Tillämpningen av katodisk skyddsteknik i hamnterminaler

Cathodic Protection (CP)-teknik är en kritisk anti-korrosionsteknik inom hamn- och kajindustrin, som främst används för att skydda metallkonstruktioner som stålpålar, stålrörspålar, stålspontpålar, stålgrindar, oljeledningar och korsande-havbrofundament från elektrokemisk korrosion i havsvatten, tidvattensmiljöer och mark. Hamnanläggningar utsätts kroniskt för komplexa korrosiva miljöer som kännetecknas av hög salthalt, luftfuktighet, omväxlande våta-torra förhållanden och biologisk beväxning. Katodiskt skydd, kombinerat med rostskyddsbeläggningar, förlänger strukturell livslängd avsevärt (normalt utformad i över 50 år).

1. Korrosionszoner

De korrosiva miljöerna i hamnar och kajer är indelade i följande zoner baserat på plats:

• Nedsänkt zon: Permanent nedsänkning i havsvatten med korrosionshastigheter som påverkas av löst syre, salthalt, temperatur och marina organismer.
• Tidvattenzon: Omväxlande våta-torra förhållanden som orsakar syrekoncentrationscellkorrosion, med den högsta korrosionshastigheten (upp till 0,5 mm/år).
• Stänkzon: Upprepade våg- och sprutpåverkan, uppvisar den näst-högsta korrosionshastigheten efter tidvattenzonen.
• Atmosfärisk zon: Saltdimma och UV-strålning påskyndar nedbrytning och avflagning av beläggningen.

2. Primära korrosionsformer

• Elektrokemisk korrosion: Metall-elektrolytkontakt (havsvatten/jord) som bildar korrosionsceller.
• Spaltkorrosion: Ansamling av korrosiva medier vid anslutningar mellan stålpålar, fendrar och bultar.
• Mikrobiologiskt påverkad korrosion (MIC): Sulfat-reducerande bakterier (SRB) som accelererar lokal korrosion.
• Stray Current Corrosion: Elektrisk störning från hamnkraftssystem eller fartyg.

Två primära CP-metoder används i hamnar och kajer, valda utifrån strukturtyp, miljöförhållanden och kostnadseffektivitet:-

1. Offeranod CP (SACP)

Applikationer:

• Stålrörspålar/spont: Anoder svetsade eller bultade direkt på pålytor.
• Stålgrindar/skärmar: Anoder jämnt fördelade på båda sidor av grindar eller innerskärmsytor.
• Små kajer/tillfälliga strukturer: Enkel installation utan extern ström.

Anodmaterial:

• Aluminiumlegeringsanoder: Hög strömeffektivitet (85% ~ 90%) och kapacitet, lämplig för havsvatten.
• Zinklegeringsanoder: Stabil prestanda med 90%~95% strömeffektivitet i havsvatten/sediment.

Designöverväganden:

a. Skyddsströmtäthet:

• Nedsänkt zon: 80-120 mA/m²
• Tidvattenzon: 150-200 mA/m² (kräver ökad anoddensitet)
• Undergrundszon: 20-25 mA/m²

b. Anodlayout:

• Periferiell fördelning på pålar, med fokus på tidvattenzoner och under lerlinjer.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) för att balansera strömfördelningen.

2. Imponerad aktuell CP (ICCP)

Applikationer:

• Stora terminaler (t.ex. LNG/containerterminaler): Högt strömbehov för omfattande täckning.
• Komplexa strukturer (t.ex. korsande-havbropålar, rörledningar): Kräver dynamisk strömjustering.
• Miljöer med hög-resistivitet (t.ex. sandjordar eller sötvattensområden).

Systemkomponenter:

a. Anodmaterial:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25-årig livslängd.
• Ädelmetallanoder (Pt/Nb): För mycket korrosiva miljöer men oöverkomligt dyra.

b. Strömförsörjning:

• Transformatorlikriktare: Justera utgången automatiskt för att bibehålla -0,80~-1,10 V (mot Ag/AgCl).
• Integrerad fjärrövervakning: Stöder trådbundna/trådlösa/RS485/mobila nätverk för-realtidsdataöverföring (transformatorlikriktarens utström, utspänning, katodskyddspotential, utrustningens driftstatus och fellarm.) till moln/lokala kontrollcenter. Smarta likriktare möjliggör fjärrstyrning/parameterjustering.

c. Referenselektroder:

• Havsvatten: Ag/AgCl- eller Zn-elektroder för övervakning i realtid.-

Designöverväganden:

a. Anod sänglayout:

• Anodbäddar till havs: Utplacerade på havsbottnar nära terminalfronter.

b. Aktuell distributionsoptimering:

• Distribuerade anoder (t.ex. MMO-slädar) för att eliminera blinda zoner.
• Boundary Element Method (BEM) programvara för att simulera fördelningen av elektrisk ström. (t.ex. Beasy, COMSOL).

