De toepassing van kathodische beschermingstechnologie in haventerminals

Kathodische beschermingstechnologie (CP) is een cruciale anti{0}}corrosietechniek in de haven- en werfindustrie, die voornamelijk wordt gebruikt om metalen constructies zoals stalen palen, stalen pijppalen, stalen damwanden, stalen hekken, oliepijpleidingen en kruis-zeebrugfunderingen te beschermen tegen elektrochemische corrosie in zeewater, getijdenzones en bodemomgevingen. Havenfaciliteiten worden chronisch blootgesteld aan complexe corrosieve omgevingen die worden gekenmerkt door een hoog zoutgehalte, vochtigheid, afwisselend natte-droge omstandigheden en biofouling. Kathodische bescherming, gecombineerd met anti-corrosiecoatings, verlengt de structurele levensduur aanzienlijk (doorgaans ontworpen voor meer dan 50 jaar).

1. Corrosiezones

De corrosieve omgevingen in havens en werven zijn op basis van locatie onderverdeeld in de volgende zones:

• Ondergedompelde zone: Permanente onderdompeling in zeewater met corrosiesnelheid beïnvloed door opgeloste zuurstof, zoutgehalte, temperatuur en mariene organismen.
• Getijdenzone: afwisselend natte{0}}droge omstandigheden die celcorrosie door de zuurstofconcentratie veroorzaken, met de hoogste corrosiesnelheid (tot 0,5 mm/jaar).
• Spatzone: herhaalde golf- en sproei-impact, met de op een na- hoogste corrosiesnelheid na de getijdenzone.
• Atmosferische zone: Zoutmist en UV-straling versnellen de afbraak en het loslaten van de coating.

2. Primaire corrosievormen

• Elektrochemische corrosie: Metaal-elektrolyt (zeewater/bodem) contactvormende corrosiecellen.
• Spleetcorrosie: Ophoping van corrosieve media bij verbindingen tussen stalen palen, spatborden en bouten.
• Microbiologisch beïnvloede corrosie (MIC): Sulfaat-reducerende bacteriën (SRB) die plaatselijke corrosie versnellen.
• Zwerfstroomcorrosie: Elektrische interferentie van havenstroomsystemen of schepen.

In havens en werven worden twee primaire CP-methoden gebruikt, geselecteerd op basis van structuurtype, omgevingsomstandigheden en kosteneffectiviteit:

1. Opofferingsanode CP (SACP)

Toepassingen:

• Stalen buispalen/damwanden: Anodes die rechtstreeks op paaloppervlakken worden gelast of vastgeschroefd.
• Stalen poorten/spatborden: Anodes gelijkmatig verdeeld aan beide zijden van de poorten of binnenste spatbordoppervlakken.
• Kleine werven/tijdelijke constructies: Eenvoudige installatie zonder externe voeding.

Anodematerialen:

• Anodes van aluminiumlegering: hoge stroomefficiëntie (85% ~ 90%) en capaciteit, geschikt voor zeewater.
• Anodes van zinklegering: stabiele prestaties met een stroomefficiëntie van 90% ~ 95% in zeewater/sediment.

Ontwerpoverwegingen:

A. Beveiligingsstroomdichtheid:

• Ondergedompelde zone: 80-120 mA/m²
• Getijdenzone: 150-200 mA/m² (vereist verhoogde anodedichtheid)
• Ondergrondzone: 20-25 mA/m²

B. Anode-indeling:

• Circumferentiële verspreiding op palen, met de nadruk op getijdenzones en onder modderlijnen.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) om de stroomverdeling in evenwicht te brengen.

2. Onder de indruk van huidige CP (ICCP)

Toepassingen:

• Grote terminals (bijvoorbeeld LNG/containerterminals): Hoge huidige vraag naar uitgebreide dekking.
• Complexe constructies (bijv. kruis-zeebrugpalen, pijpleidingen): vereist dynamische stroomaanpassing.
• Omgevingen met een hoge- weerstand (bijvoorbeeld zandgronden of zoetwatergebieden).

Systeemcomponenten:

A. Anodematerialen:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >Levensduur van 25 jaar.
• Edelmetaalanoden (Pt/Nb): Voor zeer corrosieve omgevingen, maar onbetaalbaar.

B. Voeding:

• Transformatorgelijkrichters: Pas de uitvoer automatisch aan om -0,80~-1,10 V te behouden (vs. Ag/AgCl).
• Geïntegreerde bewaking op afstand: Ondersteunt bekabelde/draadloze/RS485/mobiele netwerken voor real-datatransmissie (uitgangsstroom van transformatorgelijkrichter, uitgangsspanning, kathodische beschermingspotentieel, bedrijfsstatus van apparatuur en foutalarm.) naar cloud-/lokale controlecentra. Slimme gelijkrichters maken bediening/parameteraanpassing op afstand mogelijk.

C. Referentie-elektroden:

• Zeewater: Ag/AgCl- of Zn-elektroden voor realtime monitoring.

