海工阴极保护施工方案.doc

海工阴极保护施工方案
一、工程概况
本工程为海洋平台阴极保护系统施工项目，针对导管架平台、海底管道及附属钢结构实施阴极保护，设计保护年限20年。工程采用"外加电流阴极保护为主、牺牲阳极为辅"的混合保护体系，覆盖海水环境下的水上结构、水下结构及泥下土壤区域。主要施工内容包括：MMO/Ti柔性阳极地床安装、铝合金牺牲阳极阵列布置、恒电位仪及控制柜安装、参比电极与测试系统布设、通电点与跨接系统施工等。
工程区域海水盐度32-35‰，水温5-30℃，潮汐落差2.5米，最大流速1.8m/s。被保护结构总面积约12000㎡，其中水上裸露钢结构3500㎡，水下涂层钢结构6800㎡，泥下管道1700㎡。根据《埋地钢质管道阴极保护技术规范》要求，设计保护电位控制在-0.85V~-1.10V（相对于Ag/AgCl参比电极），最小保护电流密度75mA/m²。
二、施工准备
（一）技术准备
1. 图纸会审
组织技术人员熟悉设计图纸，重点审核阳极布置图、电缆走向图、通电点位置及测试系统设计。针对导管架管节点密集区域，优化牺牲阳极安装角度，确保电流分布均匀。
2. 施工方案编制
编制专项施工工艺卡，明确各工序技术参数：
o 柔性阳极埋深：水下部分距结构外壁3m，泥下部分埋深1.2m
o 牺牲阳极间距：导管架立柱周向间距1.5m，纵向间距2m
o 电缆连接方式：采用铝热焊+热收缩套防腐，焊点搭接长度≥50mm
3. 技术交底
对施工班组进行三级交底，重点培训：
o 水下焊接作业规程（AWS D3.6M标准）
o 参比电极安装精度控制（误差≤±5mm）
o 恒电位仪参数调试方法
（二）材料验收
1. 阳极材料检验
o 铝合金牺牲阳极：规格200×100×500mm，执行GB/T 4948标准，检测开路电位（-1.15V~-1.25V vs SCE）、电流效率（≥95%）、溶解均匀性（无局部腐蚀）
o MMO/Ti柔性阳极：钛基涂层RuO₂-IrO₂，尺寸Φ16mm×10m/根，检测涂层附着力（≥5MPa）、表面电阻率（≤50mΩ·cm）
2. 电气设备检验
o 恒电位仪：型号PS-50V/40A，输入AC220V，输出DC0-50V/0-40A，检测纹波系数（≤1%）、电位控制精度（±5mV）
o 参比电极：Ag/AgCl海水型，检测电位稳定性（24h漂移≤10mV）、响应时间（≤1s）
3. 辅材检验
填包料（石膏粉:膨润土:硫酸钠=7:2:1）粒径≤2mm，含水率≤5%；电缆采用VV22-1×25mm²（水下）及VV22-1×10mm²（测试），绝缘电阻≥500MΩ/km。
（三）现场准备
1. 施工区域划分
划分三个作业区：
o A区（水上结构）：设置临时脚手架及防坠网
o B区（水下结构）：配备2艘作业潜水船，安装水下照明及摄像系统
o C区（阳极地床）：提前开挖电缆沟（宽0.6m×深1.5m），铺设黄沙垫层
2. 设备布置
o 陆上设备区：布置恒电位仪控制柜、UPS电源、数据采集终端，搭设防雨棚（抗风等级12级）
o 水下作业设备：配置水下电弧焊机（输出电流200-300A）、液压扳手（扭矩精度±3%）
o 检测设备：便携式参比电极（精度±1mV）、土壤电阻率测试仪（四极法）
三、主要施工工艺
（一）外加电流阴极保护系统施工
1. 柔性阳极安装
o 沟槽开挖：采用液压抓斗船开挖阳极沟，边坡比1:2.5，沟底平整度≤±100mm
o 阳极敷设：将柔性阳极与填充料（50kg/m）同步敷设，采用沙袋压载固定，接头处重叠100mm，用钛合金夹具固定
