CN117552010B - 一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法 - Google Patents

一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法，通过对大型混凝土设备上进行防腐装置的布置进行电化学防腐，通过将导电段分成固定导电端和活动导电端，软轴导线上的软轴接头通过活动导电端与固定导电端接触，在不改变现有的生产运输设备的基础之上增加牺牲阳极的阴极保护方法，解决现有对电化学保护法在大型混凝土设备上难以进行布置的难题，使大型混凝土设备得到防腐保护，从而可以使用海水海砂进行生产运输。通过有限元模型来对可能的腐蚀环境进行仿真模拟，进行腐蚀位置分析，得到腐蚀位置及面积，在腐蚀位置布置防腐装置，有针对性的对大型混凝土设备进行防腐处理。

Description

一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及 方法
技术领域
本发明属于建筑工程设备防腐技术领域，尤其是涉及一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法。
背景技术
由于海水海砂及沿海地区环境中充斥着大量氯离子，极易与钢材发生化学反应，钢材发生锈蚀，而建造海水海砂混凝土建筑必不可少的需要使用一些设备，如自卸车备料、搅拌站搅拌、混凝土搅拌运输车运输、输泵车浇筑等，这些设备均以钢材为原料制成，若长期在近海领域或浇筑海水海砂混凝土等，设备被腐蚀，在建造过程中机械设备费将大大提高，从而影响海水海砂混凝土的商业化与产业化。因此，为保证备料、搅拌、运输及浇筑等设备不被轻易腐蚀，必须对设备进行优化和增加防腐措施，实现海水海砂混凝土生产运输设备的全方位腐蚀防护。
钢材防腐现有技术主要有两种，一种为涂层保护法，在钢材表面涂保护层，主要起到屏蔽、缓蚀作用；另一种为电化学保护法，是利用原电池原理或电解池原理将钢材作为阴极保护起来。而对于现有的备料、搅拌、运输及浇筑设备普遍为表面喷涂一层油漆，主要以美观为主，对氯离子腐蚀并没有起到阻隔作用；同时在使用过程中备料、搅拌、运输及浇筑设备需要与混凝土接触，设备表面喷涂涂层易于脱落，脱落以后易发生腐蚀，由此可知，单独使用涂层保护法防止海水海砂混凝土生产运输等设备发生腐蚀并不可靠。而现有对电化学保护法在海水海砂混凝土生产运输等设备如何运用并没有具体方法，因此需要开发海水海砂混凝土生产运输设备专用防腐成套技术，进一步推动海水海砂混凝土商品化生产应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是怎样将电化学保护法运用在使用海水海砂混凝土生产运输等设备上，使得使用海水海砂的混凝土生产运输设备能够防腐，推动海水海砂混凝土商品化生产应用，提出了一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置，包括导电段、阳极、电极箱以及软轴导线；
所述导电段，固定连接在设备表面，在工作状态下能够传递电子于混凝土设备端的被保护面；
所述电极箱为放置有化学填料包、土壤及阳极的箱体，所述阳极的牺牲段置于化学填料包中，所述电极箱放置于设备或地面上；所述阳极为通过电极箱中的化学填料包产生电子的金属活泼型材料；
进一步地，所述导电段分为固定导电端和活动导电端，所述固定导电端固接于所述混凝土设备表面，活动导电端通过榫卯结构与固定导电端嵌固的同时可在固定导电端表面相对活动，所述软轴导线通过活动导电端连接到固定导电端进行电子传递。
进一步地，所述活动导电端上开设有导电孔，所述软轴导线两端设置为软轴接头，所述软轴导线一端上的软轴接头与活动导电端上的导电孔连接，进而将电子传递到固定导电端。
进一步地，所述导电孔内设置有用于对所述软轴接头进行咬合固定的咬合件。
进一步地，所述固定导电端的形状根据混凝土设备被保护部分表面弯曲程度相贴合。
进一步地，当所述混凝土设备被保护部分为旋转部分时，所述活动导电端通过榫卯结构穿在所述固定导电端上，所述活动导电端上还设置有支撑架，用于对所述活动导电端进行支撑，在所述固定导电端与混凝土设备的旋转部分旋转时，所述活动导电端不动，形成与所述固定导电端的相对运动，所述支撑架一端固定在所述活动导电端，一端固定在地面或所述混凝土设备上；
