GB∕T 39155-2020金属和合金的腐蚀 海港设施的阴极保护VIP

ICS77.060GB/T39155—2020/ISO13174:2012金属和合金的腐蚀海港设施的阴极保护ⅢGB/T39155—2020/ISO13174:2012本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。——GB/T31316—2014海水阴极保护总则(ISO12473:2006,IDT);——GB/T39154—2020金属和合金的腐蚀混凝土用钢筋的阴极保护(ISO12696:2016,IDT)。1GB/T39155—2020/ISO13174:2012金属和合金的腐蚀海港设施的阴极保护1范围和防洪设施及附属设施的金属外表面提供腐蚀防护。本标准规定了固定的和浮动的港口及海港构筑物的阴极保护，包括桥墩、码头、系缆柱(靠泊、系本标准适用于阳极暴露在水或海泥中的阴极保护系统。对于泥下区，通常桩墙后或沉箱内的土壤或填砂区域，受腐蚀影响严重。EN12954规定了阳极暴露在土壤中的阴极保护设计和操作要求。本标准不适用于固定或浮动的离岸海工构筑物(包括海上装载平台)、海底管道和船舶的阴极保护。本标准适用于有涂层或无涂层的碳钢和碳锰钢建成的构筑物的阴极保护。由于构筑物的某些部分可能由碳钢以外的金属材料制成，阴极保护系统的设计宜能完全控制所有电耦合，并将氢脆或氢致开裂风险降至最低(见ISO12473)。本标准不适用于钢筋混凝土结构的阴极保护(见ISO12696)。对于交替淹没和暴露在大气中的表面，只有当淹没时间足够长使钢发生极化时，阴极保护才能生钢板桩墙的背面和填沉箱的内表面也可采用阴极保护，EN12954规定了此类表面的阴极保护。本标准适用于可能会受到“低水位加速腐蚀”(ALWC)、微生物腐蚀(MIC)、浓差腐蚀影响的构筑注：参见BS6349-1:2000第59条和CIRIAC634。本标准不涉及阴极保护的安全和环保方面的国家法律法规。下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文2GB/T39155—2020/ISO13174:2012ISO12473海水阴极保护总则(Generalprinciplesofcathodicprotectiowaterandsalinemud)tionofburiedorimmersedmetallicstructures—Generalprinciplesandapplicationforpipelines)EN13509阴极保护测量技术(Cathodicprotectionmeasurementtechniques)EN50162直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护(Protectionagainstcorrosionbystraycurrentfromdirectcurrentsystems)注：此现象与微生物腐蚀(MIC)和一般静止状态条件有关。(见CIRIAC634)无阴极保护时，腐蚀速率可高达3.4F3.83GB/T39155—2020/ISO13174:20123.9低潮位leveloflowestastronomicaltide;LAT平均潮位levelofmeantidelevel;MTL3.11微生物腐蚀microbialcorrosion;MIC与腐蚀体系中存在的微生物作用有关的腐蚀。3.13桩piling3.14浪溅区splashzone由于HAT上方的潮汐运动使构筑物表面干湿交替的区域。3.15浪溅区平均潮位潮差区—低潮位过渡区全浸区泥线海泥区水下区图1海水环境中平面和区域的示意图4人员能力4GB/T39155—2020/ISO13174:2012应对这种资格进行独立评估和记录。5设计依据阴极保护系统的目的是为构筑物及其附属建筑的每部分提供足够的电流，并且电流分布应能使构筑物每部分的钢/水电位都在保护准则给定的限值内(见5.2)。在正常服役条件下，当保护电流分布在整个构筑物上时，宜能实现整个构筑物的钢/水电位均匀。海港设施中固定或浮动构筑物的阴极保护系统可与涂层系统结合使用，即使涂层的使用对一些附属设施(如锚链)没有效果。桩和钢板桩墙在安装期间打入泥下区时可能会造成严重的涂层损伤。分布。ROV进行更换。在设计阴极保护系统时可使用外加电流、牺牲阳极或两者组合的方式。应按照完整的文件化的质量计划进行。结果。存档文件应永久保存。工作文件应作为永久记录的一部分。5.2阴极保护准则阴极保护总则详见ISO12473。有氧海水中钢的保护准则是：使用Ag/AgCl/海水(Ag/AgCl/海水)参比电极进行测量时，极化电当使用EN12496要加年代号中所规定的Z1、Z3或Z4合金型牺牲阳极制作的Zn电极进行测量时，极化电位为+0.25V。