期所需总电流，N_f为末期保护期内所需阳极总数量。

具体的：在进行实际的操作时，首先将钢管桩按照实际情况分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区，然后计算大气区与潮差区的面积总和，公式为S＝πDΔH，并在大气区与潮差区范围内的钢管桩外侧涂覆矿质防蚀膏，涂覆完成之后在矿质防蚀膏的外侧包覆矿质防蚀带，接着在矿质防蚀带的外侧设置密封缓冲层，最后在外侧通过螺栓与螺母安装防蚀保护罩；接着计算全浸区和泥下区的面积总和，然后根据海上风电浅水区工程风机基础所处位置、介质电阻率、海水温度、流速、波高、钢管桩材质和涂层的保护效果等实际情况，选择阴极保护电流密度i_c，同时涂层破损率计为1；计算钢管桩所需的保护电流I_c＝Si_c；选择合适的牺牲阳极材料；先计算牺牲阳极的初期接水电阻，然后再计算每块阳极初期发生电流量，计算牺牲阳极的初期接水电阻的公式为：

其中，ρ为海水电阻率，海水ρ＝25Ω·cm，海泥ρ＝50Ω·cm，L为阳极初期长度，r_i为阳极初期当量半径，n-屏蔽系数，取值1.3，

C为阳极横截面周长，每块阳极初期发生电流量的公式为：

其中I_ai为每块阳极初期发生电流量，ΔE为阳极驱动电压差，海水ΔE＝0.25V，海泥ΔE＝0.15V；计算满足风机钢管桩保护初期所需的阳极总数量，保护初期所需的阳极总数量计算公式为：

其中I_ci为初期所需阳极总电流，N_i为初期保护期内所需阳极数量，计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量，根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极总净重，根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极用量，计算保护期内所需阳极总净重的公式为：

其中，t_f为阳极有效使用寿命，t_f＝30，ε为阳极设计电容量，海水ε＝2000Ah/Kg，u为阳极利用率，u＝0.9，M为阳极总净重，I_cm为中期所需总的保护电流量，计算保护期内所需阳极用量的公式为：

其中，m_ai为单个阳极净重，N_m为中期保护期内所需阳极数量，计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量，计算末期单块阳极的当量半径，末期单块阳极的当量半径计算公式为：

其中，m_af为单块阳极的末期净重，m_ai为单块阳极的初期净重，δ为铝阳极的密度，△V_Fe为阳极铁芯的体积，计算阳极末期接水电阻，接水电阻计算公式为：

其中n为屏蔽系数，取值1.3，计算末期单块阳极的发生电流量，末期单块阳极的发生电流量计算公式为：

计算末期的阳极数量，末期的阳极数量计算公式为：

其中，I_cf为末期所需总电流，N_f为末期保护期内所需阳极总数量；在每根钢管桩泥下安装1块TYPE D型阳极，水上安装3块TYPE E型阳极，如图1和图2所示。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先将钢管桩按照实际情况分为大气区、潮差区、全浸区和泥下区；

S2、然后计算大气区与潮差区的面积总和，并在大气区与潮差区范围内的钢管桩外侧涂覆矿质防蚀膏，涂覆完成之后在矿质防蚀膏的外侧包覆矿质防蚀带，接着在矿质防蚀带的外侧设置密封缓冲层，最后在外侧通过螺栓与螺母安装防蚀保护罩；

S3、接着计算全浸区和泥下区的面积总和，然后根据海上风电浅水区工程风机基础所处位置、介质电阻率、海水温度、流速、波高、钢管桩材质和涂层的保护效果等实际情况，选择阴极保护电流密度i_c，同时涂层破损率计为1；

S4、计算钢管桩所需的保护电流I_c＝Si_c；

S5、选择合适的牺牲阳极材料；

S6、先计算牺牲阳极的初期接水电阻，然后再计算每块阳极初期发生电流量；

S7、计算满足风机钢管桩保护初期所需的阳极总数量；

S8、计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量；

S9、计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量；

S10、在每根钢管桩泥下安装1块TYPE D型阳极，水上安装3块TYPE E型阳极。

2.根据权利要求1所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S2中大气区与潮差区的面积总和计算公式为：S＝πDΔH，

其中，S为大气区与潮差区的面积总和，D为钢管桩直径，ΔH为各区域的钢管桩的垂直高度。

3.根据权利要求1所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S6中计算牺牲阳极的初期接水电阻的公式为：

其中，ρ为海水电阻率，海水ρ＝25Ω·cm，海泥ρ＝50Ω·cm，L为阳极初期长度，r_i为阳极初期当量半径，n-屏蔽系数，取值1.3，

C为阳极横截面周长，

所述步骤S6中每块阳极初期发生电流量的公式为：

其中I_ai为每块阳极初期发生电流量，ΔE为阳极驱动电压差，海水ΔE＝0.25V，海泥ΔE＝0.15V。

4.根据权利要求1所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S7中保护初期所需的阳极总数量计算公式为：

其中I_ci为初期所需阳极总电流，N_i为初期保护期内所需阳极数量。

5.根据权利要求1所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S8中计算满足风机钢管桩保护中期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S81、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极总净重；

S82、根据风机钢管桩中期所需总保护电流，计算保护期内所需阳极用量。

6.根据权利要求5所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S81中计算保护期内所需阳极总净重的公式为：

其中，t_f为阳极有效使用寿命，t_f＝30，ε为阳极设计电容量，海水ε＝2000Ah/Kg，u为阳极利用率，u＝0.9，M为阳极总净重，I_cm为中期所需总的保护电流量。

7.根据权利要求5所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S82中计算保护期内所需阳极用量的公式为：

其中，m_ai为单个阳极净重，N_m为中期保护期内所需阳极数量。

8.根据权利要求1所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述步骤S9中计算满足风机钢管桩保护末期所需的阳极总数量具体包括以下步骤：

S91、计算末期单块阳极的当量半径；

S92、计算阳极末期接水电阻；

S93、计算末期单块阳极的发生电流量；

S94、计算末期的阳极数量。

9.根据权利要求8所述的海上风电牺牲阳极保护工艺，其特征在于，所述S91中末期单块阳极的当量半径计算公式为：

其中，m_af为单块阳极的末期净重，m_ai为单块阳极的初期净重，δ为铝阳极的密度，△V_Fe为阳极铁芯的体积，

所述S92中接水电阻计算公式为：

其中n为屏蔽系数，取值1.3，

所述S93中末期单块阳极的发生电流量计算公式为：

所述S94中末期的阳极数量计算公式为：

其中，I_cf为末期所需总电流，N_f为末期保护期内所需阳极总数量。

Images