当所述混凝土设备被保护部分为非旋转部分，所述活动导电端与所述固定导电端上开设有相对应的装配孔，螺栓穿过所述装配孔将所述活动导电端固定在所述固定导电端上。
本发明还提供了一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的方法，使用前面所述的一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置，包括以下步骤：
步骤1：确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积；
步骤2：根据腐蚀环境分区面积计算电流需求量；
步骤3：确定防腐装置的布置方式；
步骤4：根据所确定的防腐蚀装置布置方式确定阳极规格和阳极接水电阻；
步骤5：按照所确定的电流需求量、阳极规格和阳极接水电阻计算阳极需求量；
步骤6：根据所确定的防腐装置的布置方式对混凝土设备进行布置，通电后对混凝土设备进行防腐处理。
进一步地，步骤1中确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积的方法是：
区分所述混凝土设备各部分所处的腐蚀环境，所述腐蚀环境分为近海大气环境与干湿交替环境，分别统计所述混凝土设备上被保护部分处于两种腐蚀环境下被保护部分的面积A i，i=1表示处于近海大气环境、i=2表示处于干湿交替环境下。
进一步地，步骤2计算电流需求量的方法是：
电流需求量：
其中，表示阳极寿命处于第j阶段的电流需求量，/>表示第i种腐蚀环境下阳极寿命处于第j阶段的电流设计密度，单位为A/m2，/>；/>表示初期，/>为中期，/>为末期。
进一步地，步骤3中确定防腐蚀装置的布置方式的方法是：
步骤3.1：构建所述混凝土设备的有限元模型；
步骤3.2：通过有限元模型对所述混凝土设备进行整车模型分析，得到所述混凝土设备易腐蚀的位置及腐蚀面积；
步骤3.3：在整车模型分析确定出的腐蚀位置后，进行防腐装置的布置，再次进行有限元模型模拟分析，在未满足防腐要求时重复此步骤。
进一步地，步骤4中确定阳极规格的方法是：
阳极规格根据易腐蚀位置处腐蚀扩散的面积确定，对于易腐蚀位置应集中电流进行保护。
进一步地，步骤4中阳极接水电阻的计算方法是：
阳极寿命初期接水电阻：
其中，表示阳极寿命初期长度，单位为cm，/>表示阳极寿命初期平均有效半径，单位为cm，R为化学填料包电阻率，单位为Ω/cm，D c为软轴接头外径，单位为cm，/>表示由Dwight修正式计算得到的近海阴极保护的阳极寿命初期接水电阻，单位为Ω；
阳极寿命末期平均有效半径为r f，单位为cm：
其中，μ表示阳极利用率；
则阳极寿命末期接水电阻，单位为Ω，
。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置及方法，在不改变现有的生产运输设备的基础之上增加牺牲阳极的阴极保护方法，对生产运输设备最容易发生腐蚀区域进行保护，解决现有对电化学保护法在大型混凝土设备上难以进行布置的难题，使大型混凝土设备得到防腐保护，从而可以使用海水海砂进行生产运输。通过有限元模型来对可能的腐蚀环境进行仿真模拟，得到容易腐蚀的位置和腐蚀面积，然后使用防腐装置对腐蚀位置进行电化学防腐处理，从而可以对大型混凝土设备进行保护。
本发明的阴极保护是在金属表面上铺设一段导电段，通过牺牲阳极的方法为被保护部分表面提供电子，以遏制其氧化反应。当生产运输设备没有工作时，表面并不会发生氧化反应，此时防腐蚀设备不进行工作；当生产运输设备工作时，电极箱中的阳极为设备表面提供电子，形成电路回路；相比于外加电流保护法可以有效利用资源，并不造成浪费。
附图说明
图1为混凝土设备上防腐装置处于旋转时的示意图；
图2为混凝土设备上防腐装置处于非旋转时的示意图；
图3为活动导电端在两种状态时与固定导电端接触的结构示意图；
图4为阳极结构示意图；
图5为电极箱结构示意图；
图6为软轴导线结构示意图；
图7为搅拌运输车上防腐装置的安装示意图；
