钢管桩阴极防护施工方案要点.docx
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钢管桩阴极防护施工方案要点
福建东港石油化工实业有限公司
钢管桩阳极更换施工方案
一、工程概况
略
二、钢管桩牺牲阳极阴极保护原理
钢管桩牺牲阳极阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法。
在牺牲阳极阴极保护系统构成的电池中，氧化反应集中发生在阳极（铝-锌-铟合金阳极块）上，从而抑阻了作为阴极的被保护金属（钢管桩）上的腐蚀。
阴极保护是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术。
可从电极反应、阴极保护图解说明等方面理解牺牲阳极阴极保护原理。
1）电极反应方面：
任意两种金属/合金的组合，都可构成电化学电池；低电位者为电池的阳极，主要发生氧化反应；高电位者为阴极，主要发生还原反应。
由于阳极和阴极之间存在着电位差，外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池，从而加速了阳极的腐蚀，同时抑阻阴极的腐蚀，使阴极金属获得阴极保护。
在实践中，铁的保护电位通常为-0.85V（CSE），也就是说，当铁金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，铁金属就受到保护，腐蚀可以忽略。
2）金属界面反应即阴极保护图解说明
图示给出了铁在NaCl水溶液（或土壤）中于金属界面处发生的电化学腐蚀反应过程，说明了各种反应质点和反应产物的存在和传递。
由于阴极保护系统通过牺牲阳极，能对金属提供足够量的电子（施加所需的负电流），使金属界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑阻氧化反应（Fe→Fe2++2e）；此时还原反应所需电子完全从牺牲阳极获得。
由此实现了阴极保护，停止了金属的腐蚀过程。
三、钢管桩牺牲阳极阴极保护技术指标
根据《铝-锌-铟合金牺牲阳极》（GB/T4948-2002）和本工程设计技术要求，本工程钢管桩牺牲阳极阴极保护技术指标为：
1）牺牲阳极阴极保护设计保护年限为25年；
2）保护范围：
为处于平均潮位以下至桩尖钢管桩外表面层；
3）保护电位：
7天内电位为-0.77～-1.05V，7天到30天的电位为-0.85～-1.1V；
4）阳极规格及重量
极块规格：
截面为上底长210mm,下底235mm,高236mm的梯形。
主体长度为1000mm.。
阳极的主体中间串一根φ80无缝钢管作为铁芯，弯曲的两头焊有[140×60槽钢作为阳极的爪，阳极块重量为71kg。
5）水下焊接水位：
按照电流分布需要和为控制腐蚀峰值，阳极块安装时，应在钢桩海水全浸区均匀分布，上块阳极上焊脚不高于设计低水位以下1.0m,下块阳极下焊脚不低于设计泥面以上1.0m。
本工程因后排钢桩水深不足，可以放宽要求，但应保证阳极块铝合金工作表面最高处应低于设计水位（+0.44m）.
