Приложението на технологията за катодна защита в пристанищните терминали

Технологията за катодна защита (CP) е критична анти{0}}корозионна техника в пристанищната и кейовата индустрия, използвана предимно за защита на метални конструкции като стоманени пилоти, пилоти от стоманени тръби, стоманени шпунтови пилоти, стоманени порти, нефтопроводи и основи на-морски мостове от електрохимична корозия в морска вода, зони на приливи и отливи и почвени среди. Пристанищните съоръжения са хронично изложени на сложни корозивни среди, характеризиращи се с висока соленост, влажност, редуващи се влажни-сухи условия и биозамърсяване. Катодната защита, съчетана с анти-корозионни покрития, значително удължава експлоатационния живот на конструкцията (обикновено проектиран за над 50 години).

1. Зони на корозия

Корозивните среди в пристанищата и кейовете са разделени на следните зони въз основа на местоположението:

• Потопена зона: Постоянно потапяне в морска вода със скорости на корозия, повлияни от разтворен кислород, соленост, температура и морски организми.
• Приливна зона: Редуващи се мокри-сухи условия, причиняващи корозия на клетката с концентрация на кислород, с най-висока скорост на корозия (до 0,5 mm/година).
• Зона на пръски: Повтарящи се удари на вълни и пръски, показващи втората-най-висока скорост на корозия след зоната на приливите и отливите.
• Атмосферна зона: солена мъгла и UV радиация, ускоряващи разграждането и отлепването на покритието.

2. Първични форми на корозия

• Електрохимична корозия: Метал-електролит (морска вода/почва), образуващ контакт с корозионни клетки.
• Корозия на пукнатини: Натрупване на корозивна среда при връзките между стоманени пилоти, калници и болтове.
• Микробиологично повлияна корозия (MIC): Сулфат-редуциращи бактерии (SRB), ускоряващи локализираната корозия.
• Корозия на блуждаещ ток: Електрически смущения от пристанищни енергийни системи или плавателни съдове.

В пристанищата и кейовете се използват два основни метода на CP, избрани въз основа на типа структура, условията на околната среда и-ефективността на разходите:

1. Жертвен анод CP (SACP)

Приложения:

• Стоманени тръбни пилоти/шпунтови пилоти: Аноди, заварени или завинтени директно върху повърхностите на пилотите.
• Стоманени врати/калници: Аноди, равномерно разпределени от двете страни на вратите или вътрешните повърхности на калниците.
• Малки кейове/временни структури: Лесен монтаж без външно захранване.

Анодни материали:

• Аноди от алуминиева сплав: Висока токова ефективност (85%~90%) и капацитет, подходящи за морска вода.
• Аноди от цинкова сплав: Стабилна производителност с 90%~95% токова ефективност в морска вода/седимент.

Съображения за дизайн:

а. Плътност на защитния ток:

• Потопена зона: 80-120 mA/m²
• Приливна зона: 150-200 mA/m² (изисква повишена плътност на анода)
• Подпочвена зона: 20-25 mA/m²

b. Разположение на анода:

• Периферентно разпределение на купчини, фокусирано върху приливните зони и под калните линии.
• Segmented arrangement for long piles (>30m), за да балансирате разпределението на тока.

2. Впечатлен текущ CP (ICCP)

Приложения:

• Големи терминали (напр. LNG/контейнерни терминали): Голямо текущо търсене за обширно покритие.
• Сложни конструкции (напр. напречни-пилоти на морски мостове, тръбопроводи): Изисква динамично регулиране на тока.
• Среда с високо{0}}съпротивление (напр. пясъчни почви или сладководни зони).

Системни компоненти:

а. Анодни материали:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25 години живот.
• Аноди от благороден метал (Pt/Nb): За силно корозивни среди, но прекалено скъпи.

b. Захранване:

• Трансформаторни токоизправители: Автоматично регулиране на изхода за поддържане на -0,80~-1,10 V (спрямо Ag/AgCl).
• Интегрирано дистанционно наблюдение: Поддържа кабелни/безжични/RS485/мобилни мрежи за-предаване на данни в реално време (изходен ток на токоизправител на трансформатор, изходно напрежение, потенциал за катодна защита, състояние на работа на оборудването и аларма за повреда.) към облачни/локални контролни центрове. Интелигентните токоизправители позволяват дистанционно управление/регулиране на параметри.

c. Еталонни електроди:

• Морска вода: Ag/AgCl или Zn електроди за-наблюдение в реално време.

