Zastosowanie technologii ochrony katodowej w terminalach portowych

Technologia ochrony katodowej (CP) to kluczowa technika antykorozyjna-w przemyśle portowym i nabrzeżowym, stosowana głównie do ochrony konstrukcji metalowych, takich jak pale stalowe, pale rur stalowych, grodzice stalowe, bramy stalowe, rurociągi naftowe i-fundamenty mostów poprzecznych-morskich przed korozją elektrochemiczną w wodzie morskiej, strefach pływowych i środowisku glebowym. Obiekty portowe są stale narażone na złożone środowiska korozyjne charakteryzujące się wysokim zasoleniem, wilgocią, naprzemiennymi warunkami mokrymi-suchymi i biofoulingiem. Ochrona katodowa w połączeniu z-powłokami antykorozyjnymi znacznie wydłuża żywotność konstrukcji (zwykle projektowana na ponad 50 lat).

1. Strefy korozji

Środowiska korozyjne w portach i nabrzeżach są podzielone na następujące strefy w zależności od lokalizacji:

• Strefa zanurzona: Stałe zanurzenie w wodzie morskiej, na szybkość korozji wpływa rozpuszczony tlen, zasolenie, temperatura i organizmy morskie.
• Strefa pływów: naprzemienne warunki mokre-suche powodujące korozję ogniwa zawierającego stężenie tlenu, z największą szybkością korozji (do 0,5 mm/rok).
• Strefa rozprysków: powtarzające się uderzenia fal i rozprysków, wykazujące drugą-najwyższą szybkość korozji po strefie pływowej.
• Strefa atmosferyczna: Mgła solna i promieniowanie UV przyspieszające degradację i łuszczenie się powłoki.

2. Pierwotne formy korozji

• Korozja elektrochemiczna: kontakt-metalu z elektrolitem (woda morska/gleba) tworzy komórki korozyjne.
• Korozja szczelinowa: Nagromadzenie czynników korozyjnych na połączeniach stalowych pali, odbojnic i śrub.
• Korozja pod wpływem mikrobiologii (MIC): bakterie-redukujące siarczany (SRB) przyspieszające miejscową korozję.
• Korozja prądów błądzących: zakłócenia elektryczne pochodzące z portowych systemów zasilania lub statków.

W portach i nabrzeżach stosuje się dwie podstawowe metody CP, wybrane na podstawie rodzaju konstrukcji, warunków środowiskowych i-opłacalności:

1. Anoda ofiarna CP (SACP)

Aplikacje:

• Pale rur stalowych/grodzice: Anody przyspawane lub przykręcone bezpośrednio do powierzchni pali.
• Bramy/odbojnice stalowe: Anody równomiernie rozmieszczone po obu stronach bram lub wewnętrznych powierzchniach odbojników.
• Małe nabrzeża/konstrukcje tymczasowe: Łatwa instalacja bez zewnętrznego zasilania.

Materiały anodowe:

• Anody ze stopu aluminium: Wysoka wydajność prądowa (85% ~ 90%) i pojemność, odpowiednie dla wody morskiej.
• Anody ze stopu cynku: stabilna wydajność przy wydajności prądowej 90% ~ 95% w wodzie morskiej/osadach.

Zagadnienia projektowe:

A. Gęstość prądu ochronnego:

• Strefa zanurzona: 80-120 mA/m²
• Strefa pływów: 150-200 mA/m² (wymaga zwiększonej gęstości anod)
• Strefa podglebia: 20-25 mA/m²

B. Układ anody:

• Rozkład obwodowy na palach, ze szczególnym uwzględnieniem stref pływowych i poniżej linii błotnych.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) w celu zrównoważenia dystrybucji prądu.

2. Pod wrażeniem bieżącego CP (ICCP)

Aplikacje:

• Duże terminale (np. terminale LNG/kontenerowe): Wysokie zapotrzebowanie na prąd w celu zapewnienia szerokiego zasięgu.
• Złożone konstrukcje (np. pale-mostów morskich, rurociągi): wymagają dynamicznej regulacji prądu.
• Środowiska o wysokiej-oporności (np. gleby piaszczyste lub obszary słodkowodne).

Elementy systemu:

A. Materiały anodowe:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25-letnia żywotność.
• Anody z metali szlachetnych (Pt/Nb): Do środowisk silnie korozyjnych, ale zbyt drogie.

B. Zasilanie:

• Prostowniki transformatorowe: Automatycznie dostosowują moc wyjściową, aby utrzymać -0,80 ~ -1,10 V (w porównaniu do Ag/AgCl).
• Zintegrowane zdalne monitorowanie: obsługuje sieci przewodowe/bezprzewodowe/RS485/komórkowe w celu-transmisji danych w czasie rzeczywistym (prąd wyjściowy prostownika transformatora, napięcie wyjściowe, potencjał ochrony katodowej, stan działania sprzętu i alarmy o usterkach) do chmury/lokalnych centrów sterowania. Inteligentne prostowniki umożliwiają zdalną obsługę/regulację parametrów.

C. Elektrody referencyjne:

• Woda morska: elektrody Ag/AgCl lub Zn do monitorowania-w czasie rzeczywistym.

Zagadnienia projektowe:

A. Układ złoża anodowego:

• Morskie złoża anodowe: rozmieszczone na dnie morskim w pobliżu frontów terminali.

