L'aplicació de la tecnologia de protecció catòdica a les terminals portuàries

La tecnologia de protecció catòdica (CP) és una tècnica anti-corrosió crítica a la indústria portuària i dels molls, que s'utilitza principalment per protegir estructures metàl·liques com ara piles d'acer, pilotes de canonades d'acer, pilotes de xapa d'acer, portes d'acer, oleoductes i fonaments de ponts-transversals de la corrosió electroquímica a l'aigua de mar, zones de marea i entorns del sòl. Les instal·lacions portuàries estan exposades de manera crònica a entorns corrosius complexos caracteritzats per una salinitat elevada, humitat, condicions humides-seques alternades i contaminació biològica. La protecció catòdica, combinada amb recobriments anticorrosió, allarga significativament la vida útil de l'estructura (normalment dissenyada durant més de 50 anys).

1. Zones de corrosió

Els ambients corrosius en ports i molls es divideixen en les zones següents segons la ubicació:

• Zona submergida: immersió permanent en aigua de mar amb taxes de corrosió influenciades per l'oxigen dissolt, la salinitat, la temperatura i els organismes marins.
• Zona de marea: alternança de condicions humides-seques que provoquen corrosió de les cèl·lules de concentració d'oxigen, amb la taxa de corrosió més alta (fins a 0,5 mm/any).
• Zona d'esquitxades: impacte repetit d'onades i ruixats, que presenta la segona -taxa de corrosió més alta després de la zona de marea.
• Zona atmosfèrica: boira salina i radiació UV que acceleren la degradació i la descamació del recobriment.

2. Formes de corrosió primària

• Corrosió electroquímica: contacte d'electròlit-metall (aigua de mar/sòl) que forma cèl·lules de corrosió.
• Corrosió per esquerdes: acumulació de mitjans corrosius a les connexions entre piles d'acer, parafangs i cargols.
• Corrosió influenciada microbiològicament (MIC): bacteris{0}}reductors de sulfat (SRB) que acceleren la corrosió localitzada.
• Corrosió per corrent dispers: interferències elèctriques dels sistemes d'alimentació portuària o dels vaixells.

En ports i molls s'utilitzen dos mètodes de CP principals, seleccionats en funció del tipus d'estructura, les condicions ambientals i la{0}}cost-efectivitat:

1. Ànode sacrificial CP (SACP)

Aplicacions:

• Pilotes/pilotes de tubs d'acer: Ànodes soldats o cargolats directament sobre superfícies de pilotes.
• Portes/parafangs d'acer: Ànodes distribuïts uniformement a banda i banda de les portes o superfícies interiors dels parafangs.
• Petits molls/estructures temporals: Fàcil instal·lació sense energia externa.

Materials de l'ànode:

• Ànodes d'aliatge d'alumini: alta eficiència de corrent (85% ~ 90%) i capacitat, adequats per a aigua de mar.
• Ànodes d'aliatge de zinc: rendiment estable amb eficiència actual del 90% ~ 95% a l'aigua de mar/sediments.

Consideracions de disseny:

a. Densitat de corrent de protecció:

• Zona submergida: 80-120 mA/m²
• Zona de marea: 150-200 mA/m² (requereix una densitat d'ànode més gran)
• Zona subsòl: 20-25 mA/m²

b. Disposició de l'ànode:

• Distribució circumferencial en piles, centrant-se en zones de marea i per sota de les línies de fang.
• Segmented arrangement for long piles (>30 m) per equilibrar la distribució de corrent.

2. CP actual impressionat (ICCP)

Aplicacions:

• Terminals grans (per exemple, terminals de GNL/contenidor): alta demanda actual de cobertura àmplia.
• Estructures complexes (p. ex., piles de ponts-creuals, canonades): requereix un ajust dinàmic del corrent.
• Entorns d'alta-resistència (p. ex., sòls sorrencs o zones d'aigua dolça).

Components del sistema:

a. Materials de l'ànode:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >Vida útil de 25 anys.
• Ànodes de metall noble (Pt/Nb): per a ambients altament corrosius però prohibitivament cars.

b. Font d'alimentació:

• Rectificadors del transformador: ajusten automàticament la sortida per mantenir -0,80 ~ -1,10 V (en comparació amb Ag/AgCl).
• Monitorització remota integrada: admet xarxes cablejades/sense fils/RS485/mòbils per a la transmissió de dades-en temps real (corrent de sortida del rectificador del transformador, tensió de sortida, potencial de protecció catòdica, estat de funcionament de l'equip i alarma d'error.) al núvol/centres de control locals. Els rectificadors intel·ligents permeten el funcionament remot/ajust de paràmetres.

c. Elèctrodes de referència:

• Aigua de mar: elèctrodes d'Ag/AgCl o Zn per al control-en temps real.

