Anvendelsen af ​​katodisk beskyttelsesteknologi i havneterminaler

Cathodic Protection (CP)-teknologi er en kritisk anti-korrosionsteknik i havne- og kajindustrien, der primært bruges til at beskytte metalkonstruktioner såsom stålpæle, stålrørspæle, stålspuns, stålporte, olierørledninger og kryds-søbrofundamenter mod elektrokemisk korrosion i havvand, tidevandsområder og jordbundszoner. Havnefaciliteter er kronisk udsat for komplekse korrosive miljøer karakteriseret ved høj saltholdighed, fugtighed, skiftende våde-tørre forhold og biobegroning. Katodisk beskyttelse kombineret med anti-korrosionsbelægninger forlænger den strukturelle levetid betydeligt (typisk designet i over 50 år).

1. Korrosionszoner

De ætsende miljøer i havne og kajer er opdelt i følgende zoner baseret på beliggenhed:

• Nedsænket zone: Permanent nedsænkning i havvand med korrosionshastigheder påvirket af opløst ilt, saltholdighed, temperatur og marine organismer.
• Tidevandszone: Skiftende våde-tørre forhold, der forårsager iltkoncentrationscellekorrosion, med den højeste korrosionshastighed (op til 0,5 mm/år).
• Sprøjtzone: Gentagen bølge- og sprøjtepåvirkning, der udviser den næst-højeste korrosionshastighed efter tidevandszonen.
• Atmosfærisk zone: Saltåge og UV-stråling accelererer nedbrydning og afskalning af belægningen.

2. Primære korrosionsformer

• Elektrokemisk korrosion: Metal-elektrolyt-kontakt (havvand/jord) danner korrosionsceller.
• Spaltekorrosion: Ophobning af korrosive medier ved forbindelser mellem stålpæle, fendere og bolte.
• Mikrobiologisk påvirket korrosion (MIC): Sulfat-reducerende bakterier (SRB), der accelererer lokal korrosion.
• Stray Current Corrosion: Elektrisk interferens fra havnestrømsystemer eller fartøjer.

To primære CP-metoder anvendes i havne og kajer, udvalgt ud fra strukturtype, miljøforhold og omkostningseffektivitet:-

1. Offeranode CP (SACP)

Ansøgninger:

• Stålrørspæle/spuns: Anoder svejset eller boltet direkte på pæleflader.
• Stålporte/skærme: Anoder jævnt fordelt på begge sider af porte eller indvendige fenderoverflader.
• Små kajer/midlertidige strukturer: Nem installation uden ekstern strøm.

Anode materialer:

• Aluminiumslegeringsanoder: Høj strømeffektivitet (85% ~ 90%) og kapacitet, velegnet til havvand.
• Zinklegeringsanoder: Stabil ydeevne med 90%~95% strømeffektivitet i havvand/sediment.

Designovervejelser:

en. Beskyttelsesstrømtæthed:

• Nedsænket zone: 80-120 mA/m²
• Tidevandszone: 150-200 mA/m² (kræver øget anodedensitet)
• Undergrundszone: 20-25 mA/m²

b. Anode layout:

• Periferisk fordeling på pæle, med fokus på tidevandszoner og under mudderlinjer.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) for at balancere strømfordelingen.

2. Impressed Current CP (ICCP)

Ansøgninger:

• Store terminaler (f.eks. LNG/containerterminaler): Højt strømbehov for omfattende dækning.
• Komplekse strukturer (f.eks. kryds-søbropæle, rørledninger): Kræver dynamisk strømjustering.
• Miljøer med høj-resistivitet (f.eks. sandjord eller ferskvandsområder).

Systemkomponenter:

en. Anode materialer:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25 års levetid.
• Ædelmetalanoder (Pt/Nb): Til stærkt korrosive miljøer, men uoverkommeligt dyre.

b. Strømforsyning:

• Transformatorensrettere: Juster automatisk output for at opretholde -0,80~-1,10 V (i forhold til Ag/AgCl).
• Integreret fjernovervågning: Understøtter kablede/trådløse/RS485/mobilnetværk til-realtidsdatatransmission (transformerens ensretterudgangsstrøm, udgangsspænding, katodisk beskyttelsespotentiale, udstyrsdriftsstatus og fejlalarm.) til cloud/lokale kontrolcentre. Smarte ensrettere muliggør fjernbetjening/parameterjustering.

c. Referenceelektroder:

• Havvand: Ag/AgCl- eller Zn-elektroder til overvågning i realtid.-

Designovervejelser:

en. Anode seng layout:

• Offshore anode beds: Udsat på havbund nær terminalfronter.

b. Nuværende distributionsoptimering:

• Fordelte anoder (f.eks. MMO-slæder) for at eliminere blinde zoner.
• Boundary Element Method (BEM) software til at simulere fordelingen af ​​elektrisk strøm. (f.eks. Beasy, COMSOL).

