Приложението на технология за катодна защита в офшорни вятърни паркове

Технологията за катодна защита (Cathodic Protection, CP) е критична техника за контрол на корозията в офшорната вятърна индустрия, използвана предимно за защита на стоманени конструкции (като монопилни фундаменти, конструкции на кожуха и офшорни подстанции) от електрохимична корозия в морска вода и морска атмосферна среда. Поради дългосрочното-излагане на офшорните вятърни съоръжения на сложни корозивни среди, характеризиращи се с висока соленост, влажност, размиване от вълни и микроорганизми, технологията за катодна защита се превърна в една от основните мерки за осигуряване на тяхната дългосрочна-безопасна работа.

Корозията в офшорните вятърни съоръжения произтича основно от следните фактори на околната среда:

• Корозия на морска вода: Високата соленост, разтвореният кислород и хлоридните йони ускоряват корозията на метала.
• Корозия в зоната на приливите и отливите: Редуващите се мокри-сухи цикли създават разлики в концентрацията на кислород, засилвайки локализираната корозия.
• Морско биологично обрастване: Микроорганизмите (напр. сулфат-редуциращи бактерии) насърчават локализирана корозия.
• Циклично натоварване: Динамичните напрежения, предизвикани от вятър и вълни, ускоряват умората от корозия.

Типични зони,-податливи на корозия:

• Монополни основи: Потопена зона, приливна зона, зона на пръски.
• Конструкции на кожуха и преходни части: Заварени съединения, тръбни възли.
• Офшорни подстанционни платформи: стоманени пилоти, палубни опорни конструкции.
• Вътрешни тръбопроводи: Кабелни стоманени обшивки, тръби за фугиране.

1. Катодна защита на жертвения анод (SACP)

Принцип:

• Използва метали с по-висока електрохимична активност (напр. алуминий, цинкови сплави) като аноди, които корозират предимно за защита на стоманени конструкции.

Приложения:

• Монополни основи: Аноди, заварени или завинтени директно върху повърхността на пилота.
• Тръбни възли на кожуха: Пръстенообразни аноди, инсталирани около тръбни съединения.
• Преходни зони за фугиране: Аноди, вградени във фугиращи материали.

Анодни материали:

• Аноди от алуминиева сплав: Висока ефективност на тока (85%~90%), висок електрически капацитет, подходящи за среди с морска вода.
• Аноди от цинкова сплав: Отлична стабилност, токова ефективност от 90%~95% в морска вода и тиня на морското дъно, подходящи за среда с морска вода и подводна кал.

Съображения за дизайн:

• Изчислете количеството и разпределението на анода въз основа на продължителността на живота на конструкцията (обикновено 25-30 години).
• Помислете за изискванията за плътност на тока (напр. потопена зона: 80~120 mA/m²; приливна зона: 150~200 mA/m²; под-кална зона: 20~25 mA/m²).

2. Катодна защита от импресиран ток (ICCP)

Принцип:

• Използва външен източник на захранване, за да накара тока да тече върху защитената структура, предизвиквайки катодна поляризация върху металната повърхност.

Приложения:

• Големи офшорни платформи за подстанции: Голяма зона на покритие и текущо търсене.
• Сложни структури: много-пилотни обшивки или динамични кабелни системи.

Системни компоненти:

• Аноди: Аноди от смесен метален оксид (MMO), Платинизиран ниобиев анод, Платинизиран титанов анод.
• Захранване: трансформаторни токоизправители или токоизправители с постоянен ток.
• Референтни електроди: Ag/AgCl или цинкови електроди за-наблюдение на потенциала в реално време.

Предимства:

• Регулируем изходен ток за адаптиране към динамични корозионни среди.
• Suitable for long-life projects (>30 години) с ниски разходи за поддръжка.

1. Потенциални критерии:

• Диапазон на защитния потенциал за стоманени конструкции: -0,80 V ~ -1,10 V (спрямо Ag/AgCl електрод).
• Избягвайте свръх{0}}защита (потенциали под -1,10 V спрямо Ag/AgCl), за да предотвратите разлепване на покритието или водородна крехкост.

2. Разположение и монтаж на анода:

• Монопилни основи: Анодите обикновено са подредени по периферията, като се фокусират върху приливните зони и зоните под калната линия.
• Структури на кожуха: Повишена плътност на анода при тръбни съединения и заварки.
• Динамични зони: Използвайте напрегнати спомагателни аноди или сегментирани дизайни, за да приспособите структурната деформация.

3. Синергия на покритието:

• CP трябва да се комбинира с високо{0}}ефективни анти{1}}корозионни покрития (напр. епоксидни, полиуретанови).
• Катодната защита компенсира дефектите или щетите на покритието.

4. Мониторинг и поддръжка:

• Потенциален мониторинг: Чрез предварително -инсталирани референтни електроди или ROV инспекции.
• Проверки на потреблението на анода: Редовно измерване на остатъчната маса на анода или изходния ток.
• Интелигентни системи: IoT{0}}разрешено-предаване на данни в реално време до наземни контролни центрове.

• Германската вятърна ферма Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1.
• Shenneng Hainan CZ2 600MW демонстрационен проект за офшорна вятърна енергия.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW офшорна вятърна ферма ICCP System Research Project.
• SPIC Xiangshan 1# 500MW проект за офшорна вятърна ферма.
• Китай Три клисури Yangjiang Yangxi Shapa 300MW проект за офшорна вятърна енергия.
• Проект за офшорна вятърна енергия Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW.
• CPI Dafeng H3# 300MW проект за офшорна вятърна ферма.

1. Технически предизвикателства

• Ефекти от динамично натоварване: предизвикано от вълна-напукване от умора при връзките на анодната-структура.
• Дълбоко{0}}морска среда: Неравномерно разпределение на анодния ток на дълбочини над 50 метра.
• Контрол на разходите: Разходите за анодни материали представляват 10-15% от общите разходи в големите вятърни паркове.

2. Иновационни направления

Нови анодни материали:

• Нано-композитни аноди (напр. Al-Zn-In-Ti) за подобряване на ефективността на тока.
• Екологични аноди (ниско разтваряне на тежки метали).

Интелигентни системи:

• AI-базирана адаптивна технология за регулиране на потенциала.
• ROV{0}}подпомогнато съвместно наблюдение.

Хибридно захранване с енергия:

• Интегриране на слънчева и вятърна енергия за осигуряване на зелена енергия за ICCP системи.

3. Стандарти и разпоредби

Международни стандарти:

• ISO 24656-2022 (Катодна защита на офшорни вятърни съоръжения).
• DNV-RP-B401 Дизайн на катодна защита.

Китайски стандарти:

• SY/T10030-2018 „Кодекс за проектиране на системи за катодна защита на офшорни неподвижни платформи“.
• NB/T 10626-2021 „Кодекс за антикорозионно проектиране на проекти за офшорни вятърни паркове“.

Технологията за катодна защита е крайъгълен камък за осигуряване на издръжливостта на офшорни вятърни конструкции, изискваща интегриране на науката за материалите, морското инженерство и технологиите за интелигентно наблюдение. Тъй като индустрията напредва към по-дълбоки води и по-големи капацитети, CP системите ще наблегнат на по-висока ефективност, екологична устойчивост и интелигентност. Бъдещите иновации в материалите и цифровото управление се очаква да намалят разходите за жизнения цикъл и да подкрепят глобалното устойчиво развитие на офшорната вятърна енергия.