图8为自卸车上防腐装置的安装示意图；
图9为输泵车上防腐装置的安装示意图；
图10为防腐装置在搅拌运输车安装的示意图；
图11为本发明防腐方法流程图。
附图标记：
1.导电段、2.阳极、3.电极箱、4.软轴导线、5.被保护部分表面、6.动力供给装置外壳、11.固定导电端、12.活动导电端、13.导电孔、14.支撑架、15.装配孔、21.牺牲段、22.导电孔、31.导线孔、41.软轴接头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1至图6示出了本发明一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置的具体实施例，包括导电段1、阳极2、电极箱3以及软轴导线4；
所述导电段1，固定连接在设备表面，在工作状态下能够传递电子于混凝土设备端的被保护面；
如图5所示，所述电极箱3为放置有化学填料包、土壤及阳极的箱体，所述阳极的牺牲段置于化学填料包中，所述电极箱放置于设备或地面上；所述电极箱3上开设有导线孔31，所述阳极为通过电极箱中的化学填料包产生电子的金属活泼型材料，如图4所示，所述阳极2上开设有阳极导电孔22，阳极的牺牲段21浸没在化学填料包中，软轴导线4穿过电极箱3上的导线孔31通过阳极导电孔22将阳极上的电子通过软轴导线4引入导电段1上。化学填料包由石膏粉、膨润土及硫酸钠组成，主要是吸收、保持水分，降低阳极接地电阻，提高阳极效率，减轻阳极腐蚀不均匀，并且化学填料包具有大量硫酸根离子，可以避免阳极表面形成高阻膜影响阳极效率。
本实施例中，所述导电段1分为固定导电端11和活动导电端12，所述固定导电端11固接于所述混凝土设备表面，活动导电端12通过榫卯结构与固定导电端嵌固的同时可在固定导电端11表面相对运动，所述软轴导线4通过活动导电端12连接到固定导电端11进行电子传递。固定导电端11和活动导电端12两者接触紧密但又可相对运动，其材质与固定导电端11可相同。
所述活动导电端12上开设有导电孔13，如图6所示，所述软轴导线两端4分别设置为软轴接头41，所述软轴导线4一端的软轴接头41与活动导电端12上的导电孔连接，进而将电子传递到固定导电端。所述导电孔13位于活动导电端12外侧面，导电孔13内设置有用于对所述软轴接头进行咬合固定的咬合件，如螺纹等，软轴接头41上也设置有与导电孔13相配合的螺纹，与软轴接头41相互咬合固定从而使得软轴接头41不脱落并便于拆卸。
本实施例中，所述固定导电端的形状根据混凝土设备被保护部分表面弯曲程度相贴合。由于混凝土设备一般都属于大型运输设备，比如搅拌运输车，由于搅拌车上的搅拌罐可以自转，因此如果混凝土设备上的被保护部分是自转的，那么当所述混凝土设备被保护部分为旋转部分，如图1所示，所述固定导电端11根据混凝土设备旋转部分的形状，为使固定导电端11贴合旋转部分曲面形状，固定导电端11设置成环状环绕在混凝土设备的旋转部分表面，所述活动导电端12通过榫卯结构穿在所述固定导电端11上，在所述固定导电端11与混凝土设备的旋转部分旋转时，所述活动导电端12不动，从而产生在所述固定导电端11表面的相对运动，所述活动导电端12上还设置有支撑架14，用于对所述活动导电端12进行支撑方便活动导电端12在固定导电段11表面上的移动，所述支撑架14一端固定在所述活动导电端12，一端固定在地面或所述混凝土设备上，支撑架14的材质使用导电性差硬度好的材质。如图7和图10的搅拌罐所示，搅拌罐为旋转部分，固定导电端11焊接在搅拌罐表面，活动导电端12通过榫卯结构活动连接在固定导电端11上，这样在搅拌罐旋转时，由于固定导电端11是焊接在搅拌罐表面的，所以固定导电端11随着搅拌罐的转动而转动，活动导电端12活动连接在固定导电端11上的，软轴导线4上的软轴接头41将阳极2中的电子通过软轴导线穿过活动导电端12上的导线孔13传递给固定导电段11，在旋转部分旋转时，也能实现电子传递，从而实现了在混凝土设备工作时，阳极箱3中的阳极2为设备表面提供电子，形成电路回路；当生产运输设备没有工作时，表面并不会发生氧化反应，此时防腐蚀设备不进行工作；当生产运输设备工作时，电极箱中的阳极为设备表面提供电子，形成电路回路，相比于外加电流保护法可以有效利用资源，并不造成浪费。
