Применение технологии катодной защиты на портовых терминалах

Технология катодной защиты (CP) — это важнейший метод защиты-коррозии в портах и ​​причалах, который в основном используется для защиты металлических конструкций, таких как стальные сваи, сваи из стальных труб, стальные шпунтовые сваи, стальные ворота, нефтепроводы и фундаменты поперечных-морских мостов, от электрохимической коррозии в морской воде, приливных зонах и почвенных средах. Портовые сооружения хронически подвергаются воздействию сложных агрессивных сред, характеризующихся высокой соленостью, влажностью, переменными влажными-сухими условиями и биообрастанием. Катодная защита в сочетании с анти-коррозионными покрытиями значительно продлевает срок службы конструкции (обычно рассчитанный на срок более 50 лет).

1. Зоны коррозии

Агрессивные среды в портах и ​​причалах в зависимости от местоположения делятся на следующие зоны:

• Зона погружения: Постоянное погружение в морскую воду, на скорость коррозии влияют растворенный кислород, соленость, температура и морские организмы.
• Приливная зона: чередование влажных-сухих условий, вызывающих коррозию элементов концентрации кислорода с самой высокой скоростью коррозии (до 0,5 мм/год).
• Зона разбрызгивания: повторяющиеся удары волн и брызг, демонстрирующие вторую-самую высокую скорость коррозии после приливной зоны.
• Атмосферная зона: Соляной туман и УФ-излучение ускоряют деградацию и отслаивание покрытия.

2. Первичные формы коррозии.

• Электрохимическая коррозия: контакт металла-электролита (морская вода/почва) приводит к образованию коррозионных ячеек.
• Щелевая коррозия: Накопление агрессивных сред в соединениях между стальными сваями, крыльями и болтами.
• Микробиологическая коррозия (MIC): сульфатредуцирующие бактерии (SRB), ускоряющие локальную коррозию.
• Коррозия паразитным током: Электрические помехи от портовых энергосистем или судов.

В портах и ​​причалах используются два основных метода CP, выбранных в зависимости от типа конструкции, условий окружающей среды и экономической-эффективности:

1. Жертвенный анод CP (SACP).

Приложения:

• Стальные трубчатые сваи/шпунтовые сваи: аноды привариваются или крепятся болтами непосредственно к поверхности свай.
• Стальные ворота/крылья: аноды равномерно распределены по обеим сторонам ворот или внутренней поверхности крыльев.
• Небольшие причалы/временные конструкции: простая установка без внешнего источника питания.

Анодные материалы:

• Аноды из алюминиевого сплава: высокая эффективность по току (85–90%) и емкость, подходят для морской воды.
• Аноды из цинкового сплава: стабильные характеристики с выходом по току 90–95% в морской воде/отложениях.

Рекомендации по проектированию:

а. Плотность тока защиты:

• Погруженная зона: 80-120 мА/м²
• Приливная зона: 150-200 мА/м² (требуется повышенная плотность анода)
• Подпочвенная зона: 20-25 мА/м²

б. Расположение анода:

• Распределение по окружности свай с акцентом на приливные зоны и ниже донных линий.
• Segmented arrangement for long piles (>30 м), чтобы сбалансировать распределение тока.

2. Впечатляющий ток CP (ICCP)

Приложения:

• Крупные терминалы (например, СПГ/контейнерные терминалы): высокий текущий спрос на обширное покрытие.
• Сложные конструкции (например, поперечные-сваи морских мостов, трубопроводы): Требуется динамическая регулировка тока.
• В средах с высоким-удельным сопротивлением (например, песчаные почвы или пресноводные районы).

Компоненты системы:

а. Анодные материалы:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >Срок службы 25 лет.
• Аноды из благородных металлов (Pt/Nb): для высококоррозионных сред, но непомерно дорогие.

б. Источник питания:

• Трансформаторные выпрямители: автоматически регулируют выходную мощность для поддержания -0,80~-1,10 В (по сравнению с Ag/AgCl).
• Встроенный удаленный мониторинг: поддерживает проводные, беспроводные, RS485 и мобильные сети для передачи данных в-режиме реального времени (выходной ток трансформаторного выпрямителя, выходное напряжение, потенциал катодной защиты, состояние работы оборудования и сигналы тревоги) в облачные/локальные центры управления. Интеллектуальные выпрямители позволяют осуществлять удаленное управление/регулировку параметров.

в. Референтные электроды:

• Морская вода: электроды Ag/AgCl или Zn для мониторинга-в режиме реального времени.

Рекомендации по проектированию:

а. Схема анодного слоя:

• Морские анодные пласты: размещаются на морском дне вблизи фронтов терминалов.