o 回填要求：分层回填细砂（每层300mm），注水密实，避免阳极悬空
2. 恒电位仪安装
o 基础浇筑：C30混凝土基础（1000×800×600mm），预埋M12地脚螺栓
o 设备接线：阳极电缆（红色）接"+"极，阴极电缆（黑色）接"-"极，参比电极线（黄色）接"REF"端
o 接地系统：独立接地极采用Φ50mm×2.5m镀锌钢管，接地电阻≤4Ω
3. 测试系统安装
o 测试桩：采用玻璃钢材质（Φ150mm×1500mm），每50m设置1个，内置4组接线端子
o 参比电极：在导管架四个方位距结构1m处钻孔安装，电极头部与结构表面平齐
o 检查片：每组3片（尺寸100×50×3mm），分别埋设在0.5m、1m、2m深度
（二）牺牲阳极系统施工
1. 阳极焊接
o 预处理：用喷砂（Sa2.5级）去除钢结构表面氧化皮，露出金属光泽
o 焊接工艺：采用E4315焊条，直流反接，电流120-150A，焊脚高度≥8mm
o 质量检验：外观无气孔、咬边，超声检测（UT）Ⅰ级合格
2. 阳极阵列布置
o 导管架区域：采用"手镯式"安装，每根立柱布置8组阳极，周向均匀分布
o 海底管道：采用"鞍座式"安装，阳极与管道轴线夹角45°，间距3m
o 飞溅区防护：阳极表面涂刷聚脲涂层（干膜厚度≥200μm），防止机械损伤
（三）电连续性保障
1. 跨接系统施工
o 法兰跨接：采用6mm²铜编织带，两端用螺栓（M10×30mm）紧固，接触电阻≤0.03Ω
o 绝缘接头处理：在两侧1m范围内安装绝缘支撑，测试绝缘电阻≥10MΩ
o 阴极汇流排：采用60×6mm紫铜板，焊接于结构主节点处，表面搪锡处理
2. 通电点施工
o 位置选择：在平台主立柱距泥面1.5m处，设置3个对称通电点
o 连接工艺：电缆与钢结构采用铝热焊，焊点尺寸100×100mm，焊后采用无溶剂环氧+聚丙烯胶粘带防腐（补伤片直径≥200mm）
o 分流器安装：串联75mV/40A分流器，用于电流监测
四、系统调试与检测
（一）分段调试
1. 阳极地床测试
o 柔性阳极接地电阻：采用三极法测量，单组阳极≤2Ω（设计值≤5Ω）
o 牺牲阳极输出电流：每支阳极实测电流≥1.5A（设计值1.2A）
2. 恒电位仪调试
o 空载试验：输出电压0-50V连续可调，纹波系数≤0.5%
o 负载试验：模拟负载电阻2Ω时，输出电流25A，稳定时间≤10s
o 保护电位控制：设定-0.95V（Ag/AgCl），当电位偏离±20mV时，系统自动调节响应
（二）整体性能测试
1. 保护电位测量
o 测试点布置：沿结构周长每10m设置1个测试点，共32个
o 测量方法：采用近参比法（参比电极距表面≤10mm），测量通电电位与断电电位（IR降≤50mV）
o 合格标准：所有测试点电位均达到-0.85V~-1.10V，且断电电位≥-0.85V
2. 电流分布检测
o 采用便携式磁通门计，沿管道轴向每5m测量一次管地电位梯度，计算电流密度（≥75mA/m²）
o 水下结构采用水下电位梯度仪，检测阴影区（如管节点）电流密度≥50mA/m²
3. 系统联动测试
o 模拟参比电极故障：断开1路参比信号，系统自动切换至备用参比，切换时间≤1s
o 断电保护试验：突然断电时，备用电源（UPS）自动投入，持续供电≥4h
o 数据采集系统：验证电位、电流、温度等参数采集精度（±1%FS）及远程传输功能
五、质量管理措施
（一）关键工序控制点
工序名称
控制指标
检测方法
频次
阳极焊接
焊脚高度≥8mm，UTⅠ级
焊缝规+超声检测
100%
电缆绝缘