在厌氧海水和海泥中，包括硫酸盐还原菌(SRB)、MIC和ALWC环境中钢的保护的准则是：使用Ag/AgCl/海水(Ag/AgCl/海水)参比电极测得的极化电位负于一0.90V。建议使用一1.10V(相对于Ag/AgCl/海水参比电极)的极限电位以防涂层剥离和/或疲劳裂纹扩展速率增加。极限。当对于给定的材料没有足够的记录时，可在极限极化电位条件下进行化学或力学试验确定相关的性能，从而决定具体的负电位极限。对于常规钢材，这一极限为-1.10V(相较于Ag/AgCl/海水参比电极)。详见ISO12473。本条款中的值也适用于微咸水中的钢，但如果6.3.4中有所要求，使用Ag/AgCl/海水参比电极时由于盐度变化引起的误差应予以纠正。海水中一系列金属和合金的金属/水电位极限推荐值见5GB/T39155—2020/ISO13174:2012注：保护准则和极限值是无IR误差的极化电位。IR误差是阴极保护电流通过溶液应用时宜特别注意。5.3设计参数在所有的服役条件下，宜根据5.2的阴极保护准则进行系统设计，为构筑物的每部分和阳极区域提供足够的阴极保护电流。被保护的构筑物宜划分为独立的区域进行阴极保护设计，即使这些区域间没有电绝缘。注1:对于非浮动式构筑物(如系缆柱、桩区域)可分为两种主要阴极保护区域：全浸阴极保护区域和泥下阴极保护注2:对于浮筒，一般单一区域足以覆盖全浸部位和系泊链受影响的部位。a)服役寿命：宜使用构筑物的设计寿命或计划维护周期；b)服役环境：宜确定构筑物所处的海水、海床或河口环境特性(见ISO12473和附录A);5.4电流需求构筑物每个构件电流密度的选择，应能满足5.2保护准则和5.3环境要求。每个金属构件的电流需求等于其与电解质接触的表面积乘以所选的电流密度(参见附录A)。a)实现构筑物初始极化电位所需的初始电流密度；b)构筑物维持极化电位所需的维持电流密度；c)构筑物重新极化的最终电流密度(如风暴或清洁工作后)。注2:相对于设计寿命，达到稳态前的初始极化时间较短，所以在构筑物寿命期内的平均电流密度通常接近维持电6GB/T39155—2020/ISO13174:2012如果构筑物已存在ALWC或MIC,则钢材极化所需的初始电流密度可能大于不受MIC影响所需的初始电流密度。此外，存在活性ALWC或MIC可能会极大延长达到极化稳态的时间。受ALWC影响时，设计阴极保护应考虑的因素参见附录A。应使用(平均)维持电流密度来计算设计寿命期间内，维持阴极保护所需牺牲阳极材料的最小质量或外加电流辅助阳极的电容量(阳极输出电流×寿命)。初始或最终电流密度值通常决定阴极保护系统的电流输出峰值。并且，这些参数决定了牺牲阳极的数量和形状，以及外加电流系统的阳极和电源的最大输出额定值。裸钢材的常见电流密度值参见附录A。5.4.3涂层钢材的保护电流密度阴极保护系统可以和涂层系统配合使用。有效涂层可以显著降低电流密度并改善表面电流分布。阴极保护设计应包括涂层劣化时电流需求的增加。对于有效的阴极保护涂层不是必需的。与裸钢材相比涂层钢材所需的电流密度较少，大致为100:1甚至更多。但是当涂层劣化时，涂层钢材所需电流密度随时间的增加而增加。对于海港设施，全寿命期间裸钢材的阴极保护成本低于涂层钢材。但在平均中潮位以上，阴极保护无法实施腐蚀防护，涂层可以实现构建筑物所需的设计寿命或装饰性。设计时应考虑构筑物施工和安装期间发生的与机械损伤有关的初始涂层破损系数。在阴极保护系统的设计寿命期间，宜考虑涂层老化和可能的机械损伤发生时涂层的劣化率(例如，涂层破损系数增加)。阴极保护系统的设计寿命宜与构筑物的寿命、坞修间隔期或维护周期相对应。涂层钢筋的保护电流密度主要取决于实际的涂层的类型、表面处理，涂装工艺、施工和工况。由于阴极保护和涂层之间可能存在相互作用，所有与阴极保护配合使用的涂层宜预先测试，以确定可接受的耐阴极剥离程度。涂层破损系数(f.)值的指南参见附录A。涂层钢材的保护电流密度(Je)等于裸钢材保护电流密度(Jo)与涂层破损系数(f.)的乘积，见公式(1):式中：Je——涂层钢材的保护电流密度，单位为安培每平方米(A/m²);Jb裸钢材的保护电流密度，单位为安培每平方米(A/m²);fe——涂层破损系数；f.=0时，表示采用完全绝缘的涂层；该公式宜适用于5.3中的每个单独的构件或区域。其中，涂层钢材和裸钢材的电流密度可能不同。5.4.4保护电流需求应计算电流需求以优化牺牲阳极的质量和尺寸，或外加电流系统的容量。构筑物各构件的保护电流要求I。计算方法见公式(2):Ie=A。·J…………(式中：I。——各构件的保护电流，单位为安培(A);A。——单个区域的表面积，单位为平方米(m²);J各构件的保护电流密度，单位为安培每平方米(A/m²)。7GB/T39155—2020/ISO13174:2012因此，每个阴极保护区的保护电流需求Iz等于阴极保护区中每个组件的电流需求的总和，见公式(3):式中：…………Iz——每个阴极保护区的保护电流需求，单位为安培(A);I。