Съображения за дизайн:

а. Оформление на анодното легло:

• Офшорни анодни легла: Разположени на морското дъно близо до фронтовете на терминала.

b. Текуща оптимизация на разпространението:

• Разпределени аноди (напр. MMO шейни) за премахване на слепите зони.
• Софтуер за метода на граничните елементи (BEM) за симулиране на разпределението на електрически ток. (напр. Beasy, COMSOL).

1. Международни и национални стандарти

Международен:

• ISO 15589-2-2012 Петролна, нефтохимическа и природен газ промишленост - Катодна защита на тръбопроводни транспортни системи Част 2: Офшорни тръбопроводи
• NACE SP 0169 Контрол на външната корозия на подземни или потопени метални тръбопроводни системи
• NACE SP0176-2007 Контрол на корозията на потопени зони на постоянно монтирани стоманени офшорни конструкции, свързани с производството на петрол
• DNV-RP-B401-2021 Конструкция за катодна защита
• DNVGL-RP-F103-2016 Катодна защита на подводни тръбопроводи чрез галванични аноди

Китайски стандарти:

• GB/T 35988-2018 Петролна и газова промишленост-Катодна защита на подводни тръбопроводи
• JTS 153-3-2007 Технически кодекс за антикорозионна защита на стоманени конструкции в пристанищното инженерство
• JTS 153-2015 Стандарт за проектиране на дълготрайност на инженерни конструкции за воден транспорт
• GJB 156A-2008 Проектиране и инсталиране на жертвена анодна защита за пристанищни съоръжения
• GB/T 17005-2019 Общи изисквания за системи за катодна защита с импресиран ток на крайбрежни конструкции

2. Комбиниран дизайн на защитата

Покритие + CP синергия:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95% покритие).
• CP предпазва дефектите на покритието (дупки, строителни повреди).

Потенциална съвместимост:

• Избягвайте прекомерна-защита (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Намаляване на блуждаещите токове

Мерки за дренаж:

• Инсталирайте дренажни устройства в засегнатите зони.
• Изолирайте пристанищните-тръбопроводи с помощта на изолационни фланци.

• Нигерия LNG (NLNG) T7 Терминал CP Проект
• BASF (Гуангдонг) Интегриран проект за наливни течности
• Zhoushan LNG Receiving Terminal & Refueling Station Wharf Project (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (милиона тона годишно) Рафиниране-Химическа интеграция Фаза I Liquid Chemical Wharf
• Хонг Конг LNG терминал CP & RMS система за мониторинг
• Електроцентрала Matabari Coal-Coal Wharf (Бангладеш)
• Пристанище Fuzhou Sandu'ao пристанищна зона Cheng'ao Западна зона Пристанище 1 Монтаж

1. Конвенционални методи

Потенциално измерване:

• Потопени: водолази с преносими референтни електроди.
• Приливна зона: Фиксирани електроди или сензори,-монтирани на дрон.

Консумация на анода:

• Редовно претегляне или електрохимична импедансна спектроскопия (EIS) за оставащия живот.

2. Интелигентни системи за наблюдение

Отдалечени платформи:

• Мониторинг-в реално време на изходите на токоизправителя (ток, напрежение, cp потенциал) и ефективността на анода (ток, потенциал, температура) с дистанционно предаване към облачен сървър или контролен център.
• AI алгоритми за прогнозиране на продължителността на живота на анодите и предупреждения за корозия.

ROVs(Превозно средство с дистанционно управление):

• Визуална проверка на-аноди/покрития с дълбока вода.

1. Технически предизвикателства

Сложност на околната среда:

• Покриване на утайки, причиняващо екраниране на аноден ток (изисква окачени аноди/импулсен ток).
• Условията на тропическите пристанища ускоряват разграждането на покритието.

Разходна-ефективност:

• Високи първоначални разходи за ICCP (20-30% от общия бюджет за антикорозия) за големи терминали.

2. Иновации

Екологични-аноди:

• Cd-свободни Zn сплави, ниско-алуминиеви сплави за намаляване на замърсяването на морето.

Възобновяема енергия:

• Слънчево/вятърно-захранван ICCP (напр. пилот на пристанище Qingdao Dongjiakou).

Интелигентни покрития:

• Самовъзстановяващи се покрития (микрокапсулна технология) в синергия с CP.

CP технологията остава жизненоважна за безопасността на пристанищната инфраструктура, изискваща интегриран анализ на корозията, наука за материалите и интелигентен мониторинг. Бъдещото развитие ще се съсредоточи върху еко-материали, интелигентни системи и интегриране на възобновяема енергия, за да се отговори на изискванията за дълбоководни-терминали и екологични-пристанища, движейки глобалното пристанищно инженерство към висока ефективност, ниски въглеродни емисии и удължено дълголетие.