水下接地降阻方法在海洋工程中的创新应用

 防雷知识    |      2025-05-16 12:30:56

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水下接地降阻技术在海洋工程中的应用需要解决高盐度、强腐蚀和复杂地质条件带来的特殊挑战。传统陆地接地方法在海洋环境中效果大打折扣,必须采用针对性解决方案。实际工程中,铜包钢接地棒配合电解地床的组合方案表现突出,在南海某海上平台项目中,将接地电阻从28Ω降至3.2Ω,效果显著。

海洋环境接地材料选择首要考虑耐腐蚀性。316L不锈钢在海水全浸区年腐蚀率约0.1mm,而铜包钢材料在相同条件下仅为0.03mm。某渤海湾风电项目对比测试显示,热浸镀锌钢接地极使用18个月后出现明显腐蚀,而铜包钢接地极在相同周期内性能保持稳定。建议采用铜层厚度不小于0.25mm的铜包钢材料,铜层纯度要求达到99.9%以上。

电解地床配置需要计算。在东海某钻井平台项目中,采用20支镁阳极(每支15kg)组成的电解地床,配合4根3米长铜包钢接地极,使系统接地电阻从初始的25Ω降至2.8Ω。阳极布置间距应控制在3-5倍阳极长度范围内,埋设深度建议在海床面下1.5-2米处。对于强洋流区域,需采用混凝土配重块固定,每块配重不小于50kg。

深水区接地系统设计需考虑水压影响。在南海150米水深油气田项目中,采用分段式钛合金接地极,每段长度2米,通过液压连接器对接。钛合金在200米水深下的抗压强度仍能保持陆地性能的95%以上。连接部位使用导电密封胶(体积电阻率≤0.01Ω·cm)进行防水处理,经测试在10MPa水压下仍能保持良好密封性。

海底地质条件直接影响降阻效果。琼州海峡某跨海工程勘测发现,海底淤泥层电阻率高达120Ω·m,而下方砂岩层仅35Ω·m。采用冲击钻穿透3米厚淤泥层,将接地极打入砂岩层后,单根接地极电阻从45Ω降至12Ω。建议施工前进行地质电阻率剖面测量,优先选择电阻率低于50Ω·m的地层作为接地极终端位置。

临时施工设备的接地保护常被忽视。在某海上风电安装船作业中,未接地的吊机在雷雨天气感应静电压达12kV。后采用浮动式接地装置:20mm²软铜缆连接船体与4块1m×1m钢板沉入海床,使船体对地电阻降至5Ω以下。临时接地线建议采用多股镀锡铜芯电缆(截面积≥16mm²),每隔20米设置一个海水电极。

阴极保护与接地系统的兼容性需要特别注意。黄海某港口工程中,原设计将钢结构接地与阴极保护系统直接连接,导致保护电流异常流失。改进后采用极化电池(触发电压0.7V)隔离两个系统,既保证了雷电流泄放,又维持了阴极保护效果。测试数据显示,隔离后阴极保护系统电流输出从异常的85A恢复到正常的32A。

施工过程电阻测试要采用正确方法。南海某人工岛项目初期使用普通接地电阻测试仪,测得数据波动达±40%。改用海用型四极法测试仪(输出频率128Hz)后,数据稳定性提升至±5%。水下测试时,电流极与电压极应呈直线布置,间距不小于接地极长度的3倍,测试电流建议保持在10mA以上。

维护周期应根据环境条件动态调整。对比数据表明,渤海区域接地系统每年性能衰减约8%,而南海区域达15%。建议渤海湾项目每18个月进行一次接地电阻检测,南海项目缩短至12个月。维护时重点检查连接部位,使用扭矩扳手确保螺栓紧固力距达到35N·m,接触电阻应低于0.05Ω。

新型导电混凝土在海洋接地中展现优势。某南海岛礁项目采用掺入20%钢纤维的导电混凝土制作接地井,相比传统方法,在相同体积下接地电阻降低42%。配方为:425#硅酸盐水泥400kg/m³,粒径5-10mm珊瑚骨料1200kg/m³,直径0.2mm钢纤维160kg/m³,减水剂1.2%。养护28天后测得体积电阻率为15Ω·m。

雷电监测数据指导接地系统优化。通过分析南海某平台3年雷击记录发现,80%的雷击集中在西北方位。针对性在该侧增设3组垂直接地极(每组长6m,间距5m)后,雷击损坏设备次数减少67%。建议在平台四角安装磁场式雷电监测仪,采样率不低于1MHz,可准确记录雷电流波形参数。

浪溅区接地装置需要特殊防护。东海大桥实测数据显示,浪溅区接地体腐蚀速度是水下区的3倍。采用三层防护方案:底层热喷涂铝(厚度150μm),中间环氧煤沥青漆(干膜厚度300μm),外层聚氨酯面漆(干膜厚度100μm)。经过5年跟踪监测,防护体系完好率达92%,而未防护的对照样件已完全腐蚀。

大型船舶的接地系统要考虑动态补偿。30万吨级油轮在满载与空载状态下,吃水差导致接地电阻变化达60%。采用自动收放式接地装置,通过张力传感器(量程0-500kg)控制电缆收放,保持接地板始终与海床接触。实测表明,该系统能将航行状态接地电阻稳定在5Ω以内。