绝缘电阻≥500MΩ
2500V兆欧表
每500m
保护电位
-0.85V~-1.10V（Ag/AgCl）
数字万用表（精度±1mV）
每班
涂层补伤
粘结力≥5MPa
拉开法
每100个点
（二）质量通病防治
1. 阳极电流分布不均
o 预防措施：采用有限元模拟优化阳极布置，在复杂节点增设辅助阳极
o 处理方法：对欠保护区域增补牺牲阳极（每处增加2-4支）
2. 参比电极漂移
o 预防措施：电极安装前浸泡24h，确保电解液饱和；安装时与结构绝缘
o 处理方法：定期（每3个月）用标准电极校准，漂移超20mV时更换
3. 电缆接头腐蚀
o 预防措施：采用双层热收缩套（内层热熔胶厚度≥0.8mm），接头处预留50mm缓冲区
o 处理方法：开挖检查，腐蚀接头采用铜对接管压接+环氧树脂密封修复
六、HSE管理措施
（一）海上作业安全
1. 潜水作业管控
o 潜水员持证上岗（ADS-2证书），作业水深≤30m时采用水面供气式潜水
o 水下焊接时设置隔离屏，防止电流通过潜水服（装备绝缘电阻≥1MΩ）
2. 吊装作业安全
o 阳极吊装采用专用吊具（承重≥5t），设置双吊点，吊装半径内严禁站人
o 恶劣天气（风力≥6级、能见度<1km）停止吊装作业
（二）电气安全
1. 临时用电管理
o 采用TN-S系统，设置三级配电箱（含漏电保护，动作电流≤30mA）
o 水下电缆采用防水插头（IP68级），严禁带电插拔
2. 防爆措施
o 危险区域（平台甲板）使用Ex dⅡBT4级防爆仪表
o 动火作业办理许可证，配备四合一气体检测仪（LEL≤10%报警）
（三）环境保护
1. 废弃物处理
o 阳极加工废料（铝合金、钛合金）回收率100%，交由专业厂家回收
o 水下施工产生的泥沙采用防扩散帘围挡，作业后清理至指定弃渣场
2. 海洋生态保护
o 施工期避开鱼类产卵期（5-8月），夜间施工采用低噪音设备
o 禁止向海中排放油污（设置油污收集桶，回收率≥95%）
七、施工进度计划
工序阶段
持续时间
关键节点
资源配置
施工准备
15d
材料验收完成
技术人员3人，检验员2人
阳极安装
45d
牺牲阳极焊接完成
焊工8人，潜水员4人
电气安装
30d
恒电位仪接线完成
电工6人，仪表工3人
系统调试
20d
保护电位达标
调试工程师2人
验收交付
10d
竣工资料移交
项目经理1人，资料员1人
八、验收标准与资料归档
（一）验收标准
1. 性能指标
o 保护电位：-0.85V~-1.10V（Ag/AgCl），断电电位≥-0.85V
o 系统寿命：外加电流系统≥20年，牺牲阳极系统≥15年
o 控制精度：恒电位仪电位控制误差±5mV，电流控制误差±2%
2. 施工质量
o 焊接一次合格率≥98%
o 涂层补伤粘结力≥5MPa
o 测试系统数据准确率100%
（二）资料归档
提交竣工资料（一式六份）：
1. 施工技术文件：施工方案、技术交底记录、变更签证
2. 质量证明文件：材料合格证、检测报告、焊缝检测记录
3. 调试记录：系统参数调试报告、电位检测曲线图、接地电阻测试记录
4. 竣工图纸：阳极布置竣工图、电缆走向竣工图、测试点位置图
本方案实施过程中，将严格执行GB/T 21448-2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》及SY/T 0019-2019《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》，确保系统投用后保护率达100%，结构腐蚀速率≤0.001mm/a。