当所述混凝土设备被保护部分为非旋转部分，如图2所示，所述固定导电端11与设备表面相贴合，所述活动导电端12与所述固定导电端上开设有相对应的装配孔，螺栓穿过所述装配孔将所述活动导电端固定在所述固定导电端上。如图3右图所示，活动导电端12上设置有紧固件的装配孔，在固定导电端11上还设置有与紧固孔相对应的装配孔15，将活动导电端12固定到固定导电端11上。通常紧固件选用螺栓、铆钉等，将螺栓插入紧固孔和装配孔，使活动导电端12固定到固定导电端11上。从图8自卸车的防腐装置以及图9输泵车上防腐装置安装上可以看出，活动导电端12是固定安装在固定导电端11上的，在图9输泵车的泵管上，由于泵管为圆柱状，所以固定导电端11贴合泵管表面，活动导电端12通过装配孔固定连接在固定导电端11上。
本实施例中，所述活动导电端12与固定导电段11活动连接的方式是通过榫卯结构件相配合，尤其在混凝土设备被保护部分工作时为自转状态时，固定导电端11贴合自转的保护部分时，固定导电端11采用环状形式贴合被保护部分表面，此时采用榫卯结构形式使活动导电端12沿固定导电段11表面上分别以榫和卯的结构形式滑动，两者接触紧密但又可相对运动，活动导电端12的材质与固定导电端11可相同，且活动导电端12上设置有导电孔13，以便通过软轴导线4的软轴接头41将阳极上的电子传递到活动导电端12进而传递到固定导电段11上。
本实施例通过这种防腐装置，将导电段1分为固定导电段11和活动导电端12的形式，将固定导电段11焊接在混凝土设备表面，活动导电端12将软轴导线4传递过来的电子通过软轴接头41从导电孔13引入，借着活动导电端12与固定导电端11的榫卯结合将电子引入到固定导电端11，解决了这种大型运输设备使用电化学方法进行防腐时，导电段1无法固定或移动的问题。
实施例二
本发明还提供了一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的方法，使用实施例一中的防腐装置，如图11所示，包括以下步骤：
步骤1：确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积。
本实施例中，确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积的方法是：
区分所述混凝土设备各部分所处的腐蚀环境，所述腐蚀环境分为近海大气环境与干湿交替环境，分别统计所述混凝土设备上被保护部分处于两种腐蚀环境下被保护部分的面积A i，i=1表示处于近海大气环境、i=2表示处于干湿交替环境下。
如图7所示，对于4m3混凝土搅拌运输车位于海岸处，但由于设备工作与非工作状态处于干湿交替状态，因此设备被保护部分属于干湿交替环境，类似于飞溅区，搅拌罐处于干湿交替环境的面积为185998cm2，而搅拌罐内部由活动圈为螺旋线，不好计算，以搅拌罐表面积乘以放大系数1.4作为保护面积，保护面积为260397cm2。
步骤2：根据腐蚀环境分区面积计算电流需求量。
本实施例中，计算电流需求量的方法是：
电流需求量：
其中，表示阳极寿命处于第/>阶段的电流需求量，单位为A，/>表示第i种腐蚀环境下阳极寿命处于第/>阶段的电流设计密度，单位为A/m2，/>；/>表示初期，/>为中期，/>为末期。
本实施例中，计算电流需求量I j是通过各种腐蚀环境下设计保护电流密度J ji，单位为A/cm2，和各种腐蚀环境下腐蚀面积累积求和得到;挪威船级社的规范《DNV-RP-B401-2017》提供了钢结构在海水中初期、末期保护电流密度和平均保护电流密度的参考取值，干湿交替环境类似于飞溅区，因此，干湿交替环境下设计初期保护电流密度取A/cm2、设计中期保护电流密度取/>A/cm2、设计末期保护电流密度取/>A/cm2；通过搅拌罐面积和各时期设计保护电流密度可以得到电流需求量I j,单位为A;
初期电流需求量为：；
中期电流需求量为：；
末期电流需求量为：。
步骤3：确定防腐蚀装置的布置方式。
本实施例中，确定防腐蚀装置的布置方式的方法是：
步骤3.1：构建所述混凝土设备的有限元模型；