1. Internationale og nationale standarder

International:

• ISO 15589-2-2012 Petroleums-, petrokemiske og naturgasindustrier - Katodisk beskyttelse af rørledningstransportsystemer Del 2: Offshore-rørledninger
• NACE SP 0169 Kontrol af ekstern korrosion på underjordiske eller nedsænkede metalliske rørsystemer
• NACE SP0176-2007 Korrosionskontrol af nedsænkede områder af permanent installerede offshore-stålkonstruktioner i forbindelse med olieproduktion
• DNV-RP-B401-2021 Katodisk beskyttelsesdesign
• DNVGL-RP-F103-2016 katodisk beskyttelse af undersøiske rørledninger med galvaniske anoder

Kinesiske standarder:

• GB/T 35988-2018 Petroleum- og naturgasindustrien - Katodisk beskyttelse af ubådsrørledninger
• JTS 153-3-2007 teknisk kode for korrosionsbeskyttelse af stålkonstruktioner i havneteknik
• JTS 153-2015 Standard for holdbarhedsdesign af vandtransporttekniske strukturer
• GJB 156A-2008 Design og installation af offeranodebeskyttelse til havnefaciliteter
• GB/T 17005-2019 Generelle krav til imponerede nuværende katodiske beskyttelsessystemer for kyststrukturer

2. Kombineret beskyttelsesdesign

Belægning + CP synergi:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95 % dækning).
• CP beskytter belægningsfejl (nålehuller, konstruktionsskader).

Potentiel kompatibilitet:

• Undgå over-beskyttelse (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Afbødning af vildfaren strøm

Afvandingsforanstaltninger:

• Installer afløbsanordninger i berørte områder.
• Isoler port-landrørledninger ved hjælp af isolerende flanger.

• Nigeria LNG (NLNG) T7 Terminal CP-projekt
• BASF (Guangdong) Integrated Project Bulk Liquid Terminal
• Zhoushan LNG-modtagelsesterminal og tankstationshavnprojekt (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (Million Tons Per Annum) Raffinering-Kemisk Integration Fase I Liquid Chemical Wharf
• Hong Kong LNG Terminal CP & RMS overvågningssystem
• Matabari Coal-Fired Power Plant Coal Wharf (Bangladesh)
• Fuzhou Port Sandu'ao Havneområde Cheng'ao vestlige zone kajplads 1 installation

1. Konventionelle metoder

Potentielle måling:

• Nedsænket: Dykkere med bærbare referenceelektroder.
• Tidevandszone: Faste elektroder eller drone-monterede sensorer.

Anodeforbrug:

• Regelmæssig vejning eller elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) for resterende levetid.

2. Smarte overvågningssystemer

Fjernplatforme:

• Realtidsovervågning af ensretterudgange (strøm, spænding, cp-potentiale) og anodeydelse (strøm, potentiale, temperatur) med fjerntransmission til skyserver eller kontrolcenter.
• AI-algoritmer til forudsigelse af anodes levetid og korrosionsadvarsler.

ROV'er(Fjernbetjent køretøj):

• Visuel inspektion af dybt-vandsanoder/belægninger.

1. Tekniske udfordringer

Miljømæssig kompleksitet:

• Slamdækning, der forårsager anodestrømafskærmning (kræver suspenderede anoder/pulsstrøm).
• Tropiske havneforhold accelererer belægningsnedbrydning.

Omkostnings-effektivitet:

• Høje ICCP-startomkostninger (20-30 % af det samlede anti-korrosionsbudget) for store terminaler.

2. Innovationer

Øko-venlige anoder:

• Cd-fri Zn-legeringer, lav-al-legeringer for at reducere havforurening.

Vedvarende energi:

• Sol-/vind--drevet ICCP (f.eks. Qingdao Dongjiakou Port-pilot).

Smarte belægninger:

• Selv-helbredende belægninger (mikrokapselteknologi) synergiseret med CP.

CP-teknologi er fortsat afgørende for sikkerheden i havneinfrastrukturen og kræver integreret korrosionsanalyse, materialevidenskab og smart overvågning. Fremtidig udvikling vil fokusere på øko-materialer, intelligente systemer og vedvarende energiintegration for at imødekomme kravene om dyb-havsterminaler og miljøvenlige-havne, hvilket driver global havneteknik mod høj effektivitet, lavt kulstofindhold og forlænget dens levetid.