四、阳极块材质和焊接设备的选择
1）阳极块材质确定
根据《铝-锌-铟合金牺牲阳极》（GB/T4948-2002）和本工程设计技术要求，本工程阳极采用“铝-锌-铟-镁-钛”阳极块，其特点是容量大、寿命长、电化学性能优良、工作性能稳定。
其化学成分为：
种类
化学成分（%）
Zn
In
Mg
Ti
杂质，不大于
Al
Si
Fe
Cu
铝-锌-铟-锡-镁
4.0～7.0
0.020～0.050
0.50～1.00
0.01～0.08
0.10
0.15
0.01
余量
其电化学性能为：
项目
开路电位
V
工作电位
V
实际电容
A·h/kg
电效率
%
溶解状况
电化学
性能
-1.18～-1.10
-1.12～-1.05
≥2600
≥90
腐蚀产物容易脱落，
表面溶解均匀
2）焊条选择
本工程水下焊条采用上海焊条总厂生产的T202防水电焊条。
该焊条采用镍铁合金焊芯，为双层涂药层防水、防气电焊条。
外层涂有造渣剂和防水剂，具有很强的封闭性，以保证溶嗷金属的焊接质量；内层涂有合金剂和脱氧剂以保证电弧稳定和焊缝塑性及金属成分。
该焊条可用于带水气或水下结构钢及铸铁管道的全位置焊接，是一种理想的防水电焊条。
焊条直径为Φ3.2、Φ4.0mm，参考电流（A）130～150，150～180。
3）焊接设备选择
①直流焊机：
采用2台直流焊机，型号为AX-500型直流弧焊机，其电源电压为V220/380，空载电压V40～90，工作电压V25～40，电流调节范围A120～600，
额定负载持续率60%，电动机功率26kW，转速2900，装箱尺寸1300x750x1100mm，毛重600kg。
②湿式焊枪：
采用BR-21湿式焊枪，BR-21湿式焊枪是传统的压缩型电焊条夹持器。
BR-21湿式焊枪的特征是：
有分度凹口的特大型头部，更易于被握住，成斜角的座子是开槽的，以便消除摆动，同时将电焊条保持在理想角度。
更易于带手套的手拿住。
手柄和头都用六角形原料机械加工而成。
③发电设备：
采用1台80kW发电机，其型号为，其提供电压为，电流为，可以供2个水下焊接班组使用，另外还有配套电箱电缆等。
④供氧设备：
采用2组供氧设备，每组为1台0.9立方空压机、1台1.0立方储气罐和1台高效多级过滤器，还有配套输气橡胶管等，主要向水下焊接人员提供稳定清洁的氧气之用。
4）船机竹排及固定设备等
①船机设备：
工作船1艘，为36kW机动船，可运载30t货物及45m²甲板作业面，主要作为移动式水上平台，供阳极快堆放，供焊机、发电、供氧等设备摆放。
②竹排设备：
配备2个工作竹筏，竹筏尺寸为3*4m。
每个竹排作为1个水下焊接组，主要供阳极块摆放安装、安装人员在上部安装固定阳极块之用。
③阳极固定设备：
主要由足够强度尼龙绳或麻绳，分为上部固定套绳，控制阳极块标高的吊绳及阳极块在水下的固定绳。
五、阳极块水下焊接工艺及各个工艺流程控制要求
1）水下焊接工艺流程
焊前材料设备检查→船机竹排就为→阳极块悬挂→潜水员下水→阳极块固定→钢桩防腐涂层铲除→阳极块水下焊接→阳极块焊缝检查→钢桩电位测试→完工→下一只阳极块焊接。
2）阳极块质量检查：
阳极块进场后，首先检查其产品质量合格证和原材料化学成分分析报告是否齐全；然后检查阳极块铸造表面有无氧化渣、毛刺、飞边等缺陷，以及表面有无裂纹，如有是否在允许范围内，和焊脚是否符合规范设计要求等；接着，再用磅秤称量每只阳极块的重量，确定是否符合规范偏差要求。
检查完毕后，记录台帐，只有合格的阳极块才可投入使用。