步骤3.2：通过有限元模型对所述混凝土设备进行整车模型分析，得到所述混凝土设备易腐蚀的位置及腐蚀面积；
本实施例中，进行整车分析的方法是：
步骤3.2.1：搜集在海域附近备料、搅拌、运输及浇筑设备被腐蚀的资料，整理、归纳及归一化处理；
步骤3.2.2：进行金属腐蚀试验研究，深入研究宏观形貌、微观形貌、构件截面等，深入分析金属腐蚀原理；
步骤3.2.3：以试验试件为原型使用comsol等有限元软件建立数值分析模型，可以对金属表面的电位分布进行分析，了解腐蚀过程中电位的变化情况；分析金属表面电流密度分布，揭示金属表面腐蚀的程度和分布情况；对金属腐蚀过程中的电化学反应速率进行模拟，帮助评估腐蚀的严重程度；观察整个腐蚀进程，可以得到金属的腐蚀速率，预测金属在不同环境条件下的腐蚀寿命；模拟金属表面的腐蚀形貌可以对局部情况进行深入分析，得到局部腐蚀现象。从整体到局部、从宏观到微观可以深入研究金属腐蚀现象。
步骤3.2.4：通过试验及有限元分析深入研究金属设备材料在工作状态下的电化学行为，摸清起锈时间和锈蚀发展规律，探明金属设备在海水海砂混凝土中的腐蚀机理；
步骤3.2.5：以试验试件材料为基础，建立生产运输等设备的有限元模型，与试验试件的工况相同，分析整车模型。使用电化学界面功能，可以模拟和计算整车电极与电解质之间的电化学反应和电流传输，通过设置适当的电化学反应模型和边界条件，可以得到整车腐蚀过程中的电势分布、电流密度分布以及电化学反应速率；使用扩散功能，通过设置海水海砂混凝土中腐蚀介质（如氧气或酸碱溶液）的浓度分布，并结合电化学反应模型来计算整车表面腐蚀速率；使用电解质流体流动功能，可以模拟和计算溶液中的流动，考虑整车表面附近的液流速度，并结合其他功能（如扩散和电化学界面）来评估流动对整车腐蚀过程的影响；使用化学反应工程功能，可以模拟和计算液相和固相之间的物质传递和反应，考虑整车表面附近的化学反应和物质转化，以评估金属腐蚀的机理和速率。
步骤3.2.6：结合搜集的腐蚀资料和有限元分析的整车模型分析，确定搅拌机、挖掘机、运输车等设备的易腐蚀的位置；
步骤3.2.7：在整车有限元模型中增加阴极保护法，对整车实施保护，通过数值模拟的电化学界面功能、扩散功能、电解质流体流动功能及化学反应工程功能分析整车在阴极保护法的情况下整车的表面腐蚀速率、电势分布、电流密度分布以及电化学反应速率等，从而进一步优化整车模型，确定防腐蚀装置的布置方式。
通过步骤3.2.1到步骤3.2.7可以确定易腐蚀位置处及腐蚀面积。
步骤3.3：在整车模型分析确定出的腐蚀位置进行防腐装置的布置后，进行防腐装置的布置，再次进行有限元模型模拟分析，在未满足防腐要求时重复此步骤。针对易腐蚀位置进行布置，这是最有效的防腐装置布置方式及布置方法，也可以不进行易腐蚀位置的分析，进行均匀布置，但是保护的范围有限，且有可能造成电流浪费。
步骤4：根据所确定的防腐蚀装置布置方式确定阳极规格和阳极接水电阻。
本实施例中，步骤4中确定阳极规格的方法是：
所述的拟定阳极规格是根据易腐蚀位置处腐蚀扩散的面积确定，对于易腐蚀位置应集中电流进行保护。阳极规格可根据相关标准要求选择标准规格阳极，亦可根据工程实际需要进行单独设计，标准规格阳极会给出尺寸、质量、输出电流、驱动电压等相关参数。
步骤4中阳极接水电阻的计算方法是：
根据设计的阳极形状规格，得到阳极净重m，单位为kg、阳极初期长度L p，单位为cm、初始体积V p，单位为cm3、软轴接头外径D c，单位为cm,通过阳极侧表面积相等原则将阳极截面为圆形截面计算的方法得到阳极初期平均有效半径r p；由Dwight修正式可以计算得到近海阴极保护的阳极初期接水电阻，其计算如下：
阳极初期接水电阻：
其中，表示阳极初期长度，单位为cm，/>表示阳极初期平均有效半径，单位为cm，R为化学填料包电阻率，单位为Ω/cm，D c为软轴接头外径，单位为cm，/>表示由Dwight修正式计算得到的近海阴极保护的阳极初期接水电阻，单位为Ω；
在使用过程中，阳极会有一定的损耗，阳极尺寸发生改变，假设阳极长度不发生改变，阳极利用率为μ,可以求得阳极末期平均有效半径；由Dwight修正式可以计算得到近海阴极保护的阳极末期接水电阻/>，其计算如下：
阳极末期平均有效半径为，单位为cm：