B. Bieżąca optymalizacja dystrybucji:

• Rozproszone anody (np. sanki MMO) w celu wyeliminowania martwych stref.
• Oprogramowanie do metody elementów brzegowych (BEM) do symulacji rozkładu prądu elektrycznego. (np. Beasy, COMSOL).

1. Normy międzynarodowe i krajowe

Międzynarodowy:

• ISO 15589-2-2012 Przemysł naftowy, petrochemiczny i gazowniczy – Ochrona katodowa systemów transportu rurociągami Część 2: Rurociągi podmorskie
• NACE SP 0169 Kontrola korozji zewnętrznej w podziemnych lub zanurzonych metalowych instalacjach rurowych
• NACE SP0176-2007 Kontrola korozji obszarów zanurzonych na stałe zainstalowanych stalowych konstrukcji morskich związanych z produkcją ropy naftowej
• DNV-RP-B401-2021 Konstrukcja z ochroną katodową
• DNVGL-RP-F103-2016 Ochrona katodowa rurociągów podmorskich za pomocą anod galwanicznych

Chińskie standardy:

• GB/T 35988-2018 Przemysł naftowy i gazowy – Ochrona katodowa rurociągów podmorskich
• JTS 153-3-2007 Kodeks techniczny dotyczący antykorozyjnej konstrukcji stalowych w inżynierii portowej
• JTS 153-2015 Norma dotycząca projektowania wytrzymałościowego obiektów inżynieryjnych transportu wodnego
• GJB 156A-2008 Projektowanie i montaż anod protektorowych w obiektach portowych
• GB/T 17005-2019 Ogólne wymagania dotyczące systemów ochrony katodowej pod napięciem konstrukcji przybrzeżnych

2. Połączony projekt ochrony

Powłoka + synergia CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>pokrycie 95%).
• CP zabezpiecza wady powłoki (dziury, uszkodzenia konstrukcji).

Potencjalna kompatybilność:

• Unikaj nadmiernej-ochrony (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Ograniczanie prądu błądzącego

Środki odwadniające:

• Zainstaluj urządzenia odwadniające w dotkniętych obszarach.
• Izoluj rurociągi portowe-lądowe za pomocą kołnierzy izolacyjnych.

• Projekt terminala CP terminala LNG LNG (NLNG) T7 w Nigerii
• Projekt zintegrowany BASF (Guangdong) Terminal masowy cieczy
• Projekt terminalu odbiorczego i stacji tankowania Zhoushan LNG (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (miliony ton rocznie) Rafinacja-Faza I integracji chemicznej Nabrzeże z płynnymi substancjami chemicznymi
• System monitorowania CP i RMS terminalu LNG w Hongkongu
• Matabari Coal-Nabrzeże węglowe w elektrowni opalanej elektrownią (Bangladesz)
• Port Fuzhou Sandu'ao Obszar portu Cheng'ao Zachodnia strefa nabrzeża 1 Instalacja

1. Metody konwencjonalne

Pomiar potencjału:

• Zanurzony: nurkowie z przenośnymi elektrodami odniesienia.
• Strefa pływów: stałe elektrody lub czujniki-montowane na dronach.

Zużycie anody:

• Regularne ważenie lub elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS) przez pozostały okres użytkowania.

2. Inteligentne systemy monitorowania

Platformy zdalne:

• Monitorowanie w czasie rzeczywistym-wyjść prostownika (prąd, napięcie, potencjał cp) i pracy anod (prąd, potencjał, temperatura) ze zdalną transmisją do serwera w chmurze lub centrum sterowania.
• Algorytmy AI do przewidywania żywotności anod i ostrzegania o korozji.

pojazdy ROV(Pojazd zdalnie sterowany):

• Kontrola wzrokowa-głębokowodnych anod/powłok.

1. Wyzwania techniczne

Złożoność środowiska:

• Pokrycie osadem powodujące ekranowanie prądu anodowego (wymaga anod zawieszonych/prądu impulsowego).
• Tropikalne warunki portowe przyspieszające degradację powłok.

Opłacalność-:

• Wysokie koszty początkowe ICCP (20-30% całkowitego budżetu na ochronę antykorozyjną) w przypadku dużych terminali.

2. Innowacje

Ekologiczne-anody:

• Stopy Zn-wolne od CD, stopy Al o niskim-rozpuszczaniu, stosowane w celu zmniejszenia zanieczyszczenia morza.

Energia odnawialna:

• ICCP zasilany energią słoneczną/wiatrową- (np. pilot portu Qingdao Dongjiakou).

Inteligentne powłoki:

• Powłoki-samonaprawiające się (technologia mikrokapsułek) w połączeniu z CP.

Technologia CP pozostaje kluczowa dla bezpieczeństwa infrastruktury portowej, wymagając zintegrowanej analizy korozji, materiałoznawstwa i inteligentnego monitorowania. Przyszły rozwój skupi się na-ekomateriałach, inteligentnych systemach i integracji energii odnawialnej, aby sprostać wymaganiom-terminali głębinowych i-przyjaznych środowisku portów, kierując globalną inżynierię portową w stronę wysokiej wydajności, niskiej emisji dwutlenku węgla i wydłużonej żywotności.