Katodisen suojaustekniikan soveltaminen satamaterminaaleihin

Katodisuojaustekniikka (CP) on kriittinen -korroosionestotekniikka satama- ja laituriteollisuudessa, ja sitä käytetään ensisijaisesti metallirakenteiden, kuten teräspaalujen, teräsputkipaalujen, teräslevypaalujen, teräsporttien, öljyputkien ja poikki-meren siltojen perustusten suojaamiseen sähkökemialliselta korroosiolta merivedessä, vuorovesialueilla ja maaperässä. Satamatilat ovat jatkuvasti alttiina monimutkaisille syövyttävälle ympäristölle, jolle on ominaista korkea suolapitoisuus, kosteus, vuorottelevat märät{3}kuivaolosuhteet ja biolikaantuminen. Katodisuojaus yhdistettynä -korroosionestopinnoitteisiin pidentää merkittävästi rakenteen käyttöikää (tyypillisesti suunniteltu yli 50 vuodeksi).

1. Korroosiovyöhykkeet

Satamien ja laitureiden syövyttävät ympäristöt on jaettu seuraaviin vyöhykkeisiin sijainnin perusteella:

• Upotettu vyöhyke: Pysyvä uppoutuminen meriveteen, jossa korroosionopeuksiin vaikuttavat liuennut happi, suolapitoisuus, lämpötila ja meren eliöt.
• Vuorovesivyöhyke: Vuorottelevat märät{0}}kuivat olosuhteet, jotka aiheuttavat happipitoisuuden solujen korroosiota ja suurin korroosionopeus (jopa 0,5 mm/vuosi).
• Roiskevyöhyke: Toistuva aalto- ja suihkeisku, jolla on toiseksi korkein{0}}korroosionopeus vuorovesivyöhykkeen jälkeen.
• Ilmakehän vyöhyke: Suolasumu ja UV-säteily nopeuttavat pinnoitteen hajoamista ja kuoriutumista.

2. Primääriset korroosiomuodot

• Sähkökemiallinen korroosio: Metalli{0}}elektrolyytti (merivesi/maaperä) kosketuksiin muodostaa korroosiosoluja.
• Rakokorroosio: Syövyttävän aineen kerääntyminen teräspaalujen, lokasuojan ja pulttien välisiin liitoksiin.
• Mikrobiologisesti vaikuttanut korroosio (MIC): Sulfaatti{0}}pelkistävät bakteerit (SRB) kiihdyttävät paikallista korroosiota.
• Hajavirtakorroosio: Sähköiset häiriöt sataman sähköjärjestelmistä tai aluksista.

Satamissa ja laitureissa käytetään kahta ensisijaista CP-menetelmää, jotka valitaan rakennetyypin, ympäristöolosuhteiden ja kustannustehokkuuden perusteella:

1. Sacrificial Anode CP (SACP)

Sovellukset:

• Teräsputkipaalut/levypaalut: Anodit hitsattu tai pultattu suoraan paalujen pintoihin.
• Teräsportit/lokasuojat: Anodit tasaisesti jaettuna porttien molemmille puolille tai lokasuojan sisäpinnoille.
• Pienet laiturit/väliaikaiset rakenteet: Helppo asennus ilman ulkoista virtaa.

Anodimateriaalit:

• Alumiiniseosanodit: Korkea virran hyötysuhde (85% ~ 90%) ja kapasiteetti, sopii meriveteen.
• Sinkkiseosanodit: Vakaa suorituskyky 90 % ~ 95 % virran hyötysuhteella merivedessä/sedimentissä.

Suunnittelun huomioitavaa:

a. Suojauksen virrantiheys:

• Upotettu vyöhyke: 80-120 mA/m²
• Vuorovesivyöhyke: 150-200 mA/m² (vaatii suuremman anodin tiheyden)
• Pohjavyöhyke: 20-25 mA/m²

b. Anodin asettelu:

• Kehäjakauma paaluille, keskittyen vuorovesivyöhykkeisiin ja mutalinjojen alapuolelle.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) tasapainottamaan virran jakautumista.

2. Vaikutettu nykyinen CP (ICCP)

Sovellukset:

• Suuret terminaalit (esim. LNG/konttiterminaalit): Suuri nykyinen kysyntä laajalle kattavuudelle.
• Monimutkaiset rakenteet (esim. poikki-meren siltapaalut, putkistot): Vaatii dynaamisen virran säädön.
• Korkean-resistanssin ympäristöt (esim. hiekkamaat tai makean veden alueet).

Järjestelmän osat:

a. Anodimateriaalit:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25 vuoden käyttöikä.
• Jalometallianodit (Pt/Nb): Erittäin syövyttävissä ympäristöissä, mutta kohtuuttoman kalliita.

b. Virtalähde:

• Muuntajatasasuuntaajat: Säädä automaattisesti lähtöä -0,80-1,10 V (vs. Ag/AgCl) ylläpitämiseksi.
• Integroitu etävalvonta: Tukee langallisia/langattomia/RS485/mobiiliverkkoja reaaliaikaista-tiedonsiirtoa varten (muuntajan tasasuuntaajan lähtövirta, lähtöjännite, katodisuojauspotentiaali, laitteiden toimintatila ja vikahälytys.) pilvi-/paikallisohjauskeskuksiin. Älykkäät tasasuuntaajat mahdollistavat etäkäytön/parametrien säädön.

c. Vertailuelektrodit:

• Merivesi: Ag/AgCl- tai Zn-elektrodit reaaliaikaiseen{0}}seurantaan.