则阳极末期接水电阻，
。
根据阳极设计驱动电压和阳极初末期接水电阻可以得到设计的阳极输出电流，计算方法是：阳极设计驱动电压除以阳极初末期接水电阻可以得到输出电流。通过输出电流及需要保护生产运输等设备的防腐蚀面积，进而确定每个防腐蚀装置所配置阳极规格是否满足要求，若不满足，重新拟定阳极尺寸进行设计，确定是否满足要求的方法是：通过设置阳极的个数和阳极输出电流的乘积是否满足易腐蚀位置处腐蚀面积所需的电流量对比进行确定，一块阳极对应一个导电段，因此，通过计算阳极个数，确定出是否能覆盖要进行保护的面积。
当然，由于阳极是消耗品，如果能及时计算阳极的使用寿命以及布置的阳极个数及规格，对阳极保护设备的时间提供一个参考，接近临期可观察阳极腐蚀情况，及时更换阳极，计算使用寿命的数学式如下：
通过上式求出阳极使用寿命T f，单位为年，i表示第i个阳极，n表示阳极总数，表示第i个阳极的质量，C为阳极电化学容量，单位为A·h/kg，/>为平均保护电流密度，其值大约为0.6~0.8的初期输出电流。
步骤5：按照所确定的电流需求量、防腐蚀装置的布置方式对混凝土设备进行布置，通电后对混凝土设备进行防腐处理。
根据防腐装置的要求将需要的材料准备好，同时清理搅拌罐以及被保护部分表面的灰尘和混凝土等，对于出场设备需要清理油污，以免影响后续焊接。然后根据混凝土设备的大小确定防腐装置的布置方式。
本实施例中，根据构建的有限元模型对腐蚀位置的分析，得到腐蚀位置和腐蚀面积，在设计图纸中标出安装位置对各种混凝土设备不同部位进行有针对性的保护。而之所以通过有限元模型对腐蚀位置进行有针对性的分析，是由于生产设备运转会导致混凝土在设备中的流动，与现有埋置油管等设置不同，混凝土流动时含氧量、离子浓度、浸泡量等均不同，会造成不均匀腐蚀，因此每个位置的腐蚀程度不一样，而电流保护范围是有限的，采用以往的设备方法对其进行均匀布置时，腐蚀严重区域可能无法保护，同时造成电流浪费。因此，通过有限元模型进行腐蚀位置分析，得到腐蚀位置，在腐蚀位置布置导电段，有针对性的进行防腐处理。
本实施例中针对4m3混凝土搅拌运输车被保护的部分为搅拌罐及内部活动圈，搅拌罐及内部活动圈随着4m3混凝土搅拌运输车的运动而移动，搅拌罐发生自转，因此选择活动式防腐蚀设备，也就是活动导电端12上面带有支撑架，方便活动导电端12在固定导电段11表面上的相对运动。
将固定导电段11固定在搅拌罐表面5。固定导电端在生产运输设备的固定方式不局限于一种，在有条件的情况下可使用螺栓、焊接等方式进行固定。
在4m3混凝土搅拌运输车表面5安放电极箱3；电极箱3内部放置有阳极2、化学填料包、土壤，阳极植入化学填料包中，土壤位于化学填料包外；软轴导线4穿过电极箱3的导线孔31连接浸入化学填料包中的阳极2，通过软轴导线4的软轴接头41连接到阳极导电孔22上。
实施例三
本实施例与实施例二基本相同，均为防腐蚀设备在4m3混凝土搅拌运输车的优化方法及具体安装实施，本实施例与实施例二的不同之处在于本实施例对防腐蚀设备进行均匀布置，当均匀布置时，可能对于腐蚀严重区域无法保护，同时造成电流浪费的问题，对被保护设备不提供具体针对保护，但本发明仍给出均匀布置的计算方法，为本领域的其他技术人员提供电流需求量粗略计算方法。
1.确定腐蚀环境分区各面积是通过生产运输等设备的工作状态来确定设备处于哪种腐蚀环境分区情况；4m3混凝土搅拌运输车设备位于海岸处，但由于设备工作与非工作状态处于干湿交替状态，因此设备被保护部分属于干湿交替环境，类似于飞溅区，搅拌罐处于干湿交替环境的面积为185998cm2，而搅拌罐内部由活动圈为螺旋线，不好计算，以搅拌罐表面积乘以放大系数1.4作为保护面积，保护面积为260397cm2；
2.计算电流需求量I j，单位为A，是通过各分区设计保护电流密度J ji，单位为A/cm2，；/>表示初期，/>为中期，/>为末期；i表示各分区，和各分区腐蚀面积累积求和得到;挪威船级社的规范《DNV-RP-B401-2017》提供了钢结构在海水中初期、末期保护电流密度和平均保护电流密度的参考取值，干湿交替环境类似于飞溅区，因此，干湿交替环境下设计初期保护电流密度取/>A/cm2、设计中期保护电流密度取/>A/cm2、设计末期保护电流密度取/>A/cm2；通过搅拌罐面积和各时期设计保护电流密度可以得到电流需求量I j,单位为A;