1. Internationella och nationella standarder

Internationell:

• ISO 15589-2-2012 Petroleum-, petrokemisk- och naturgasindustri - Katodiskt skydd av rörledningstransportsystem Del 2: Offshore-rörledningar
• NACE SP 0169 Kontroll av yttre korrosion på underjordiska eller nedsänkta metallrörsystem
• NACE SP0176-2007 Korrosionskontroll av nedsänkta områden av permanent installerade offshore-stålkonstruktioner associerade med petroleumproduktion
• DNV-RP-B401-2021 Katodiskt skyddsdesign
• DNVGL-RP-F103-2016 Katodiskt skydd av ubåtsrörledningar av galvaniska anoder

Kinesiska standarder:

• GB/T 35988-2018 Petroleum and Natural Gas Industries-Submarine Pipeline Cathodic Protection
• JTS 153-3-2007 teknisk kod för korrosionsskydd av stålkonstruktioner i hamnteknik
• JTS 153-2015 Standard för hållbarhetskonstruktion av vattentransportkonstruktioner
• GJB 156A-2008 Design och installation av offeranodskydd för hamnanläggningar
• GB/T 17005-2019 Allmänna krav för imponerade nuvarande katodiska skyddssystem för kuststrukturer

2. Kombinerad skyddsdesign

Beläggning + CP synergi:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95 % täckning).
• CP skyddar beläggningsdefekter (pinhål, konstruktionsskador).

Potentiell kompatibilitet:

• Undvik över-skydd (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Stray Current Mitigation

Dräneringsåtgärder:

• Installera dräneringsanordningar i drabbade områden.
• Isolera port-landrörledningar med hjälp av isolerande flänsar.

• Nigeria LNG (NLNG) T7 Terminal CP-projekt
• BASF (Guangdong) Integrated Project Bulk Liquid Terminal
• Zhoushan LNG-mottagningsterminal och bränslestation Wharf Project (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (miljoner ton per år) Raffinering-Kemisk integration Fas I Liquid Chemical Wharf
• Hong Kong LNG Terminal CP & RMS övervakningssystem
• Matabari Coal-Fired Power Plant Coal Wharf (Bangladesh)
• Fuzhou Port Sandu'ao hamnområde Cheng'ao västra zon kajplats 1 Installation

1. Konventionella metoder

Potentiell mätning:

• Nedsänkt: Dykare med bärbara referenselektroder.
• Tidvattenzon: Fasta elektroder eller drönare-monterade sensorer.

Anodförbrukning:

• Regelbunden vägning eller elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för återstående livslängd.

2. Smarta övervakningssystem

Fjärrplattformar:

• Real-övervakning av likriktarutgångar (ström, spänning, cp-potential) och anodprestanda (ström, potential, temperatur) med fjärröverföring till molnserver eller kontrollcenter.
• AI-algoritmer för förutsägelse av anodlivslängd och korrosionsvarningar.

ROV:er(Fjärrstyrt fordon):

• Visuell inspektion av djup-vattenanoder/beläggningar.

1. Tekniska utmaningar

Miljökomplexitet:

• Slamtäckning som orsakar anodströmskärmning (kräver suspenderade anoder/pulsström).
• Tropiska hamnförhållanden som accelererar beläggningsnedbrytningen.

Kostnads-effektivitet:

• Höga ICCP-startkostnader (20-30 % av den totala antikorrosionsbudgeten) för stora terminaler.

2. Innovationer

Eko-vänliga anoder:

• Cd-fria Zn-legeringar, låg-Al-legeringar för att minska havsföroreningar.

Förnybar energi:

• Sol/vind-driven ICCP (t.ex. pilot i Qingdao Dongjiakou Port).

Smarta beläggningar:

• Själv-läkande beläggningar (mikrokapselteknik) synergiserade med CP.

CP-teknik är fortfarande avgörande för säkerheten i hamninfrastrukturen och kräver integrerad korrosionsanalys, materialvetenskap och smart övervakning. Framtida utveckling kommer att fokusera på eko-material, intelligenta system och förnybar energiintegration för att möta kraven på djup-havsterminaler och miljövänliga-hamnar, vilket driver global hamnteknik mot hög effektivitet, lågt koldioxidutsläpp och förlänger dess livslängd.