L'applicazione della tecnologia di protezione catodica nei terminal portuali

La tecnologia di protezione catodica (CP) è una tecnica anticorrosiva critica nel settore portuale e portuale, utilizzata principalmente per proteggere strutture metalliche come pali in acciaio, pali in acciaio, palancole in acciaio, cancelli in acciaio, oleodotti e fondazioni di ponti sul mare dalla corrosione elettrochimica nell'acqua di mare, nelle zone di marea e negli ambienti del suolo. Le strutture portuali sono cronicamente esposte ad ambienti corrosivi complessi caratterizzati da elevata salinità, umidità, condizioni alternate di bagnato-asciutto e biofouling. La protezione catodica, combinata con rivestimenti anti-corrosione, prolunga significativamente la durata di servizio strutturale (tipicamente progettata per oltre 50 anni).

1. Zone di corrosione

Gli ambienti corrosivi nei porti e sulle banchine sono suddivisi nelle seguenti zone in base all'ubicazione:

• Zona sommersa: immersione permanente in acqua di mare con tassi di corrosione influenzati dall'ossigeno disciolto, dalla salinità, dalla temperatura e dagli organismi marini.
• Zona di marea: condizioni alternate di umido-asciutto che causano la corrosione delle celle a concentrazione di ossigeno, con il tasso di corrosione più elevato (fino a 0,5 mm/anno).
• Zona di spruzzi: impatto ripetuto di onde e spruzzi, che mostra il secondo-tasso di corrosione più alto dopo la zona di marea.
• Zona atmosferica: nebbia salina e radiazioni UV accelerano la degradazione e la desquamazione del rivestimento.

2. Forme di corrosione primarie

• Corrosione elettrochimica: contatto tra metallo-elettrolita (acqua di mare/terreno) che forma celle di corrosione.
• Corrosione interstiziale: accumulo di mezzi corrosivi nelle connessioni tra pali in acciaio, parafanghi e bulloni.
• Corrosione influenzata microbiologicamente (MIC): batteri solfato{0}}riduttori (SRB) che accelerano la corrosione localizzata.
• Corrosione da corrente vagante: interferenza elettrica proveniente dai sistemi elettrici portuali o dalle navi.

Nei porti e sulle banchine vengono utilizzati due metodi CP principali, selezionati in base al tipo di struttura, alle condizioni ambientali e al rapporto costo-economico:

1. Anodo sacrificale CP (SACP)

Applicazioni:

• Palancole/palancole in acciaio: anodi saldati o imbullonati direttamente sulle superfici delle palancole.
• Cancelli/parafanghi in acciaio: anodi distribuiti uniformemente su entrambi i lati dei cancelli o sulle superfici interne dei parafanghi.
• Piccoli moli/strutture temporanee: installazione semplice senza alimentazione esterna.

Materiali dell'anodo:

• Anodi in lega di alluminio: efficienza di corrente elevata (85%~90%) e capacità, adatti per acqua di mare.
• Anodi in lega di zinco: prestazioni stabili con efficienza di corrente del 90%~95% in acqua di mare/sedimenti.

Considerazioni sulla progettazione:

UN. Densità di corrente di protezione:

• Zona sommersa: 80-120 mA/m²
• Zona di marea: 150-200 mA/m² (richiede una maggiore densità anodica)
• Zona sottosuolo: 20-25 mA/m²

B. Disposizione dell'anodo:

• Distribuzione circonferenziale sui pali, concentrandosi sulle zone di marea e al di sotto delle linee di fango.
• Segmented arrangement for long piles (>30m) per bilanciare la distribuzione della corrente.

2. CP corrente impressa (ICCP)

Applicazioni:

• Terminali di grandi dimensioni (ad esempio, terminali GNL/container): elevata richiesta di corrente per un'ampia copertura.
• Strutture complesse (ad esempio, pali di ponti marittimi, condotte)-: richiedono una regolazione dinamica della corrente.
• Ambienti ad alta-resistività (ad esempio terreni sabbiosi o aree di acqua dolce).

Componenti del sistema:

UN. Materiali dell'anodo:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >Durata della vita di 25 anni.
• Anodi di metalli nobili (Pt/Nb): per ambienti altamente corrosivi ma dai costi proibitivi.

B. Alimentazione elettrica:

• Raddrizzatori del trasformatore: regola automaticamente l'uscita per mantenere -0,80~-1,10 V (rispetto ad Ag/AgCl).
• Monitoraggio remoto integrato: supporta reti cablate/wireless/RS485/mobili per la trasmissione dei dati-in tempo reale (corrente di uscita del raddrizzatore del trasformatore, tensione di uscita, potenziale di protezione catodica, stato di funzionamento delle apparecchiature e allarme di guasto) a centri di controllo cloud/locali. I raddrizzatori intelligenti consentono il funzionamento/la regolazione dei parametri da remoto.

C. Elettrodi di riferimento:

• Acqua di mare: elettrodi Ag/AgCl o Zn per il monitoraggio-in tempo reale.

