کاربرد فناوری حفاظت کاتدی در پایانه های بندری

فناوری حفاظت کاتدی (CP) یک تکنیک ضد خوردگی حیاتی در صنعت بندر و اسکله است که عمدتاً برای محافظت از سازه‌های فلزی مانند شمع‌های فولادی، شمع‌های لوله‌های فولادی، شمع‌های ورق فولادی، دروازه‌های فولادی، خطوط لوله نفت، و پایه‌های{1} پل دریایی متقاطع در برابر خوردگی الکتروشیمیایی در آب دریا و مناطق جزر و مدی، استفاده می‌شود. تأسیسات بندری به طور مزمن در معرض محیط های خورنده پیچیده هستند که با شوری بالا، رطوبت، شرایط مرطوب{3}} متناوب، و رسوب زیستی مشخص می شوند. حفاظت کاتدی، همراه با پوشش‌های ضد خوردگی، عمر مفید سازه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد (معمولاً برای بیش از 50 سال طراحی شده است).

1. مناطق خوردگی

محیط های خورنده در بنادر و اسکله ها بر اساس موقعیت به مناطق زیر تقسیم می شوند:

• منطقه غوطه ور: غوطه وری دائمی در آب دریا با نرخ خوردگی تحت تأثیر اکسیژن محلول، شوری، دما و موجودات دریایی.
• منطقه جزر و مد: شرایط مرطوب{0} متناوب خشک که باعث خوردگی سلولی با غلظت اکسیژن می‌شود، با بالاترین نرخ خوردگی (تا 0.5 میلی‌متر در سال).
• Splash Zone: موج مکرر و ضربه پاشش، دومین-بالاترین نرخ خوردگی بعد از ناحیه جزر و مدی را نشان می‌دهد.
• منطقه اتمسفر: مه نمک و اشعه ماوراء بنفش باعث تسریع تخریب و لایه برداری پوشش می شود.

2. اشکال اولیه خوردگی

• خوردگی الکتروشیمیایی: سلول‌های خوردگی در تماس الکترولیت‌های فلزی (آب دریا/خاک).
• خوردگی شکافی: تجمع مواد خورنده در اتصالات بین شمع های فولادی، گلگیرها و پیچ ها.
• خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک (MIC): باکتری‌های کاهنده سولفات{0}}(SRB) که خوردگی موضعی را تسریع می‌کنند.
• خوردگی جریان سرگردان: تداخل الکتریکی از سیستم های برق بندر یا کشتی ها.

دو روش اولیه CP در پورت ها و اسکله ها استفاده می شود که بر اساس نوع ساختار، شرایط محیطی و اثربخشی هزینه انتخاب می شوند:

1. CP آند قربانی (SACP)

برنامه های کاربردی:

• شمع های لوله فولادی/شمع های ورق: آندهایی که مستقیماً روی سطوح شمع جوش داده شده یا پیچ می شوند.
• دروازه/گلگیرهای فولادی: آندها به طور مساوی در دو طرف دروازه ها یا سطوح داخلی گلگیرها توزیع می شوند.
• اسکله های کوچک / سازه های موقت: نصب آسان بدون برق خارجی.

مواد آند:

• آندهای آلیاژ آلومینیوم: راندمان جریان بالا (85٪ ~ 90٪) و ظرفیت، مناسب برای آب دریا.
• آندهای آلیاژ روی: عملکرد پایدار با راندمان جریان 90٪ تا 95٪ در آب دریا / رسوب.

ملاحظات طراحی:

الف چگالی جریان حفاظتی:

• منطقه غوطه ور: 80-120 mA/m²
• ناحیه جزر و مدی: 150-200 میلی آمپر بر متر مربع (نیاز به افزایش چگالی آند دارد)
• منطقه زیرین: 20-25 میلی آمپر بر متر مربع

ب طرح آند:

• توزیع محیطی روی شمع ها، با تمرکز بر مناطق جزر و مدی و زیر خطوط گل.
• Segmented arrangement for long piles (>30 متر) برای متعادل کردن توزیع جریان.

2. CP فعلی تحت تاثیر (ICCP)

برنامه های کاربردی:

• پایانه‌های بزرگ (مثلاً پایانه‌های LNG/کانتینری): تقاضای فعلی بالا برای پوشش گسترده.
• سازه‌های پیچیده (مانند شمع‌های پل دریایی متقاطع، خطوط لوله): به تنظیم جریان دینامیکی نیاز دارد.
• محیط‌های با مقاومت{0} بالا (مانند خاک‌های شنی یا مناطق آب شیرین).

اجزای سیستم:

الف مواد آند:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >طول عمر 25 سال.
• آندهای فلزی نجیب (Pt/Nb): برای محیط های بسیار خورنده اما بسیار گران است.

ب منبع تغذیه:

• یکسو کننده های ترانسفورماتور: به طور خودکار خروجی را برای حفظ -0.80-1.10 V (در مقابل Ag/AgCl) تنظیم می کند.
• نظارت از راه دور یکپارچه: از شبکه‌های سیمی/بی‌سیم/RS485/موبایل برای انتقال{1} زمان واقعی داده (جریان خروجی یکسوکننده ترانسفورماتور، ولتاژ خروجی، پتانسیل حفاظت کاتدی، وضعیت عملکرد تجهیزات و هشدار خطا.) به مراکز کنترل ابری/محلی پشتیبانی می‌کند. یکسو کننده های هوشمند عملکرد از راه دور/تنظیم پارامتر را فعال می کنند.

ج. الکترودهای مرجع:

• آب دریا: الکترودهای Ag/AgCl یا Zn برای نظارت{0}زمان واقعی.