Ontwerpoverwegingen:

A. Indeling anodebed:

• Offshore-anodebedden: ingezet op zeebodems nabij terminalfronten.

B. Huidige distributieoptimalisatie:

• Gedistribueerde anodes (bijv. MMO-sleeën) om blinde zones te elimineren.
• Boundary Element Method (BEM)-software om de verdeling van elektrische stroom te simuleren. (bijv. Beasy, COMSOL).

1. Internationale en nationale normen

Internationale:

• ISO 15589-2-2012 Petroleum-, petrochemische en aardgasindustrieën - Kathodische bescherming van transportsystemen voor pijpleidingen Deel 2: Offshore-pijpleidingen
• NACE SP 0169 Beheersing van externe corrosie op ondergrondse of ondergedompelde metalen leidingsystemen
• NACE SP0176-2007 Corrosiebeheersing van ondergedompelde gebieden van permanent geïnstalleerde stalen offshore-constructies die verband houden met de olieproductie
• DNV-RP-B401-2021 Ontwerp voor kathodische bescherming
• DNVGL-RP-F103-2016 Kathodische bescherming van onderzeese pijpleidingen door galvanische anodes

Chinese normen:

• GB/T 35988-2018 Petroleum- en aardgasindustrie - Kathodische bescherming voor onderzeese pijpleidingen
• JTS 153-3-2007 Technische code voor corrosiebescherming van staalconstructies in haventechniek
• JTS 153-2015 Standaard voor duurzaamheidsontwerp van watertransporttechnische constructies
• GJB 156A-2008 Ontwerp en installatie van opofferingsanodebescherming voor havenfaciliteiten
• GB/T 17005-2019 Algemene vereisten voor onder druk staande kathodische beschermingssystemen van kustconstructies

2. Gecombineerd beschermingsontwerp

Coating + CP-synergie:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95% dekking).
• CP beschermt coatingfouten (gaatjes, constructieschade).

Potentiële compatibiliteit:

• Vermijd over-bescherming (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Beperking van zwerfstroom

Afwateringsmaatregelen:

• Installeer drainageapparatuur in de getroffen gebieden.
• Isoleer haven-landpijpleidingen met behulp van isolerende flenzen.

• Nigeria LNG (NLNG) T7 Terminal CP-project
• BASF (Guangdong) geïntegreerde projectbulkvloeistofterminal
• Zhoushan LNG-ontvangstterminal en tankstation Wharf Project (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemie 40 Mtpa (miljoen ton per jaar) Raffinage-Chemische integratie Fase I Vloeibare chemische kade
• Hong Kong LNG Terminal CP & RMS-bewakingssysteem
• Matabari Coal-Stookcentrale Coal Wharf (Bangladesh)
• Fuzhou-haven Sandu'ao-havengebied Cheng'ao West Zone Ligplaats 1 Installatie

1. Conventionele methoden

Potentiaalmeting:

• Ondergedompeld: duikers met draagbare referentie-elektroden.
• Getijdenzone: vaste elektroden of op drones-gemonteerde sensoren.

Anodeverbruik:

• Regelmatig wegen of elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) voor de resterende levensduur.

2. Slimme monitoringsystemen

Externe platforms:

• Real- monitoring van gelijkrichteruitgangen (stroom, spanning, cp-potentieel) en anodeprestaties (stroom, potentieel, temperatuur) met externe transmissie naar cloudserver of controlecentrum.
• AI-algoritmen voor het voorspellen van de levensduur van anoden en corrosiewaarschuwingen.

ROV's(Op afstand bestuurbaar voertuig):

• Visuele inspectie van diep-wateranodes/coatings.

1. Technische uitdagingen

Omgevingscomplexiteit:

• Slibbedekking veroorzaakt anodestroomafscherming (vereist hangende anodes/pulsstroom).
• Tropische havenomstandigheden versnellen de afbraak van coatings.

Kosten-effectiviteit:

• Hoge ICCP-aanvangskosten (20-30% van het totale anti-corrosiebudget) voor grote terminals.

2. Innovaties

Eco-vriendelijke anodes:

• Cd-vrije Zn-legeringen, Al-legeringen met lage- oplossing om de vervuiling van de zee te verminderen.

Hernieuwbare energie:

• ICCP op zonne-/windenergie- (bijv. proefproject in de haven van Qingdao Dongjiakou).

Slimme coatings:

• Zelf-herstellende coatings (microcapsuletechnologie) in synergie met CP.

CP-technologie blijft van cruciaal belang voor de veiligheid van de haveninfrastructuur en vereist geïntegreerde corrosieanalyse, materiaalkunde en slimme monitoring. De toekomstige ontwikkeling zal zich richten op milieu-materialen, intelligente systemen en de integratie van hernieuwbare energie om te voldoen aan de vraag naar diep-zeeterminals en milieu-vriendelijke havens, waardoor de mondiale haventechniek in de richting van een hoog rendement en een laag koolstofgehalte wordt gestuwd en de levensduur ervan wordt verlengd.