Suunnittelun huomioitavaa:

a. Anodisängyn asettelu:

• Offshore-anodipohjat: Asennetaan merenpohjaan terminaalien rintamien lähellä.

b. Nykyinen jakelun optimointi:

• Hajautetut anodit (esim. MMO-kelkat) sokeiden vyöhykkeiden poistamiseksi.
• BEM (Boundary Element Method) -ohjelmisto, joka simuloi sähkövirran jakautumista. (esim. Beasy, COMSOL).

1. Kansainväliset ja kansalliset standardit

Kansainvälinen:

• ISO 15589-2-2012 Öljy-, petrokemian- ja maakaasuteollisuus – Putkilinjan kuljetusjärjestelmien katodisuojaus Osa 2: Offshore-putkistot
• NACE SP 0169 Ulkoisen korroosion torjunta maanalaisissa tai upotetuissa metalliputkijärjestelmissä
• NACE SP0176-2007 Öljyntuotantoon liittyvien pysyvästi asennettujen teräs offshore-rakenteiden vedenalaisten alueiden korroosiontorjunta
• DNV-RP-B401-2021 Katodisuojaussuunnittelu
• DNVGL-RP-F103-2016 vedenalaisten putkien katodisuojaus galvaanisilla anodeilla

Kiinalaiset standardit:

• GB/T 35988-2018 Öljy- ja maakaasuteollisuus – merenalaisten putkien katodisuojaus
• JTS 153-3-2007 Satamasuunnittelun teräsrakenteiden korroosionestosäännöstö
• JTS 153-2015 -standardi vesiliikenteen teknisten rakenteiden kestävyyssuunnittelulle
• GJB 156A-2008 Uhrautuvan anodisuojauksen suunnittelu ja asennus satamatiloihin
• GB/T 17005-2019 Rannikkorakenteiden vaikuttavien nykyisten katodisuojausjärjestelmien yleiset vaatimukset

2. Yhdistetty suojaussuunnittelu

Pinnoite + CP synergia:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95 % kattavuus).
• CP suojaa pinnoitevirheiltä (reiät, rakennusvauriot).

Mahdollinen yhteensopivuus:

• Vältä yli{0}}suojausta (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Hajavirran lieventäminen

Viemäröintitoimenpiteet:

• Asenna tyhjennyslaitteet vahingoittuneille alueille.
• Eristä satama{0}}maaputkistot käyttämällä eristäviä laippoja.

• Nigerian LNG (NLNG) T7 Terminal CP -projekti
• BASF (Guangdong) Integrated Project Bulk Liquid Terminal
• Zhoushan LNG:n vastaanottoterminaali- ja tankkausasemalaituriprojekti (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (miljoonaa tonnia vuodessa) jalostus-kemiallinen integraatiovaihe I nestemäisten kemiallisten aineiden laituri
• Hongkongin LNG-terminaalin CP- ja RMS-valvontajärjestelmä
• Matabarin hiili-voimalan hiililaituri (Bangladesh)
• Fuzhou Port Sandu'ao Port Area Cheng'ao West Zone Laituripaikka 1 Asennus

1. Perinteiset menetelmät

Potentiaalimittaus:

• Upotettu: Sukeltajat, joissa on kannettavat vertailuelektrodit.
• Vuorovesivyöhyke: kiinteät elektrodit tai droon{0}}asennetut anturit.

Anodin kulutus:

• Säännöllinen punnitus tai sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS) jäljellä olevan käyttöiän ajan.

2. Älykkäät valvontajärjestelmät

Etäalustat:

• Reaaliaikainen{0}}tasasuuntaajan lähtöjen (virta, jännite, cp-potentiaali) ja anodin suorituskyvyn (virta, potentiaali, lämpötila) seuranta etäsiirrolla pilvipalvelimeen tai ohjauskeskukseen.
• Tekoälyalgoritmit anodien käyttöiän ennustamiseen ja korroosiovaroituksiin.

ROV:t(Kauko-ohjattava ajoneuvo):

• Syvänveden{0}}anodien/pinnoitteiden silmämääräinen tarkastus.

1. Tekniset haasteet

Ympäristön monimutkaisuus:

• Lietepeitto aiheuttaa anodivirtasuojauksen (vaatii ripustettuja anodeja/pulssivirtaa).
• Trooppiset satamaolosuhteet nopeuttavat pinnoitteen hajoamista.

Kustannustehokkuus-:

• Suuret ICCP-alkukustannukset (20-30 % koko korroosionestobudjetista) suurille terminaaleille.

2. Innovaatiot

Ympäristöystävälliset -anodit:

• Cd-vapaat Zn-seokset, vähän-liukenevat Al-seokset meren saastumisen vähentämiseksi.

Uusiutuva energia:

• Aurinko-/tuulivoima{0}}ICCP (esim. Qingdao Dongjiakoun satamapilotti).

Älykkäät pinnoitteet:

• Itsekorjautuvat-pinnoitteet (mikrokapselitekniikka) synergisoidut CP:n kanssa.

CP-teknologia on edelleen elintärkeä satamainfrastruktuurin turvallisuudelle, sillä se vaatii integroitua korroosioanalyysiä, materiaalitiedettä ja älykästä valvontaa. Tulevassa kehityksessä keskitytään eko-materiaaleihin, älykkäisiin järjestelmiin ja uusiutuvan energian integrointiin, jotta voidaan vastata syvänmeren-terminaalien ja ympäristöystävällisten satamien-vaatimuksiin, mikä edistää maailmanlaajuista satamasuunnittelua kohti korkeaa hyötysuhdetta, vähähiilistä ja pidentää sen käyttöikää.