3）发电机、电焊机、空压机等设备检查：
每个工班开工前，必须检查所有设备是否正常，填写检查记录。
一定要在所有设备全部正常情况下，才可安排水下阳极焊接。
每个工班完成作业后，同样要进行一次设备检查保养。
4）船机竹排就位：
根据阳极块焊接钢桩部位，把工作船停靠在相应的平台外侧，然后安装人员把阳极块搬放置在竹排上，利用缆绳拉动竹排进入桩区指定位置，把缆绳收紧固定竹排，防止竹排移动。
5）阳极块悬挂：
①套绳固定：
阳极块安装人员站在竹排上，把事先准备好的套绳系在钢管桩上，要求离水面一定距离，并用钢卷尺丈量套绳离桩帽底部距离，根据桩帽底标高换算套绳高程，即H1=H2-L2（H1为套绳处高程，H2为桩帽底高程，L2为丈量尺寸）。
接着在套绳上悬挂1个吊钩，其位置与阳极块焊接位置基本在一个方向处，以便于悬挂阳极块时使其基本到位，减少阳极块在水中拉动距离。
②系拴阳极块：
用事先准备好的2道腰绳即麻绳系在阳极块本体上下2端处，供在水下捆绑固定阳极之用。
同时吊绳一端系住阳极块铁脚上部位置，系缆端部为吊绳0标尺处，吊绳上有尺寸标记，从系缆底端每10cm做一个尺寸标注；然后安装人员站在竹排上把吊绳挂在套绳吊钩上，接着安装人员把阳极块缓慢放入水中。
③下放阳极块：
安装人员用手拉住吊绳，在阳极块自重作用下缓慢下放吊绳，直至阳极块到设计标高处，即H=H1-L1-L-δ（H为阳极块设计顶标高，L1为吊绳位于吊钩处读数，L为吊钩长度，δ为系缆端部离阳极顶部长度）。
6）潜水员下水：
潜水员穿戴好潜水服后，携带焊枪和焊条从工作船下水，沿着吊绳位置下潜，直至下潜到阳极块水深处，并摸到系在阳极块上的麻绳。
7）阳极块固定：
阳极块固定采用2道腰绳，分别系在阳极体上下部位。
要求一端带套头，以便于腰绳另一端易于穿过套头。
当潜水员下潜摸到阳极后，首先搬动阳极使其焊脚部位朝向管桩，接着摸到上部套绳带套头一端，绕管桩，并把腰绳另一端穿过套头，最后收紧腰绳，系在阳脚处。
待上部腰绳系好后，采用同样方式系好下部腰绳。
阳极块固定好后，用手摸一摸焊脚同管桩面结合程度，如果有较大间隙，不满足焊接要求，则用手推一推阳极使其吻合，如果腰绳有松动，则进一步拉紧固定。
注意，在固定过程中，如果焊脚处遇到管桩焊
缝处，则通过标高调整避开管桩焊缝。
8）钢桩防腐涂层铲除：
阳极块定位后，潜人水员用錾平锤和刮刀铲除钢管桩上需焊接部的涂层和附着物，接着用加重的钢丝刷清理干净。
9）阳极块水下焊接：
每个阳极块有2个焊脚，4道焊缝，每道焊缝长度为≥100mm，焊缝焊脚高度≥5mm，要求焊缝平整、连接牢固。
①焊接顺序要求：
首先要求焊接阳极块上部焊脚焊缝，然后焊接阳极块下部焊脚焊缝；对于每条焊缝，要求焊接必须从顶部开始，向下移动，这样当潜水员沿着焊接线焊接时，产生的气泡不干扰他的视线。
②电流值设定：
在正式焊接前，电流值必须正确设定，应该在实际焊接之前通过试验焊接来确定，本工程焊电流值为160～180A。
③焊前要求：
要确定安全开关是断开的。
检查 要焊接表面是否清洁。
按要求设置电焊机输送合适的电流。
将电焊条的点弧靠着阳极铁脚使它与焊接线大约成30度角，根据电焊条类型、工作条件和个人爱好，这个角度可以从15度到45度。
④通知送电。
用电焊条端头轻敲阳极铁脚直到引起电弧，确定电焊条位于要开始焊接的地方。
在某些情况下，在将电焊条插入电焊钳之前，要刮一下其端头。
施加足够的压力到阳极铁脚，使电焊条自行消耗。
电焊条与阳极铁脚要保持接触，在直线焊缝时，不要摆动。