初期电流需求量为：；
中期电流需求量为：；
末期电流需求量为：。
3.不考虑易腐蚀位置处及腐蚀面积，防腐蚀装置在空间上均匀布置。在实施例二中通过仿真模拟可以确定出腐蚀位置以及腐蚀面积，本实施例不考虑易腐蚀位置和腐蚀面积，所以防腐蚀装置在空间上均匀布置。
4.使用Z1TL-1型锌合金阳极，阳极利用率为0.9、阳极在土壤中的电化学容量530A·h/kg、净重为54.5kg、输出电流为I pa=I fa=1.139A。
5.阳极接水电阻是为了便于计算输出电流，而使用规定规格的阳极类型，厂商会提供输出电流。
6.根据电流需求量和阳极输出电流，可以求得阳极数量：
N p=4.43/1.139=3.89
在实际工程中，需要扩大阳极块的使用量，以保证保护设备全覆盖，因此，阳极块的个数取4块，一块阳极对应一个导电段。
7.计算实际工程中阳极的使用寿命T f/h，到期可进行更换，计算式如下：
8.确定布置方式、阳极尺寸后，将防腐蚀装置在生产运输等设备进行安装，包括以下步骤：
步骤S10、清理设备表面；
根据工作量的大小和作业环境的因素配备适当数量的作业人员和相应的管理人员，准备需要加工中所需要的材料与施工设备等资源，同时清理搅拌罐及活动圈表面5的灰尘、混凝土等，对于出厂设备需要清理油污，以免影响后续焊接；
步骤S20、由生产运输等设备尺寸大小确定防腐蚀装置的布置方式；
根据前面计算得到的阳极块数确认防腐装置个数，根据设备保护区域尺寸，进行均匀布置防腐装置，在设计图纸中标出安装位置对生产运输等设备不同部位有针对性的保护。
S30、4m3混凝土搅拌运输车被保护的部分为搅拌罐及内部活动圈，搅拌罐及内部活动圈随着4m3混凝土搅拌运输车的运动而移动，搅拌罐发生自转，因此选择活动式防腐蚀设备；
S40、根据4m3混凝土搅拌运输车详细图纸、防腐蚀装置的类型及布置方式设计出防腐蚀装置详图；
S50、固定导电端11固定在搅拌罐表面5：
固定导电端在生产运输设备的固定方式不局限于一种，在有条件的情况下可使用螺栓、焊接等方式进行固定；
S60、活动导电端12配合固定导电端11；
S70、通过装配孔15将活动导电端固定12；
S70-1、将活动导电端12与固定导电端11的装配孔洞对齐；
S70-2、将螺栓置于装配孔洞中对活动导电端12与固定导电端11进行固定连接；
S80、在4m3混凝土搅拌运输车表面5安放电极箱3；
S90、阳极2、化学填料包、土壤置于电极箱3内部；
S100、软轴导线4的一端软轴接头穿过电极箱的导线孔31连接化学填料包中阳极2的阳极导电孔22、另一端的软轴接头41接入活动导电端12的导电孔13中。
使用本申请的防腐装置和防腐方法分别在海水海砂混凝土备料、运输及浇筑设备上，如图7、图8和图9、图10和图11所示的搅拌运输车、自卸车、输泵车上都进行了防腐处理，事实证明，使用本发明的方法，或者是对生产运输设备通过有限元模型进行仿真得到防腐位置和防腐面积，进行针对性的防腐处理，或者是直接对生产运输设备进行均匀的防腐处理，生产运输设备得到了有效的防腐。使得可以生产运输海水海砂混凝土备料、运输，解决了大型运输设备上难以进行布置防腐装置的难题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置，其特征在于，包括导电段、阳极、电极箱以及软轴导线；
所述导电段，固定连接在设备表面，在工作状态下能够传递电子于混凝土设备端的被保护面；
所述电极箱为放置有化学填料包、土壤及阳极的箱体，所述阳极的牺牲段置于化学填料包中，所述电极箱放置于设备或地面上；所述阳极为通过电极箱中的化学填料包产生电子的金属活泼型材料；所述化学填料包由石膏粉、膨润土及硫酸钠组成；
所述导电段通过所述软轴导线与电极箱中的阳极连接；