——阴极保护区内每个组件的保护电流需求，单位为安培(A)。锚链如果没有与构筑物电绝缘，宜使用Iz进行电流需求评估。这对于设计时确保阴极保护的有效性是必要的，即锚链上的电位(及其保护)取决于链条和构筑物之间以及链条之间的实际电连续性。确定电流需求的计算应包括构筑物水下区域的构件中的钢件，例如挡板和梯子。5.5阴极保护系统阴极保护系统包括：a)外加电流系统；b)牺牲阳极系统。这两种系统也可以结合使用。系统的选择取决于一系列因素(见ISO12473)。对于使用牺牲阳极的阴极保护系统，阳极的尺寸和形状可用欧姆定律确定，见公式(4):…………(4)式中：I.——阳极输出电流，单位为安培(A);△U——驱动电压，单位为伏特(V);R——电路电阻，单位为欧姆(2)。由于阴极(构筑物)接水电阻通常非常小，因此，假设回路电阻约等于电解质电阻，即所谓的“阳极阳极电阻是阳极环境电阻率和阳极几何形状(形状和尺寸)的函数。经验公式可用于评估阳极电阻，如B.1中给出的公式。对于外加电流系统，直流(DC)电源的输出电压应高于电路所有部件、电解质(通常被认为是阳极电阻)阳极/阴极反电动势的电压降之和(即，阳极和阴极在电解质中无电流时的电位差)。阳极和电解质间的电压不宜超过最大允许值，最大允许电压取决于阳极的材料。注2:最大允许电压的推荐值参见附录C。8GB/T39155—2020/ISO13174:2012有些情况，需要用到最小的阳极电流密度(参见附录C)。阳极的数量和位置形成的电流分布，应尽可能使整个钢材构筑物表面达到要求的保护电位电流分布。对于特别复杂或新颖的应用，可以使用基于有限元或边界元方法的计算机数值模型进行计算。阴极保护系统的所有部件宜安装在干扰或损坏可能性最小的位置。5.6电连续性被保护的构筑物应是电连续的，否则构筑物的每个部分(如单个桩)应分别配备牺牲阳极系统或外加电流负极回路。钢桩、码头或靠泊区应尽可能设计为构筑物的一个组成部分。连接系统可包括具有件焊在一起，或者使用外部连接系统。如果构筑物的两个构件之间存在预期的相对运动，例如，伸缩缝和挡板，则连接需灵活。如果辅助部件需要阴极保护(例如系船柱),则宜通过适当的方式(比如海底电对被焊构件的机械性能产生不利影响。对于具有独立阴极保护系统的浮筒和其他靠泊设施，设计时应对锚链电流做出适当规定。的电连接。辅助件的设计应符合构筑物的设计规范(如有)。这些要求可能会影响阳极钢芯的设计(参见附录D)。一个构筑物可以永久或临时地连接到相邻构筑物。每个构筑物宜安装独立的阴极保护系统，在与相邻构筑物电连接前宜进行检查。如果临时连接的外部构筑物没有独立的阴极保护系统，则宜测量受保护构筑物的钢/海水电位，确保连接期间阴极保护处于可接受的水平。不会对相邻构筑物产生不利影响(见EN50162)。由于船舶普遍是机动的，通常不需要进行相互作用测试。但是，一艘船在钢码头旁长期或反复停泊，建议进行相互作用测试，以验证该船和邻近港口/海港结构都不会受到阴极保护的不利影响。安装了阴极保护的相邻构筑物受到相邻船阴极保护的影响时，其保护水平改变不宜超出5.2规定。没有安装阴极保护的船舶或海港设施，其腐蚀电位在任何相邻阴极保护系统中的变化不宜超过+20mV(见任何船舶或构筑物/电解质电位的变化超过上述规定值时，应与造成相互作用的阴极保护系统管理注1:如果一艘船在受到阴极保护的码头附近长期靠泊或停泊，建议进行阴极保护交互作用测试，确定相邻的阴极保护系统是否对船身有影响。注2:在设计海港的阴极保护时，通常不考虑船舶与停泊的码头之间的电连续连接。注4:用于保护码头的牺牲阳极系统通常对停泊的船舶具有非常小的相互影响作用，即使它们没有连接在一起。如9GB/T39155—2020/ISO13174:2012用于保护栈桥或码头的外加电流系统可能会与相邻停泊的船只产生相互影响；选用保护栈桥或码头的外加电流辅助阳极时，额定电流和安装位置应能够尽量减少与相邻船舶的相互影响。通常是使用6外加电流系统加电流系统通过提供DC电流进行腐蚀保护，将钢构筑物连接到可调DC电源的负极端子，阳极连接到DC电源正极端子。在阴极保护系统的使用寿命期内，需控制DC电源输出，以获得和保持构筑物所有钢材表面的保护6.2设计差区的设备承受最强风暴/海浪/螺旋桨尾流等环境的能力、表面积计算、阳极电流输出以及寿命计算、外加电流系统的电缆电压降和电流额定值计算、阴极保护材料的详细规格、安装(包括安装和总体布置设计计算和规范宜包括以下详细信息：a)设计依据；b)设备尺寸；c)设备的总体布置；e)安装规范；f)监测和维护规范。每个阴极保护区(见5.3.2)可由专用系统进行保护。出现特殊情况的特定区域可能需要多区域控制系统，以优化阴极保护需求的电流分布。保护钢板桩墙背面或沉箱内的阴极保护区域宜与暴露于保护海洋中的钢材的阴极保护区域分开。