A katódos védelmi technológia alkalmazása tengeri szélerőművekben

A katódos védelmi technológia (Cathodic Protection, CP) egy kritikus korrózióvédelmi technika a tengeri széliparban, elsősorban acélszerkezetek (például egyoszlopos alapok, köpenyszerkezetek és tengeri alállomások) védelmére szolgál az elektrokémiai korrózió ellen tengervízben és tengeri légköri környezetben. A tengeri szélerőművek hosszú távú kitettsége-a miatt összetett korrozív környezetnek, amelyet magas sótartalom, páratartalom, hullámos súrlódás és mikroorganizmusok jellemeznek, a katódos védelmi technológia a hosszú távú biztonságos működésük biztosításának egyik alapvető intézkedésévé vált.

A tengeri szélerőművekben a korrózió elsősorban a következő környezeti tényezőkből ered:

• Tengervíz korrózió: A magas sótartalom, az oldott oxigén és a kloridionok felgyorsítják a fémek korrózióját.
• Az árapályzóna korróziója: A váltakozó nedves{0}}száraz ciklusok oxigénkoncentráció-különbséget okoznak, fokozva a helyi korróziót.
• Tengeri bioszennyeződés: A mikroorganizmusok (pl. szulfát{2}}redukáló baktériumok) elősegítik a helyi korróziót.
• Ciklikus terhelés: A szél és a hullámok által kiváltott dinamikus feszültségek felgyorsítják a korróziós kifáradást.

Tipikus korróziós{0}}területek:

• Monopill alapozások: merülő zóna, árapályzóna, fröccsenő zóna.
• Köpenyszerkezetek és átmeneti darabok: Hegesztett kötések, cső alakú csomópontok.
• Offshore alállomási platformok: Acélcölöpök, fedélzeti tartószerkezetek.
• Belső csővezetékek: Kábelacél burkolatok, fugázó csövek.

1. Feláldozó anód katódos védelem (SACP)

Alapelv:

• Nagyobb elektrokémiai aktivitású fémeket (pl. alumínium, cinkötvözetek) használ anódként, amelyek elsősorban korrodálnak az acélszerkezetek védelme érdekében.

Alkalmazások:

• Egysíkú alapok: Közvetlenül a cölöp felületére hegesztett vagy csavarozott anódok.
• Köpeny csőcsomópontjai: Gyűrűs anódok a csőkötések köré szerelve.
• Átmeneti darab fugázózónák: fugázó anyagokba ágyazott anódok.

Anód anyagok:

• Alumíniumötvözet anódok: Magas áramhatékonyság (85% ~ 90%), nagy elektromos kapacitás, alkalmas tengervizes környezetben.
• Cinkötvözet anódok: Kiváló stabilitás, 90-95%-os áramhatékonyság tengervízben és tengerfenéki iszapban, alkalmas tengervizes és tenger alatti iszapkörnyezetben.

Tervezési szempontok:

• Számítsa ki az anód mennyiségét és eloszlását a szerkezet élettartama alapján (jellemzően 25-30 év).
• Vegye figyelembe az áramsűrűség követelményeit (pl. merülő zóna: 80–120 mA/m²; árapályzóna: 150–200 mA/m²; al-sárzóna: 20–25 mA/m²).

2. Impressed Current Cathodic Protection (ICCP)

Alapelv:

• Külső áramforrást használ, hogy áramot kényszerítsen a védett szerkezetre, katódos polarizációt indukálva a fém felületén.

Alkalmazások:

• Nagy tengeri alállomási platformok: Nagy lefedettség és jelenlegi kereslet.
• Összetett szerkezetek: több-cölöpös köpenyek vagy dinamikus kábelrendszerek.

A rendszer összetevői:

• Anódok: vegyes fém-oxid (MMO) anódok, platinizált nióbium anód, platinizált titán anód.
• Tápellátás: transzformátor egyenirányítók vagy állandó áramú egyenirányítók.
• Referenciaelektródák: Ag/AgCl vagy cink elektródák a valós idejű potenciálfigyeléshez.

Előnyök:

• Állítható áramkimenet a dinamikus korróziós környezethez való alkalmazkodáshoz.
• Suitable for long-life projects (>30 év) alacsony fenntartási költségek mellett.