一根焊条刚好能焊接10cm长焊缝，这样避免焊缝不连续，才能保证焊接质量。
焊接速度一般为250～300mm/min。
⑤电焊条消耗之后，通知“断电”，那时看管人必须打开安全开关并且使其在更换电焊条时保持打开状态。
完成焊接之后，保持电焊条在焊接位置，直至收到证实看管人已“断电”时止。
⑥焊接完成后，仔细检查焊缝是否连续饱满，是否满足规范要求。
如果焊缝不符合规范，要求重新焊接，焊接前原先堆焊的焊缝必须清洁干净。
10）焊缝检测：
焊缝检测分为2种，2个阶段实施，针对每个焊缝焊完以后的及时检测，主要采用肉眼观测和用手探摸，本工程水域水质较好，在一定水深处的焊缝凭肉眼是可以观测的。
第2种检测，主要采用水下摄像形式，一般在焊接一定数量阳极后，组织专业水下摄像人员抽样进行录像检测，作为验收主要依据。
、施工流程
1、阳极安装前对阳极规格、重量以及表面状况进行检查，阳极块表面不得有油漆、油污，若有发现必须清除、清理。
2、电焊机、空压机等设备配备专用发电机供电，作业船舶根据施工区域进行定位，排筏配合在码头桩区内运送阳极块。
3、利用桩帽标高进行码头区域阳极块标高定位，承台区域阳极块则利用承台底标高定位，定位后潜水员铲除钢管桩上的涂层和附着物。
4、潜水作业船停靠在码头前沿，阳极块依靠工作筏运送到要进行焊接的桩区内；
5、固定阳极块采用棕麻绳，根据钢桩直径，选择适当长度。
棕麻绳两端设置铁环和挂钩，阳极块捆绑在钢管桩需要安装阳极块的位置上，潜水员焊接前必须确认焊脚位置及阳极块的方向，及时纠正。
6、阳极块水下焊接后，立即采用活动式（便携式）参比电极（海水Ag/Agcl电极）测定钢管桩电极电位，并立即作好记录。
7、在拆除固定绳前，对潜水作业的阳极块焊接质量进行检查，对有问题的焊接部位按规范重新进行焊接，无问题方能松开固定绳。
8、阳极块水下焊接施工作业时间一般选择平潮时段，低潮时段主要以承台区域为主，高潮时段以码头区域为主。
三、本工程投入主要施工设备
1、工作船1艘
2、工作木筏（3*4m）1条
3、逆变直流电焊机（600型）2台
4、空压机（0.9立方）2台
空压机（0.15立方）1台
5、储气罐（1.0立方）2只
6、潜水装置（MZ-300）2套
7、发电机（80kw）1台
8、配电设施等2套
9、焊条（T202）若干
四、施工工艺
1、阳极块标高定位根据桩帽底标高和承台标高，以事先作好不同深度标记的测绳，按照设计标高及焊接方向确定阳极块的水下标高和方向。
2、阳极块的焊接采用水下电弧焊，选用逆变直流焊机600型，用T202水下专用焊条进行焊接。
3、阳极块焊接严格按照“牺牲阳极焊接图”要求焊接。
4、焊接阳极块前，必须将钢管桩阳极焊脚处清理，确保焊脚与钢管桩的贴合间隙小于3mm。
5、阳极块直接焊于设定的钢管桩上，单只阳极块是6条焊缝（三面施焊），每条焊缝长度必须大于50mm，焊缝应饱满，严禁点焊、漏焊、假焊。
6、每焊完一块阳极块，都必须采用钢丝刷清理焊缝表面的焊渣，潜水员用手摸的方法检查，有问题马上进行修补。
7、拆除固定时，对阳极块焊接质量进行检查，发现问题及时纠正。
五、施工技术及质量控制
1、项目管理网络
2、技术要求及质量控制
1）、严格按图施工，并由专人负责施工质量，施工期间，项目部管理落实到现场。
2）、阳极块的采购必须严格控制，安装前，生产厂家必须提供阳极化学成分、电流效率、电化学性能以及阳极体与铁芯的接触电阻的产品合格证，阳极产品必须符合GB/T4948-2002技术要求，并按照要求上报监理及业主。