宜基于5.4.2中描述的最严苛服役条件，设计寿命中的最高破损系数(见5.4.3),根据5.4的公式，计算保护构筑物阴极保护区的总最大电流需求(Iz),为了补偿效率较低的电流分布(与牺牲阳极系统相比，高电流阳极数量少),阴极保护系统的设计宜根据构筑物的几何形状和涂层，能够提供计算得出的最大总电流(Iz)需求1.1～1.5倍的电流(I₂),见公式(5):GB/T39155—2020/ISO13174:2012Iz——最大总电流，单位为安培(A)。6.3.1DC电源DC电源应能为被保护的区域够提供总最大电流(It)。输出电压宜考虑到电路(电缆、阳极和反电动势)电阻和阳极的最大建议工作电压。DC电源宜提供足够的电流将阴极电位维持在设定范围内(见5.4.2和附录A),即使在峰值电流需求时。当用于控制DC电源的一个参比电极测出构筑物/电解质/电极电位值低于设定的正极值时，具有自动电位控制功能的DC电源宜能够提供电流(恒定或可变)(保护准则见5.2)。当用于控制DC电源的所有参比电极测出的电位读数比设定的负极限更负时，这种类型的DC电源宜能够提供很少或不提供电流。在正常工作条件下，DC电源宜输出稳定的工作电流，提供稳定的极化电位，只有在环境条件改变电流需求改变时才增加或减少电流输出。宜有设备将输出电流限制在预设值内。具有输出电流限制电路的DC电源在发生外部短路时宜能有效关闭。使用铅银半惰性阳极时，初始阳极电流密度应足以产生并维持导电的PbO₂膜(参见附录C)。铅银阳极的性能可能在深水(大于30m)或低氧水中受到不利影响。最大阳极电流密度不高于30A/m²时，可以使用含高硅铸铁半惰性阳极。外加电流辅助阳极的典型电化学特性参见附录C。会显著降低系统的性能。阳极组件及其附件宜具有高的抗机械损伤能力。应采取所有可能的预防措施，以避免阳极和构筑物之间发生直接电接触(阴极保护电路的短路)。通常要求为浮式构筑物安装填料函，以确保阳极供电电缆进入浮式构筑物内部的方式能保证构筑物的机械完整性和水密性。宜确定阳极的数量、尺寸和位置，以便能够将阳极以统一方式连接到DC电源，所分配的电流应能均匀分布到受阴极保护的结构的所有部分。在某些情况下，可以使用基于有限元或边界元计算方法的计算机建模和/或模型测试/或在部分结阳极不应安装在可能干扰构筑物正常工作的区域，不宜安装在高应力区域或承受高疲劳载荷的区当外加电流辅助阳极直接安装在构筑物上或距离构筑物1m以内时，应使用阳极屏。GB/T39155—2020/ISO13174:2012所选阳极屏材料应能耐阳极反应产物。支撑件上。与构筑物连接的阳极屏材料应耐阴极剥离。阴极保护系统的设计宜考虑阳极屏材料和装置可能的劣化和老化，以获得系统期望的寿命。注：极屏的尺寸宜确保阳极和构筑物钢材之间的最小距离通常至少为0.5m,并根据需要确保任何常规涂层不会出现阴极剥离，阳极电流输出最大时构筑物材料不会发生氢损伤。这个问题可能需要详细的测试和/或建模，部分取决于涂层和构筑物构造材料的性能。参比电极用于测量钢材相对于海水的电位，也用于控制外加电流阴极保护系统提供的电流。电极通常为Zn或Ag/AgCl/海水参比电极(见ISO12473)。Zn电极更坚固，而Ag/AgCl/海水参比电极更电极宜安装在构筑物的电位可能超出保护准则要求范围的位置。注1:Ag/AgCl/海水参比电极仅在盐度为3.5%的未稀释海水中时较为准确。如果在其他盐度的水中使用，示值将出现误差。参比电极的理论电位宜稳定在士10mV以内。Zn通常用作参比电极，但在干净海水中相对于Ag/AgCl/海水的电位在-1060mV~-1000mV之间变化，如果电解质被污染，这一范围可能会增加。如注2:在稀释(河口)条件下，宜使用不随盐度变化的Ag/AgCl/0.5MKCl参比电极。所有连接电缆应能够承受预期的机械和化学环境，并应配备支撑和保护以避免阴极保护系统在服电缆和端子的绝缘材料应能耐受环境条件(新产生的氯、高pH、海水、碳氢化合物和其他化学不得超过给定尺寸电缆规定的最大电流额定值。电位测量应使用专用电缆。这些电缆宜使用金属屏蔽层进行保护，使其免受测量电位信号的电或射频干扰。所有阳极应能承受预期的机械和化学环境，并应配备支撑和保护以避免阴极保护系统在服役期间牺牲阳极系统的目的是提供足够的电流来保护构筑物被保护的部分并分配电流，使系统在设计寿GB/T39155—2020/ISO13174:2012命期间满足5.2的阴极保护准则。7.2设计b)详细的安装图纸；c)详细的材料要求；d)实现阳极/构筑物电连续性的详细方法和固定件的设计计算；f)完整系统的验收准则。注：附录A、附录B和附录D详细说明了设计中宜考虑的项目。7.3材料牺牲阳极应符合EN12496和设计目的(见5.1)。阳极材料的电化学性能宜有完整的证明文件或通过专业的测试确定。a)钢材极化的驱动电压，即闭路阳极电位与保护电位准则的正极限之差；b)实际电流容量(A·h/kg)或消耗率[kg/(A·yr)];c)钝化敏感性；d)晶间腐蚀敏感性。