Katoodkaitsetehnoloogia rakendamine sadamaterminalides

Katoodkaitse (CP) tehnoloogia on kriitilise tähtsusega{0}}korrosioonivastane tehnika sadama- ja sadamakaitööstuses, mida kasutatakse peamiselt metallkonstruktsioonide, näiteks terasvaiade, terastoruvaiade, teraslehtvaiade, terasväravate, naftajuhtmete ja rist-meresildade vundamentide kaitsmiseks elektrokeemilise korrosiooni eest merevees, loodete tsoonides ja pinnases. Sadamarajatised puutuvad pidevalt kokku keeruliste söövitavate keskkondadega, mida iseloomustavad kõrge soolsus, niiskus, vahelduvad märjad{3}kuivad tingimused ja biosaaste. Katoodkaitse koos korrosioonivastaste katetega pikendab oluliselt konstruktsiooni kasutusiga (tavaliselt üle 50 aasta).

1. Korrosioonitsoonid

Söövitavad keskkonnad sadamates ja kaides jagunevad asukoha järgi järgmisteks tsoonideks:

• Sukeldatud tsoon: püsiv merevee sukeldumine, mille korrosioonikiirust mõjutavad lahustunud hapnik, soolsus, temperatuur ja mereorganismid.
• Loodete tsoon: vahelduvad märjad{0}}kuivad tingimused, mis põhjustavad hapniku kontsentratsiooniga rakkude korrosiooni kõrgeima korrosioonikiirusega (kuni 0,5 mm/aastas).
• Pritsmete tsoon: korduv laine ja pihustamine, millel on kõrgeim{0}}korrosioonimäär pärast loodetsooni.
• Atmosfääritsoon: soola udu ja UV-kiirgus kiirendavad katte lagunemist ja koorumist.

2. Primaarsed korrosioonivormid

• Elektrokeemiline korrosioon: metalli{0}}elektrolüüdi (merevesi/pinnas) kokkupuutel moodustavad korrosioonirakud.
• Lõhekorrosioon: söövitava aine kogunemine terasvaiade, poritiibade ja poltide vahelistes ühendustes.
• Mikrobioloogiliselt mõjutatud korrosioon (MIC): sulfaate{0}}redutseerivad bakterid (SRB), mis kiirendavad lokaalset korrosiooni.
• Hajuvoolu korrosioon: sadama elektrisüsteemide või laevade elektrilised häired.

Sadamates ja kaides kasutatakse kahte peamist CP-meetodit, mis valitakse struktuuri tüübi, keskkonnatingimuste ja kuluefektiivsuse alusel:{0}}

1. Ohveranoodi CP (SACP)

Rakendused:

• Terasest toruvaiad/lehtvaiad: anoodid keevitatakse või poltidega otse vaiade pinnale.
• Terasväravad/poritiivad: anoodid on ühtlaselt jaotatud mõlemale poole väravaid või poritiibade sisepinda.
• Väikesed kaid/ajutised ehitised: lihtne paigaldada ilma välise toiteta.

Anoodi materjalid:

• Alumiiniumisulamist anoodid: kõrge voolutõhusus (85% ~ 90%) ja võimsus, sobib mereveele.
• Tsingisulamist anoodid: stabiilne jõudlus 90% ~ 95% voolutõhususega merevees/setetes.

Disaini kaalutlused:

a. Kaitsevoolu tihedus:

• Sukeldatud tsoon: 80-120 mA/m²
• Loodete tsoon: 150-200 mA/m² (vajab suuremat anooditihedust)
• Aluspinna tsoon: 20-25 mA/m²

b. Anoodi paigutus:

• Ümbermõõduline jaotus vaiadel, keskendudes loodetsoonidele ja allapoole mudajooni.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) voolujaotuse tasakaalustamiseks.

2. Impressed Current CP (ICCP)

Rakendused:

• Suured terminalid (nt veeldatud maagaasi/konteinerite terminalid): suur praegune nõudlus ulatusliku katvuse järele.
• Keerulised struktuurid (nt rist-meresilla vaiad, torujuhtmed): nõuab dünaamilist voolu reguleerimist.
• Suure{0}}takistusega keskkonnad (nt liivased pinnased või mageveealad).

Süsteemi komponendid:

a. Anoodi materjalid:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25-aastane eluiga.
• Väärismetalli anoodid (Pt/Nb): väga söövitavasse keskkonda, kuid liiga kallid.

b. Toiteallikas:

• Trafo alaldid: Reguleerige automaatselt väljundit, et säilitada -0,80–1,10 V (vs. Ag/AgCl).
• Integreeritud kaugseire: toetab juhtmega/juhtmevaba/RS485/mobiilsidevõrke reaalajas andmeedastuseks (trafo alaldi väljundvool, väljundpinge, katoodkaitse potentsiaal, seadmete tööolek ja tõrkealarm.) pilve-/kohalikesse juhtimiskeskustesse. Nutikad alaldid võimaldavad kaugjuhtimist/parameetrite reguleerimist.

c. Võrdluselektroodid:

• Merevesi: Ag/AgCl või Zn elektroodid{0}}reaalajas jälgimiseks.