3）水下焊接必须由有经验的水下电焊工操作，并具有水下电焊作业上岗证书，严格按照焊接规定的焊接规范操作。
4）、开始引弧或焊接中途引弧时，引弧通常提前10mm左右，焊接结束时，收弧点稍停移动焊条，使弧坑小点，避免收弧的地方出现裂缝。
5）、对参加施工作业的操作人员进行相关培训，使操作人员了解、掌握本工程的各项技术要求、质量标准，由项目部组织作业队伍进行技术交底工作。
6）、阳极块焊接完成以后，立即测量钢管桩的电极电位，并作好记录，电极范围在-0.77～-1.05V（相对于S.C.E）
7）、水下电焊焊缝的检查可进行1%的水下摄影检查。
8）正式下水焊接阳极快前，在现场相同水域设置一根钢管，由潜水员进行典型作业，包括电焊质量以及定位控制。
试焊结束后，将钢管吊起来进行焊接质量评定，并上报监理、业主认可。
六、作业计划及人员
根据施工现场的实际情况，阳极块安装实行穿插式作业方式进行，即尽可能减少对码头施工的影响，拟先安排承台部分的阳极块安装，根据现场条件，采用陆上与水上配合作业阳极块直接从承台面吊入定位，由水下作业人员进行固定焊接。
如工作条件许可，也可进行码头部分桩的阳极块安装。
计划平均每天安装阳极块数量为5-10块左右，施工工期为3-4天。
计划在4月25日前完成该工程。
八、安全保证措施
水下焊接属于高危性特殊作业，除确保阳极块安装质量外，项目部对安全工作将作为重中之重，精心组织施工，合理安排工程进度，对危险源提前熟悉和掌握特性，并制定相应操作规程和规章制度，建立完整的安全生产体系，防微杜渐，杜绝一切安全隐患：
1、参加施工的作业船必须符合船检、港监有关规定，具备适航证书和合格证书。
作业船上必须具备相应救生和消防设备。
各作业船只必须有一套供气源备用。
2、作业船必须保持性能完好，定期检查，发现问题及时修理。
确保水下作业时气体的输送，并对气体质量进行有效控制。
3、水下焊接作业时，作业船只必须挂潜水作业旗、慢车旗、抛锚球。
参加施工的人员必须持上岗证、穿好救生衣、戴好安全帽。
4、定专人定时收听当天天气预报，了解3～5天的天气趋势，风浪大时及时避风。
5、下水前对潜水设备、器材进行认真的检查，发现问题及时解决，设备器材严禁带病工作。
6、由项目部每天召开班前会，在布置工作的同时，向其它施工队伍通报作业舰只动态，翻沉、合理的组织安排水上、水下施工区域，避免与其它施工队伍交叉作业，防止重物落海。
7、潜水员下潜前，必须带好安全背绳、栓腰绳等、软管上的挂钩应挂在安全背带环上；水上、水下保持良好的通讯，潜水员、水上支持人员必须熟悉拉绳信号，必要时可约定信号的含义。
8、使用的电气设备必须绝缘，下水前要进行水中绝缘检验，达不到要求禁止使用。
9、潜水员焊接时必须戴绝缘手套，更换焊条时必须断开电焊机电源。
实际焊接以外的时间必须断开电源，在确认潜水员要求供电时，方可接通电源。
10、水上配合水下作业的人员，特别是收听声音讯号，放、拉安全绳的相关人员，不得擅离岗位，确保通信畅通。
11、做好班组班前安全教育，，做好相关记录，并进行安全工作交底工作，确保使每个操作人员明确本工程的重要性以及安全工作的各关键点。
12、项目部在召开每周工程例会的同时，总结近期安全工作，定期组织安全工作检查，设备检查，安全记录检查。
13、项目部成立急救小组，确认急救站、医院的位置以及到达的最近路线，以备应急所用。
舟山市力成防腐工程有限公司
20016年4月10日
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