7.4阳极位置牺牲阳极的分布应确保整个表面极化至推荐的限值内(见5.2)。在一些情况下，可以使用基于有限元或边界元的计算方法和/或模型测试的计算机建模。牺牲阳极不应安装在可能干扰构筑物正常工作的区域，不宜安装在高应力区域或承受高疲劳载荷7.5安装被保护构筑物构件和各自牺牲阳极的电连续性应确保在施工期间或施工后使用阴极保护时，提供靠连接来实现。应评估电连续性的长期可靠性。在桩上的独立牺牲阳极之间连续焊接建立电连续性。虽然连续性的焊接不是注2:可以通过将桩与桥面板混凝土中的钢筋连接实现连续性。阳极与构筑物的连接方法取决于其类型和应用，但在阳极的整个使用寿命期间应保持低接触电阻。牺牲阳极宜通过以下方法与构筑物相连：a)通过连续焊接将阳极钢材嵌入构筑物中，使焊接位置的应力最小化；b)或将阳极钢材嵌入件焊接到单独的支架上，支架通过连续焊接与结构相连；GB/T39155—2020/ISO13174:2012c)或通过螺栓将其阳极插入件连接到单独的支架上，支架通过连续焊接与结构相连。与阳极附件和连续性连接相关的所有焊接(水下和大气中)应按照预审的程序和人员进行。阳极连接的替代方法也应经过审核。牺牲阳极可埋在或浸没在距离被保护构筑物一定距离的地方。宜有适当尺寸的绝缘电缆保证构筑b)在施工期间或定位后，确认每个阳极的位置以及阳极安装方法。a)确认阴极保护系统的安装及其功能符合设计意图，并符合5.2准则规定；要求。所有测量应符合EN13509的规定。8.2调试——牺牲阳极系统牺牲阳极系统应在安装完成后3个月内进行极化电位测量，应使用便携式参比电极作为固定式监测的补充测量，确保代表性的位置能实现设计阶段选定的5.2中的准则要求。例如，对于平板桩墙，宜沿着安装方向(例如，每5m的间距)间隔三个高度(例如，MWL、MWL和海床中间位置、海床线)定期进行电位测量。表面。有关准则和IR降误差参见5.2。8.3调试——外加电流系统通电前，应根据质量计划(5.1)进行测量和记录，并应包括以下内容：a)钢/海水相对于固定式参比电极的电位；b)验证性能监测系统所有组件的电子数据记录和/或数据传输设施安装。阴极保护系统应按照初始极化的设计要求进行通电，应根据质量计划(5.1)进行测量和记录，至少GB/T39155—2020/ISO13174:2012包括以下内容：a)对所有固定安装参比电极的钢/海水电位。b)极性的确认。如果钢材/海水电位值向正极方向偏移，应进行调查并立即补救。c)向阴极保护系统供电的所有DC电源的输出电压和电流。d)如适用，在整流器或接线盒处测量单个阳极的电对于外加电流系统，应在安装完成后3个月内对无IR电位(瞬间断电，延迟断电或构筑物附近的参比电极)进行测量，应使用便携式参比电极作为固定式监测的补充测量，确保代表性的位置能实现设计阶段选定的5.2的要求。例如，对于平板桩墙，在海水中宜沿墙每5m水平间距、三个深度增量进行电位测量。表面(有关准则和IR误差见5.2)。宜进行相互作用测试，确认相邻构筑物不会受到阴极保护系统的不利影响。当相邻构筑物配备阴极保护系统时，其阴极保护水平变化不宜超过主体阴极保护系统5.2要求的水平。没有安装阴极保护的相邻构筑物，其腐蚀电位在任何相邻阴极保护系统中的变化不宜超过+20mV(参见EN13509和EN50162)。试程序的一部分。又见5.7。能进行修改。应定期进行性能评估。牺牲系统的典型检查程序如下：a)按照8.2要求，3个月的测试调试之后，宜在缺陷责任期结束前进行进一步的测试，通常在9个月～12个月之间；然后2年～5年宜按照8.2进行性能测量。b)根据构筑物的类型和阳极的位置，通过潜水员调查对阳极进行目测检查，宜对所开展的工作进行完整报告和视频记录。调查宜评估阳极的消耗、检查阳极的物理损坏和是否牢固。c)宜更换所有损坏或丢失的阳极，确保构筑物的所有区域得到充分保护。b)性能评估：GB/T39155—2020/ISO13174:2012——测量全部其他传感器的参数。 调整系统输出或选择自动电位系统的固定监测位置。c)检查周期：通常，功能检查应为第1年每月1次，如果检查结果满意，延长为每3个月1次。性能评估应为第1年每3个月1次，如果性能结果满意，延长为每6个月～12个月复查。9文件已建立的文件宜能反映环境中发现的或安装时发现的与设计的不同。调试数据宜包括：阴极保护系统通电前后的调查结果(确认系统满足设计准则并有效运行的情况)、构筑物的电位测量(验证是否实现了完全的保护)及相邻构筑物的相互作用测试。9.2外加电流系统和阳极输出电流的评估值；造商/供应商的数据和资料； 和连接方法；筑物服役期间更新；——相邻构筑物间相互作用的测试结果；据以及相应的构筑物保护电位水平和状态的变化； GB/T39155—2020/ISO13174:2012据以及相应的构筑物保护电位水平和状态的变化；GB/T39155—2020/ISO13174:2012(资料性附录)海港设施阴极保护的电流要求指南A.1海水中裸钢材保护的设计电流密度在缺少经验资料的情况下，表A.1给出了海水中裸钢材保护的典型设计电流密度。