所述导电段分为固定导电端和活动导电端，所述固定导电端固接于所述混凝土设备表面，活动导电端通过榫卯结构与固定导电端嵌固的同时可在固定导电端表面相对活动，所述软轴导线通过活动导电端连接到固定导电端进行电子传递；所述固定导电端的形状根据混凝土设备被保护部分表面弯曲程度相贴合。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活动导电端上开设有导电孔，所述软轴导线两端设置为软轴接头，所述软轴导线一端上的软轴接头与活动导电端上的导电孔连接，进而将电子传递到固定导电端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导电孔内设置有用于对所述软轴接头进行咬合固定的咬合件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当所述混凝土设备被保护部分为旋转部分时，所述活动导电端通过榫卯结构穿在所述固定导电端上，所述活动导电端上还设置有支撑架，用于对所述活动导电端进行支撑，在所述固定导电端与混凝土设备的旋转部分旋转时，所述活动导电端不动，形成与所述固定导电端的相对运动，所述支撑架一端固定在所述活动导电端，一端固定在地面或所述混凝土设备上；
当所述混凝土设备被保护部分为非旋转部分，所述活动导电端与所述固定导电端上开设有相对应的装配孔，螺栓穿过所述装配孔将所述活动导电端固定在所述固定导电端上。
5.一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的方法，使用权利要求1至4任一项所述的一种用于对使用海水海砂的混凝土设备进行防腐的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积；
步骤2：根据腐蚀环境分区面积计算电流需求量；
步骤3：确定防腐装置的布置方式；
步骤4：根据所确定的防腐蚀装置布置方式确定阳极规格和阳极接水电阻；
步骤5：按照所确定的电流需求量、阳极规格和阳极接水电阻计算阳极数量需求量；
步骤6：根据所确定的防腐装置的布置方式对混凝土设备进行布置，工作时通电后对混凝土设备进行防腐处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1中确定所述混凝土设备腐蚀环境分区面积的方法是：
区分所述混凝土设备各部分所处的腐蚀环境，所述腐蚀环境分为近海大气环境与干湿交替环境，分别统计所述混凝土设备上被保护部分处于两种腐蚀环境下被保护部分的面积A i，i=1表示处于近海大气环境、i=2表示处于干湿交替环境下。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2计算电流需求量的方法是：
电流需求量：
其中，表示阳极寿命处于第j阶段的电流需求量，/>表示第i种腐蚀环境下阳极寿命处于第j阶段的电流设计密度，单位为A/m2，/>；/>表示初期，/>为中期，/>为末期。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中确定防腐蚀装置的布置方式的方法是：
步骤3.1：构建所述混凝土设备的有限元模型；
步骤3.2：通过有限元模型对所述混凝土设备进行整车模型分析，得到所述混凝土设备易腐蚀的位置及腐蚀面积；
步骤3.3：在整车模型分析确定出的腐蚀位置后，进行防腐装置的布置，布置完成后再次对整车模型进行有限元模型分析，在未满足防腐要求时重复此步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4中确定阳极规格的方法是：
阳极规格根据易腐蚀位置处腐蚀扩散的面积确定，对于易腐蚀位置应集中电流进行保护。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤4中阳极接水电阻的计算方法是：
阳极寿命初期接水电阻：
其中，表示阳极寿命初期长度，单位为cm，/>表示阳极寿命初期平均有效半径，单位为cm，R为化学填料包电阻率，单位为Ω/cm，D c为软轴接头外径，单位为cm，/>表示由Dwight修正式计算得到的近海阴极保护的阳极寿命初期接水电阻，单位为Ω；
阳极寿命末期平均有效半径为r f，单位为cm：
其中，μ表示阳极利用率，Vp表示阳极初始体积；
则阳极寿命末期接水电阻，单位为Ω，
。
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