1. Lehetséges kritériumok:

• Acélszerkezetek védelmi potenciáltartománya: -0,80 V ~ -1,10 V (Ag/AgCl elektródával szemben).
• Kerülje a túlzott-védelmet (-1,10 V alatti potenciál vs. Ag/AgCl), hogy megelőzze a bevonat szétválását vagy a hidrogén ridegségét.

2. Anód elrendezés és telepítés:

• Egysíkú alapok: Az anódok jellemzően kerület mentén helyezkednek el, az árapályzónákra és az iszapvonal alatti területekre összpontosítva.
• Köpenyszerkezetek: Megnövelt anódsűrűség csőkötéseknél és hegesztéseknél.
• Dinamikus zónák: Használjon feszített segédanódokat vagy szegmentált kialakításokat a szerkezeti alakváltozások kezelésére.

3. Bevonat szinergia:

• A CP-t nagy -teljesítményű korróziógátló-bevonatokkal (pl. epoxi, poliuretán) kell kombinálni.
• A katódos védelem kompenzálja a bevonat hibáit vagy sérüléseit.

4. Felügyelet és karbantartás:

• Potenciális megfigyelés: Előre{0}}telepített referenciaelektródákkal vagy ROV-ellenőrzésekkel.
• Anódfogyasztás ellenőrzése: Az anód maradék tömegének vagy áramkimenetének rendszeres mérése.
• Intelligens rendszerek: IoT{0}}engedélyezett valós idejű-adatátvitel a szárazföldi irányítóközpontokhoz.

• Németország Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 szélerőműparkja.
• Shenneng Hainan CZ{0}}MW tengeri szélenergia bemutató projekt.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW tengeri szélfarm ICCP rendszer kutatási projekt.
• SPIC Xiangshan 1# 500 MW tengeri szélerőmű-projekt.
• Kínai Három-szoros Yangjiang Yangxi Shapa 300 MW tengeri szélenergia projekt.
• Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW offshore Wind Project.
• CPI Dafeng H3# 300MW tengeri szélerőmű-projekt.

1. Technikai kihívások

• Dinamikus terhelési hatások: Hullám-kifáradás okozta repedés az anód-szerkezeti csatlakozásoknál.
• Mély{0}}tengeri környezet: Egyenetlen anódáram-eloszlás 50 métert meghaladó mélységben.
• Költségszabályozás: Az anód anyagköltségei a nagy szélerőművek összes költségének 10-15%-át teszik ki.

2. Innovációs irányok

Új anód anyagok:

• Nano-kompozit anódok (pl. Al-Zn-In-Ti) az áram hatékonyságának növelése érdekében.
• Környezetbarát anódok (alacsony nehézfém-oldódás).

Intelligens rendszerek:

• AI-alapú adaptív potenciál korrekciós technológia.
• ROV{0}}segített együttműködési megfigyelés.

Hibrid energiaellátás:

• A nap- és szélenergia integrálása az ICCP-rendszerek zöld energiájának biztosítására.

3. Szabványok és előírások

Nemzetközi szabványok:

• ISO 24656-2022 (Tengeri szélszerkezetek katódos védelme).
• DNV-RP-B401 katódos védelem kialakítása.

Kínai szabványok:

• SY/T10030-2018 "Tevészeti kódex tengeri fix platformok katódos védelmi rendszereihez".
• NB/T 10626-2021 „Tengeri szélerőmű-projektek korróziógátló tervezésének szabályzata”.

A katódos védelmi technológia sarokköve a tengeri szélszerkezetek tartósságának biztosításának, amely megköveteli az anyagtudomány, a hajómérnöki és az intelligens megfigyelési technológiák integrációját. Ahogy az ipar a mélyebb vizek és a nagyobb kapacitások felé halad, a CP rendszerek a nagyobb hatékonyságot, a környezeti fenntarthatóságot és az intelligenciát fogják hangsúlyozni. Az anyagok és a digitális menedzsment jövőbeli innovációi várhatóan csökkentik az életciklus költségeit, és támogatják a tengeri szélenergia globális fenntartható fejlődését.