表A.1海水中裸钢材保护的典型设计电流密度环境条件初始值维持值再极化值充气水弱充气水充气水弱充气水充气水0.5m/s80～100120～15050～6565～8060～8080～1000.5m/s120～150170～20060～8080～10080～100100～130存在170～20060～10080～130如果存在ALWC或MIC,表A.1给出的条件相对应的电流密度宜适用于海水中裸钢的总面积。设计中增加额外电流，以确保远离阳极的区域能达到上述的设计电流密度。应用电流可增加10%~50%;实际值将由电流分布决定。海水中的钢和泥浆中的钢都宜增加(见A.2)。在河口环境中的微咸水，上述电流密度适用于高达2Ω·m的电阻率。对于没有阴极保护经验数A.2海泥中裸钢材保护的设计电流密度在缺少经验资料的情况下，表A.2给出了海泥中裸钢材保护的典型设计电流密度。表A.2海泥中裸钢材保护的典型设计电流密度环境条件电流密度/(mA/m²)初始值维持值再极化值普通海泥中所有类型的构筑物存在MICA.3阴极保护系统设计中常用涂料体系的涂层破损系数下面列出的数值是基于海洋环境中广泛使用的涂层，通常用于干膜厚度为250μm～500μm喷砂GB/T39155—2020/ISO13174:2012——浸没面积：1%～2%;——钻入桩(埋地)的面积：25%～50%(取决于土壤条件和涂层的选择);——回填面积：5%～25%(取决于回填材料的基体，以及放置和压实的方法)。暴露于1m²环境(如ISO12944-2所定义)的涂层在各种耐久性(如ISO12944-1所定义)下的涂层——低耐久性涂层：每年3%;——中等耐久性涂层：每年1.5%;——高耐久性涂层：每年0.5%～1%。A.4电流漏失裕量宜包括电接地系统的裕量。电接地系统的电阻可能非常低，并包括与土壤接触的铜(或碳质回填料中的铜和钢)表面，和可能连接到构筑物并通过陆上或海上的公用工程管道(天然气或水)。(资料性附录)阳极电阻、电流和寿命的确定B.1阳极电阻公式一般使用下文给出的公式，也可以使用其他基于文献经验的公式。邻近的阳极会影响相邻阳极周围的电场，并减少阳极的电流输出。阵列阳极中单个阳极的电阻将因相邻阳极的靠近而增加。紧密排列的阳极宜作为设计评估的主题，其电阻可通过使用交替的经典接地电阻公式、数学建模或直接现场测量来确定。B.1.1安装在距构筑物钢表面至少0.3m的细长阳极。如果L≥4r,阳极电阻R。计算按公式(B.1)计算：如果L<4r,阳极电阻R.计算按公式(B.2)计算：式中：r——阳极半径(对于非圆柱形的其他形状，r=C/2π,其中C是横截面周长),单位为米(m)。简单来说，安装在距离钢表面0.3m～0.15m的阳极，可以将电阻设为R。×1.3。这种简化可以通过数学建模或直接现场测量来改进。B.1.2安装在构筑物钢表面的长平贴阳极，长度不小于4倍宽。阳极电阻计算按公式(B.3)计算：式中：R.——阳极电阻，单位为欧姆(Ω);S——阳极长度和宽度的算术平均值，单位为米(m)。B.1.3安装在构筑物钢表面的短平贴或镯式阳极按公式(B.4)计算：p——环境电阻率，单位为欧姆米(2·m);A——阳极的暴露表面积，单位为平方米(m²)。GB/T39155—2020/ISO13174:2012B.2阳极电阻寿命结束时的计算如果阳极消耗导致尺寸变化，电阻将随时间而增加。设计需要评估在寿命结束时阳极的电流输出能力(见A.1和A.2中再极化的电流密度值)。a)寿命结束时阳极的质量计算对于所有阳极形状，按公式(B.5)计算：Wfinal=Winital·(1—u)……(B.5)式中：W——阳极合金(不包括钢芯)的净质量，单位为千克(kg);Wfial——初始值；u——利用率。利用率取决于剩余的阳极材料无法提供所需电流(无量纲)时消耗的阳极材料来确定。阳极的形状和内部钢芯的设计将影响其利用系数，范围可能在0.7～0.95之间。b)寿命结束时阳极尺寸的计算对于细长阳极，按公式(B.6)计算：Lfinal=Linital一(0.1×u·Linital)……(B.6)式中：L——阳极合金的长度，单位为米(m);Lfial——最终(或寿命结束)值。阳极最终(寿命结束)时(包括芯体),假定是长度为Lfm横截面积可通过上述WGml的计算的圆柱体，阳极合金的密度和阳极最终长度时阳极芯的体积可按公式(B.7)和公式(B.8)计算：……(B.7)……(B.8)式中：X阳极最终(寿命结束)时的(包括芯体)横截面积，单位为平方米(m²);Xore——芯体的横截面积，单位为平方米(m²);damd——阳极合金的密度，单位为千克每立方米(kg/m³);riml——最终(或寿命结束)阳极半径，单位为米(m)。