Considerazioni sulla progettazione:

UN. Disposizione del letto anodico:

• Basi anodiche offshore: distribuiti sui fondali marini vicino ai fronti dei terminali.

B. Ottimizzazione della distribuzione attuale:

• Anodi distribuiti (ad esempio, slitte MMO) per eliminare le zone cieche.
• Software Boundary Element Method (BEM) per simulare la distribuzione della corrente elettrica. (ad esempio, Beasy, COMSOL).

1. Standard internazionali e nazionali

Internazionale:

• ISO 15589-2-2012 Industrie petrolifere, petrolchimiche e del gas naturale - Protezione catodica dei sistemi di trasporto di condotte Parte 2: Condotte offshore
• NACE SP 0169 Controllo della corrosione esterna su sistemi di tubazioni metalliche sotterranee o sommerse
• NACE SP0176-2007 Controllo della corrosione delle aree sommerse di strutture offshore in acciaio installate permanentemente e associate alla produzione di petrolio
• DNV-RP-B401-2021 Progettazione di protezione catodica
• DNVGL-RP-F103-2016 Protezione catodica delle condotte sottomarine mediante anodi galvanici

Standard cinesi:

• GB/T 35988-2018 Settori del petrolio e del gas naturale - Protezione catodica delle condutture sottomarine
• JTS 153-3-2007 Codice tecnico per l'anticorrosione delle strutture in acciaio nell'ingegneria portuale
• JTS 153-2015 Standard per la progettazione della durabilità delle strutture ingegneristiche del trasporto idrico
• GJB 156A-2008 Progettazione e installazione di protezione con anodo sacrificale per strutture portuali
• GB/T 17005-2019 Requisiti generali per i sistemi di protezione catodica a corrente impressa delle strutture costiere

2. Progettazione di protezione combinata

Sinergia rivestimento + CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>copertura del 95%).
• CP protegge i difetti del rivestimento (fori di spillo, danni di costruzione).

Potenziale compatibilità:

• Evita l'eccessiva-protezione (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Mitigazione delle correnti vaganti

Misure di drenaggio:

• Installare dispositivi di drenaggio nelle aree interessate.
• Isolare le condotte terrestri del porto- utilizzando flange isolanti.

• Progetto CP del terminale T7 della Nigeria LNG (NLNG).
• Progetto integrato BASF (Guangdong) Terminale per liquidi sfusi
• Progetto del terminale di ricezione del GNL di Zhoushan e del molo della stazione di rifornimento (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (milioni di tonnellate all'anno) Raffinazione-Integrazione chimica Fase I Molo per prodotti chimici liquidi
• Sistema di monitoraggio CP e RMS del terminale GNL di Hong Kong
• Molo del carbone della centrale elettrica a carbone di Matabari- (Bangladesh)
• Installazione dell'ancoraggio 1 della zona ovest di Cheng'ao del porto di Fuzhou, dell'area del porto di Sandu'ao

1. Metodi convenzionali

Misurazione potenziale:

• Sommerso: subacquei con elettrodi di riferimento portatili.
• Zona di marea: elettrodi fissi o sensori montati su droni-.

Consumo dell'anodo:

• Pesatura regolare o spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per la durata rimanente.

2. Sistemi di monitoraggio intelligenti

Piattaforme remote:

• Monitoraggio in tempo reale-delle uscite del raddrizzatore (corrente, tensione, potenziale cp) e delle prestazioni dell'anodo (corrente, potenziale, temperatura) con trasmissione remota al server cloud o al centro di controllo.
• Algoritmi AI per la previsione della durata della vita dell'anodo e gli avvisi di corrosione.

ROV(Veicolo telecomandato):

• Ispezione visiva di anodi/rivestimenti-di acque profonde.

1. Sfide tecniche

Complessità ambientale:

• Copertura dei fanghi che causa la schermatura della corrente anodica (richiede anodi sospesi/corrente pulsante).
• Le condizioni dei porti tropicali accelerano il degrado del rivestimento.

Efficacia in termini di costi-:

• Costi iniziali ICCP elevati (20-30% del budget totale anticorrosione) per terminali di grandi dimensioni.

2. Innovazioni

Anodi eco-compatibili:

• Leghe di Zn senza Cd-, leghe di Al a bassa-dissoluzione per ridurre l'inquinamento marino.

Energia rinnovabile:

• ICCP alimentato da energia solare/eolica- (ad esempio, progetto pilota del porto di Qingdao Dongjiakou).

Rivestimenti intelligenti:

• Rivestimenti autoriparanti (tecnologia delle microcapsule) in sinergia con CP.

La tecnologia CP rimane vitale per la sicurezza delle infrastrutture portuali, poiché richiede analisi integrate della corrosione, scienza dei materiali e monitoraggio intelligente. Lo sviluppo futuro si concentrerà su eco-materiali, sistemi intelligenti e integrazione di energia rinnovabile per soddisfare la domanda di terminali di acque profonde-e porti eco-compatibili, guidando l'ingegneria portuale globale verso un'elevata efficienza, basse emissioni di carbonio e una maggiore longevità.