ملاحظات طراحی:

الف چیدمان تخت آند:

• بسترهای آند فراساحلی: مستقر در بستر دریا در نزدیکی جبهه ترمینال.

ب بهینه سازی توزیع فعلی:

• آندهای توزیع شده (به عنوان مثال، سورتمه های MMO) برای حذف مناطق کور.
• نرم افزار روش عنصر مرزی (BEM) برای شبیه سازی توزیع جریان الکتریکی. (به عنوان مثال، Beasy، COMSOL).

1. استانداردهای بین المللی و ملی

بین المللی:

• ISO 15589-2-2012 صنایع نفت، پتروشیمی و گاز طبیعی - حفاظت کاتدی سیستم های حمل و نقل خط لوله قسمت 2: خطوط لوله دریایی
• NACE SP 0169 کنترل خوردگی خارجی در سیستم های لوله کشی فلزی زیرزمینی یا مستغرق
• NACE SP0176-2007 کنترل خوردگی مناطق غرق شده سازه های فولادی دائمی نصب شده در دریا مرتبط با تولید نفت
• طراحی حفاظت کاتدی DNV-RP-B401-2021
• حفاظت کاتدی DNVGL-RP-F103-2016 از خطوط لوله زیردریایی توسط آندهای گالوانیکی

استانداردهای چینی:

• GB/T 35988-2018 صنایع نفت و گاز طبیعی-حفاظت کاتدی خط لوله زیردریایی
• JTS 153{1}}3-2007 کد فنی برای ضد خوردگی سازه های فولادی در مهندسی بندری
• استاندارد JTS 153-2015 برای طراحی دوام سازه های مهندسی حمل و نقل آب
• GJB 156A-2008 طراحی و نصب محافظ آند قربانی برای تأسیسات بندری
• GB/T 17005-2019 الزامات عمومی برای سیستم های حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر سازه های ساحلی

2. طراحی حفاظت ترکیبی

پوشش + سینرژی CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>پوشش 95 درصد).
• CP از عیوب پوشش ( سوراخ سوزنی، آسیب ساختمانی) محافظت می کند.

سازگاری بالقوه:

• اجتناب از محافظت بیش از حد-<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. کاهش جریان سرگردان

اقدامات زهکشی:

• دستگاه های زهکشی را در مناطق آسیب دیده نصب کنید.
• با استفاده از فلنج های عایق، خطوط لوله{0}}درگاه را جدا کنید.

• پروژه CP ترمینال LNG (NLNG) نیجریه
• ترمینال مایع فله ای پروژه مجتمع BASF (گوانگدونگ).
• پروژه اسکله پایانه و ایستگاه سوخت‌گیری LNG ژوشان (ژجیانگ)
• پتروشیمی ژجیانگ 40 میلیون تن در پاس (میلیون تن در سال) پالایش-فاز 1 یکپارچه سازی شیمیایی مایع مایع
• سیستم مانیتورینگ CP و RMS ترمینال LNG هنگ کنگ
• ذغال سنگ ماتاباری-اسکله زغال سنگ نیروگاه سوخت‌رسانی (بنگلادش)
• Fuzhou Port Sandu'ao بندر منطقه Cheng'ao غرب منطقه اسکله 1 نصب

1. روش های مرسوم

اندازه گیری پتانسیل:

• غواصی: غواصان با الکترودهای مرجع قابل حمل.
• ناحیه جزر و مد: الکترودهای ثابت یا حسگرهای نصب شده در پهپاد-.

مصرف آند:

• توزین منظم یا طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) برای عمر باقی‌مانده.

2. سیستم های نظارت هوشمند

پلتفرم های راه دور:

• نظارت بر زمان واقعی خروجی های یکسو کننده (جریان، ولتاژ، پتانسیل cp) و عملکرد آند (جریان، پتانسیل، دما) با انتقال از راه دور به سرور ابری یا مرکز کنترل.
• الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پیش‌بینی طول عمر آند و هشدارهای خوردگی

ROVs(وسایل نقلیه از راه دور):

• بازرسی بصری-آندها/پوشش‌های عمیق آب.

1. چالش های فنی

پیچیدگی محیطی:

• پوشش لجن باعث محافظ جریان آند می شود (نیاز به آندهای معلق/جریان پالس دارد).
• شرایط بندر استوایی تسریع تخریب پوشش

هزینه-اثربخشی:

• هزینه های اولیه ICCP بالا (20-30٪ از کل بودجه ضد خوردگی) برای پایانه های بزرگ.

2. نوآوری ها

آندهای سازگار با محیط زیست-:

• آلیاژهای Cd{0}}روی آزاد، آلیاژهای آلیاژ کم-حلول برای کاهش آلودگی دریا.

انرژی های تجدید پذیر:

• انرژی خورشیدی/بادی-ICCP (به عنوان مثال، خلبان بندر چینگدائو دونجیاکو).

پوشش های هوشمند:

• پوشش‌های{0}خود ترمیمی (فناوری میکروکپسول) با CP هم‌افزایی می‌کنند.

فناوری CP برای ایمنی زیرساخت بندر حیاتی است و به تجزیه و تحلیل یکپارچه خوردگی، علم مواد و نظارت هوشمند نیاز دارد. توسعه آینده بر روی مواد{1}}اکولوژیکی، سیستم‌های هوشمند، و یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر تمرکز خواهد کرد تا نیاز به پایانه‌های-دریایی عمیق و بنادر سازگار با محیط زیست{3}}را برآورده کند، مهندسی بندر جهانی را به سمت راندمان بالا، کربن کم و افزایش طول عمر آن سوق دهد.