对于长平齐安装的阳极：对于细长阳极，假设最终形状是半圆柱体，因此rfinal可按公式(B.9)计算：……(B.9)rfmal——最终(或寿命结束)阳极半径，单位为米(m);X阳极最终(寿命结束)时的(包括芯体)横截面积，单位为平方米(m²)。21GB/T39155—2020/ISO13174:2012对于短阳极或环式阳极：假设电阻从一开始就保持不变。B.3电解质电阻率宜先正确测量或评估B.1中阳极电阻计算相关的电解质电阻率后，再进行港口、海港、沿海和防洪设施的阴极保护设计。在牺牲阳极系统的设计中，电解质电阻率特别重要，因为使用不正确的电阻率数据会对计算出的阳极的电阻和电流输出产生重大影响。如果设计提供了足够的输出电压变化，则溶液电阻率对外加电流辅助阳极的影响不大。以下电阻率值是常用值：——海泥：0.70Ω·m～31.70Ω·m(70Ω·cm～170Ω·cm);对于微咸水，根据盐含量的不同，电阻率可能会存在很大的波动(0.20Ω·m～10Ω·m)。由于这些值存在如此广泛的差异，实际值宜在设计前测量。水的电阻率随着温度而显著变化，宜在特定位置进行全温度变化范围评估。宜测定每个电阻率的温度，并与测量数据一起记录，以便进行评估。在潮汐区域，低水位时的水可能变得更咸，而河流或地表水径流中的淡水可能会对电阻率产生显著影响，宜对水进行取样并确定其电阻率。取样应能代表所有潮汐条件和所有可能的淡水污染程度。不同温度下，不同的海水和不同咸水浓度下电阻率如图B.1所示。图B.1基于温度和海水密度(盐度)的电阻率B.4牺牲阳极电流输出牺牲阳极的电流输出可用欧姆定律确定，可按公式(B.10)计算：GB/T39155—2020/ISO13174:2012式中：I——电流输出，单位为安培(A);…………(B.10)△U通常为钢的极化电位(在非MIC/ALWC环境中为一0.80V,相对于Ag/AgCl/海水参比电极MIC/ALWC环境中为一0.90V)和特定阳极合金在海水中运行电位(通常为：Al-Zn-In合金1.10V~-1.05V,Zn合金为-1.05V~-1.00V,Mg阳极合金为一1.55V~-1.65V)之间的电位差。阳极运行电位值在海泥中可能更正。因此，受特定阳极特性的影响，在MIC/ALWC中下，采用Al-Zn-In合金阳极的构筑物，相对于Ag/AgCl/海水的电位为-0.90V时，△U在0.15V～0.20V的范围内。无MIC/ALWC的环境下，采0.30V的范围内。B.5阳极寿命阳极寿命(Tanode)可按公式(B.11)计算：式中：……(B.11)u利用率，由剩余阳极材料不能满足电流需求时消耗的阳极材料的比例决定；阳极的形状及其内钢芯的设计将影响利用率，值可能在0.70～0.95的范围内；E阳极材料在所处环境中的消耗率，单位为千克每安培年[kg/(A·y)](见EN12496);Is,ande——寿命期间阳极的平均电流输出，单位为安培(A)。B.6最小净重要求阴极保护区所需阳极材料的最小净重可按公式(B.12)计算：式中：Wtotul——所需牺牲阳极材料的最小总净重，单位为千克(kg);Imen——构筑物所需的总维护电流，单位为安培(A);……(B.12)4利用率，由剩余阳极材料不能满足电流需求时消耗的阳极材料的比例决定；阳极的形状及其内钢芯的设计将影响利用率，值可能在0.70～0.95的范围内；Q——所考虑环境中阳极材料的实际电容量，单位为安培小时每千克(A·h/kg);8760——一年的小时数，单位为小时每年(h/y);23GB/T39155—2020/ISO13174:2012(资料性附录)外加电流辅助阳极的典型电化学特性用于海港设施的外加电流辅助阳极系统的典型电化学特性见表C.1。表C.1外加电流辅助阳极系统的典型电化学特性阳极材料消耗率阳极材料和电解质间的最大电压V铂钛0.004～0.012*铂铌0.004～0.012*铂钽0.004～0.0124500～3000°钛基体上的混合金属氧化层(MMO)0.0005～0.001400～1000°铅Ag高硅铸铁铂膜的寿命可能受溶液电阻率的影响，消耗速率随电阻率的增加而增加。铂膜的寿命也可能受DC电源中纹波幅度和频率的影响。建议幅度低于100mV(RMS),频率不低于100Hz。在海水中，如果相对于Ag/AgCl/海水电极的阳极电位超过8V,则钛上的氧化膜可能会破裂。完全镀铂、MMO镀层或盐度较低的环境可使用更高的电压。在冷海水中，钛基底上MMO的最大阳极电流密度为0℃~5℃时宜低于100A·m-²,5℃~10℃时，低于阳极电流密度足够大时，在充气的海水中可以形成和维持PbO₂膜，电流密度分别为100A·m-²和40A·m-²使用含铂针的铅/Ag合金时，形成和维持该膜电流密度为50A·m-²和20A·m-²。GB/T39155—2020/ISO13174:2012(资料性附录)设计指南D.1电流密度——再极化电流密度：用于验证阳极的输出电流容量达到使用极限率时(如最终有效尺寸),发生严D.2决定牺牲阳极电流输出和使用寿命的要素阳极材料的基本要求见EN12496。