б. Текущая оптимизация дистрибутива:

• Распределенные аноды (например, сани MMO) для устранения слепых зон.
• Программное обеспечение метода граничных элементов (BEM) для моделирования распределения электрического тока. (например, Beasy, COMSOL).

1. Международные и национальные стандарты

Международный:

• ISO 15589-2-2012 Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Катодная защита систем трубопроводного транспорта. Часть 2. Морские трубопроводы.
• NACE SP 0169 Контроль внешней коррозии в подземных или погружных металлических трубопроводных системах
• NACE SP0176-2007 Контроль коррозии затопленных участков стационарно установленных стальных морских сооружений, связанных с добычей нефти
• ДНВ-РП-B401-2021 Конструкция катодной защиты
• ДНВГЛ-РП-Ф103-2016 Катодная защита подводных трубопроводов гальваническими анодами

Китайские стандарты:

• GB/T 35988-2018 Нефтяная и газовая промышленность, катодная защита подводных трубопроводов
• JTS 153-3-2007 Технический кодекс по защите от коррозии стальных конструкций в портовом строительстве
• JTS 153-2015 Стандарт проектирования долговечности инженерных сооружений водного транспорта
• GJB 156A-2008 Проектирование и установка защитного анода для портовых сооружений
• GB/T 17005-2019 Общие требования к системам катодной защиты наложенным током прибрежных сооружений

2. Комбинированная конструкция защиты

Синергия покрытия + CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>охват 95%).
• CP защищает дефекты покрытия (дырки, строительные повреждения).

Потенциальная совместимость:

• Избегайте чрезмерной-защиты (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Уменьшение паразитных токов

Дренажные меры:

• Установите дренажные устройства на пораженных участках.
• Изолируйте портовые-наземные трубопроводы с помощью изолирующих фланцев.

• Проект терминала CP Т7 в Нигерии (NLNG)
• Комплексный проект терминала наливных грузов BASF (Гуандун)
• Проект приемного терминала СПГ и заправочной станции Чжоушань (Чжэцзян)
• Чжэцзянская нефтехимическая компания мощностью 40 млн тонн в год (миллионов тонн в год) нефтеперерабатывающей промышленности-Химическая интеграция, этап I, верфь жидкой химической промышленности
• Система мониторинга CP и RMS терминала СПГ в Гонконге
• Угольная электростанция Матабари-угольная пристань (Бангладеш)
• Порт Фучжоу, район порта Сандуао, западная зона Чэнъао, причал 1, установка

1. Традиционные методы

Возможное измерение:

• Под водой: дайверы с портативными эталонными электродами.
• Приливная зона: фиксированные электроды или датчики,-монтируемые на дроне.

Потребление анода:

• Регулярное взвешивание или электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС) на оставшийся срок службы.

2. Интеллектуальные системы мониторинга

Удаленные платформы:

• Мониторинг в режиме-выходов выпрямителя (ток, напряжение, потенциал cp) и характеристик анода (ток, потенциал, температура) с удаленной передачей на облачный сервер или центр управления.
• Алгоритмы искусственного интеллекта для прогнозирования срока службы анодов и оповещения о коррозии.

ROV(Автомобиль с дистанционным управлением):

• Визуальный осмотр глубоководных-анодов/покрытий.

1. Технические проблемы

Экологическая сложность:

• Покрытие осадка вызывает экранирование анодного тока (требуются подвешенные аноды/импульсный ток).
• Тропические портовые условия ускоряют деградацию покрытия.

Экономическая-эффективность:

• Высокие первоначальные затраты на ICCP (20-30 % от общего бюджета на антикоррозийные меры) для крупных терминалов.

2. Инновации

Экологичные-аноды:

• Сплавы Zn, не содержащие Cd-, сплавы Al с низкой-растворимостью для уменьшения загрязнения морской среды.

Возобновляемая энергия:

• ICCP с солнечной/ветровой-энергией (например, пилотный порт Циндао Дунцзякоу).

Умные покрытия:

• Самовосстанавливающиеся-покрытия (микрокапсульная технология) в сочетании с CP.

Технология CP остается жизненно важной для безопасности портовой инфраструктуры, требуя комплексного анализа коррозии, материаловедения и интеллектуального мониторинга. Будущее развитие будет сосредоточено на экологических-материалах, интеллектуальных системах и интеграции возобновляемых источников энергии для удовлетворения потребностей в глубоководных-морских терминалах и экологических-портах, что приведет к повышению эффективности глобального портового проектирования, снижению выбросов углекислого газа и увеличению его долговечности.