Consideracions de disseny:

a. Disposició del llit ànode:

• Llits d'ànode en alta mar: desplegats en fons marins prop dels fronts terminals.

b. Optimització de la distribució actual:

• Ànodes distribuïts (per exemple, trineus MMO) per eliminar zones cegues.
• Programari Boundary Element Method (BEM) per simular la distribució del corrent elèctric. (p. ex., Beasy, COMSOL).

1. Normes internacionals i nacionals

Internacional:

• ISO 15589-2-2012 Indústries del petroli, petroquímics i del gas natural - Protecció catòdica dels sistemes de transport per canonades Part 2: Conduccions en alta mar
• NACE SP 0169 Control de la corrosió externa en sistemes de canonades metàl·liques subterrànies o submergides
• NACE SP0176-2007 Control de la corrosió de zones submergides d'estructures d'acer instal·lades de manera permanent associades a la producció de petroli
• DNV-RP-B401-2021 Disseny de protecció catòdica
• DNVGL-RP-F103-2016 Protecció catòdica de canonades submarines mitjançant ànodes galvànics

Estàndards xinesos:

• GB/T 35988-2018 Indústries del petroli i del gas natural-Protecció catòdica del gasoducte submarí
• JTS 153-3-2007 Codi tècnic per a la anticorrosió d'estructures d'acer en enginyeria portuària
• JTS 153-2015 Standard for Durability Design of Water Transport Engineering Structures
• GJB 156A-2008 Disseny i instal·lació de protecció d'ànodes sacrificials per a instal·lacions portuàries
• GB/T 17005-2019 Requisits generals per als sistemes de protecció catòdica actuals impressionades d'estructures costaneres

2. Disseny de protecció combinada

Sinèrgia de recobriment + CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95% de cobertura).
• CP protegeix els defectes del recobriment (forats, danys de construcció).

Compatibilitat potencial:

• Eviteu la-protecció excessiva (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Mitigació de corrents errades

Mesures de drenatge:

• Instal·lar dispositius de drenatge a les zones afectades.
• Aïlleu les canonades terrestres-portuàries mitjançant brides aïllants.

• Projecte CP de la terminal T7 de Nigeria LNG (NLNG).
• Terminal de líquid a granel del projecte integrat de BASF (Guangdong).
• Projecte del moll de la terminal de recepció de GNL de Zhoushan i de l'estació de subministrament (Zhejiang)
• Petroquímica de Zhejiang 40 Mtpa (milions de tones per any) Refinació-Integració química Fase I Moll de productes químics líquids
• Sistema de monitorització CP i RMS de la terminal de GNL de Hong Kong
• Matabari Coal-Fired Power Plant Coal Wharf (Bangla Desh)
• Port de Fuzhou Zona portuària de Sandu'ao Instal·lació de la zona oest de Cheng'ao 1

1. Mètodes convencionals

Mesura potencial:

• Submergit: bussejadors amb elèctrodes de referència portàtils.
• Zona de marea: elèctrodes fixos o sensors muntats en drons-.

Consum d'ànode:

• Pesatge regular o espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS) per a la vida restant.

2. Sistemes de monitorització intel·ligents

Plataformes remotes:

• Monitorització-en temps real de les sortides del rectificador (corrent, tensió, potencial de cp) i el rendiment de l'ànode (actual, potencial, temperatura) amb transmissió remota al servidor del núvol o al centre de control.
• Algoritmes d'IA per a la predicció de la vida útil dels ànodes i alertes de corrosió.

ROVs(Vehicle operat a distància):

• Inspecció visual dels-ànodes/revestiments d'aigua profunda.

1. Reptes tècnics

Complexitat ambiental:

• Cobertura de fangs que provoca la protecció del corrent de l'ànode (requereix ànodes suspesos/corrent de pols).
• Les condicions del port tropical acceleren la degradació del recobriment.

Cost{0}efectivitat:

• Costos inicials ICCP elevats (20-30% del pressupost total anticorrosió) per a terminals grans.

2. Innovacions

Ànodes eco-ecològics:

• Aliatges Zn lliures de Cd-, aliatges d'Al de baixa-dissolució per reduir la contaminació marina.

Energies renovables:

• ICCP d'energia solar/eòlica-(p. ex., pilot del port de Qingdao Dongjiakou).

Recobriments intel·ligents:

• Recobriments d'-autocuració (tecnologia de microcàpsules) sinergitzats amb CP.

La tecnologia CP segueix sent vital per a la seguretat de la infraestructura portuària, que requereix anàlisi de corrosió integrada, ciència dels materials i monitorització intel·ligent. El desenvolupament futur se centrarà en els-materials ecològics, els sistemes intel·ligents i la integració d'energies renovables per satisfer les demandes de terminals-de mar profund i ports eco-ecològics, impulsant l'enginyeria portuària global cap a una alta eficiència, baixes emissions de carboni i allargant la seva longevitat.