宜考虑释放到电解质中的合金金属成分对环境的影响。阳极电流输出取决于环境电阻率及阳极的形状和尺寸(见5.3、5.5和附录B)。决于阳极材料的消耗率及其质量。阳极的外形和尺寸决定电流的最终输出值，阳极的利用率决定阳极是否能实现完全消耗。对于大应优化牺牲阳极的尺寸和数量以减少总质量。并给出大于或等于在阳极寿命期间对结构进行永久保护所需电流的保护电流。阴极保护系统宜有足够质量的阳极材料，以保证在系统设计寿命期间维持(平均)电流需求。输出电流由欧姆定律给出，如5.5和附录B所述。阳极寿命可使用附录B中给出的公式确定。D.3决定阳极分布的要素阳极的分布宜尽量减少阳极间的相互影响(见B.1)。阳极的位置宜尽量减少机械损伤(例如，Z形或U形桩构成的钢板桩墙内)。阳极宜以不会降低构筑物性能的方式定位和连接到构筑物上。阳极的位置宜确保从阳极到受保护构筑物的电流分布尽可能均匀。对于低电流输出阳极，例如港口和海港应用的传统牺牲阳极，如果阳极的分布能保证需要保护的每个局部表面都受到保护，则单个阳极电流通常小于2A,这与阳极的表面积和电流密度的乘积有关(即，海水中阳极间的间距比盐水泥浆中近，裸钢的阳极间距比涂层钢近),这种简单的设计方法通常能够满足要求。当单个阳极电流输出较低(小于20A)时，这个方法能提供A.1中所说的附加电流(10%～50%),也可用于安装在构筑物上的简单的外加电流系统。但是，对于复杂构筑物或大电流阳极(电流或外加电流),可能需要更精密的设计模。或者，可以通过以往的记录、类似环境和类似结构的构筑物/电解质的电位测量来推断新构筑物的阳极分布。[1]ISO9001Qualitymanagementsystems—Requirements—test[2]ISO12944-1Paintsandvarnishes—Corrosionprotectionofsteelstructuresbyprotectivepaintsystems—Part1:General[3]ISO12944-2Paintsandvarnishes—Corrosionprotectionofsteelstructuresbyprotectivepaintsystems—Part2:Classificationofenvironments[4]BS6349-1:2000MaritimeStructures:Part1:CodeofPracticeforGeneralCriteria[5]EN15257Cathodicprotection—Competencelevelsandcertificationofcathodicprotection[6]CIRIAC634ManagementofAcceleratedLowWaterCorrosioninSteelMaritimeStruc-tures(ISBN:0-86017-634-7)[8]IMO.RecommandationsontheSafeTransportofDangerousCargoesandrelatedActivitiesinPortAreas.2007dcurrentsysteminnaturalwatersandsalinemuds,CORROSION/86,NACE,Houston,USA[10]DetNorskeVeritasIndustriNorgeA/S,RecommendedPractice,DNVRPB401,Cathodicprotectiondesign,Oct.2010IGB/T39155—2020/ISO13174:2012 Ⅲ 11.1一般规定 1 1 1 11.5安全和环境保护 1 1 2 3 4 45.2阴极保护准则 45.3设计参数 55.4电流需求 55.5阴极保护系统 75.6电连续性 85.7相互作用 86外加电流系统 9 9 9 7牺牲阳极系统 7.4阳极位置 7.5安装 8.2调试——牺牲阳极系统 8.3调试——外加电流系统 8.4运行和维护 9.2外加电流系统 ⅡGB/T39155—2020/ISO13174:20129.3牺牲阳极系统 附录A(资料性附录)海港设施阴极保护的电流要求指南 附录B(资料性附录)阳极电阻、电流和寿命的确定 附录C(资料性附录)外加电流辅助阳极的典型电化学特性 附录D(资料性附录)设计指南 251GB/T39155—2020/ISO13174:2012金属和合金的腐蚀海港设施的阴极保护1范围和防洪设施及附属设施的金属外表面提供腐蚀防护。本标准规定了固定的和浮动的港口及海港构筑物的阴极保护，包括桥墩、码头、系缆柱(靠泊、系本标准适用于阳极暴露在水或海泥中的阴极保护系统。对于泥下区，通常桩墙后或沉箱内的土壤或填砂区域，受腐蚀影响严重。EN12954规定了阳极暴露在土壤中的阴极保护设计和操作要求。本标准不适用于固定或浮动的