Disaini kaalutlused:

a. Anoodi voodi paigutus:

• Avamere anoodipõhjad: paigutatakse terminalide lähedal asuvatesse merepõhjadesse.

b. Praegune levitamise optimeerimine:

• Jaotatud anoodid (nt MMO-kelgud) pimedate tsoonide kõrvaldamiseks.
• Piirelemendi meetodi (BEM) tarkvara elektrivoolu jaotuse simuleerimiseks. (nt Beasy, COMSOL).

1. Rahvusvahelised ja riiklikud standardid

Rahvusvaheline:

• ISO 15589-2-2012 Nafta-, naftakeemia- ja maagaasitööstus – torujuhtmete transpordisüsteemide katoodkaitse Osa 2: Avamere torujuhtmed
• NACE SP 0169 Maa-aluste või sukeldatud metalltorusüsteemide väliskorrosiooni tõrje
• NACE SP0176-2007 naftatootmisega seotud püsivalt paigaldatud terasest avamerekonstruktsioonide veealuseid alasid korrosioonitõrje
• DNV-RP-B401-2021 katoodkaitse disain
• DNVGL-RP-F103-2016 allveelaevade torujuhtmete katoodkaitse galvaaniliste anoodidega

Hiina standardid:

• GB/T 35988-2018 nafta- ja maagaasitööstus – allveelaevade torujuhtme katoodkaitse
• JTS 153-3-2007 sadamaehituse teraskonstruktsioonide korrosioonivastase võitluse tehniline koodeks
• JTS 153-2015 veetranspordi tehniliste konstruktsioonide vastupidavuse projekteerimise standard
• GJB 156A-2008 Sadamarajatiste kaitseanoodi kaitse projekteerimine ja paigaldamine
• GB/T 17005-2019 Üldnõuded rannikukonstruktsioonide mõjuva voolu katoodkaitsesüsteemidele

2. Kombineeritud kaitse disain

Katte + CP sünergia:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95% katvus).
• CP kaitseb pinnakatte defekte (augud, ehituskahjustused).

Võimalik ühilduvus:

• Vältige üle{0}}kaitset (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Hulkuva voolu leevendamine

Drenaažimeetmed:

• Paigaldage kahjustatud piirkondadele drenaažiseadmed.
• Isoleerige sadama{0}}maatorustikud isoleerivate äärikute abil.

• Nigeeria LNG (NLNG) T7 terminali CP projekt
• BASF (Guangdongi) integreeritud projekti hulgivedeliku terminal
• Zhoushani veeldatud maagaasi vastuvõtuterminali ja tankimisjaama kai projekt (Zhejiang)
• Zhejiangi naftakeemiatööstuse 40 miljonit tonni aastas (miljonit tonni aastas) rafineerimine-keemiaintegratsiooni I etapp, vedelkeemia kai
• Hongkongi LNG terminali CP ja RMS seiresüsteem
• Matabari kivisöe{0}}elektrijaama kivisöekai (Bangladesh)
• Fuzhou sadama Sandu'ao sadamaala Cheng'ao läänetsooni kai 1 paigaldus

1. Tavalised meetodid

Potentsiaalne mõõtmine:

• Sukeldatud: kaasaskantavate võrdluselektroodidega sukeldujad.
• Loodete tsoon: fikseeritud elektroodid või drooni{0}}paigaldatud andurid.

Anoodi tarbimine:

• Regulaarne kaalumine või elektrokeemilise impedantsi spektroskoopia (EIS) järelejäänud eluea jooksul.

2. Nutikad seiresüsteemid

Kaugplatvormid:

• {0}}Alaldi väljundite (vool, pinge, cp-potentsiaal) ja anoodi jõudluse (vool, potentsiaal, temperatuur) reaalajas jälgimine kaugedastusega pilveserverisse või juhtimiskeskusesse.
• AI algoritmid anoodi eluea prognoosimiseks ja korrosioonihoiatuste jaoks.

ROV-id(Kaugjuhitav sõiduk):

• Süvaveeanoodide/katete visuaalne kontroll.

1. Tehnilised väljakutsed

Keskkonna keerukus:

• Mudakate, mis põhjustab anoodvoolu varjestuse (vajab rippuvaid anoode/impulssvoolu).
• Troopilised sadamatingimused kiirendavad katte lagunemist.

Kulutõhusus:{0}}

• Suured ICCP algkulud (20-30% kogu korrosioonitõrje eelarvest) suurte terminalide puhul.

2. Uuendused

Keskkonnasõbralikud anoodid:

• Cd-vaba Zn-sulamid, madala-lahustuvusega Al-sulamid merereostuse vähendamiseks.

Taastuvenergia:

• Päikese-/tuule{0}}toitel ICCP (nt Qingdao Dongjiakou sadama piloot).

Nutikad katted:

• CP-ga sünergistatud-iseparanevad katted (mikrokapslitehnoloogia).

CP-tehnoloogia on endiselt oluline sadama infrastruktuuri ohutuse tagamiseks, mis nõuab integreeritud korrosioonianalüüsi, materjaliteadust ja nutikat jälgimist. Edaspidine arendus keskendub öko-materjalidele, intelligentsetele süsteemidele ja taastuvenergia integreerimisele, et rahuldada süvamereterminalide ja keskkonnasõbralike