การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีป้องกัน Cathodic ในอาคารผู้โดยสารของท่าเรือ

เทคโนโลยีการป้องกัน Cathodic (CP) เป็นเทคนิคการป้องกัน-การกัดกร่อนที่สำคัญในอุตสาหกรรมท่าเรือและท่าเทียบเรือ ซึ่งใช้เป็นหลักในการปกป้องโครงสร้างโลหะ เช่น เสาเข็มเหล็ก เสาเข็มท่อเหล็ก เสาเข็มเหล็กแผ่น ประตูเหล็ก ท่อส่งน้ำมัน และฐานรากข้าม-สะพานข้ามทะเลจากการกัดกร่อนด้วยเคมีไฟฟ้าในน้ำทะเล เขตน้ำขึ้นน้ำลง และสภาพแวดล้อมในดิน สิ่งอำนวยความสะดวกของท่าเรือต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ซับซ้อนอย่างเรื้อรัง โดยมีความเค็ม ความชื้นสูง สภาพเปียก-}แห้งสลับกัน และเกิดการปนเปื้อนทางชีวภาพ การป้องกันแบบแคโทดรวมกับการเคลือบป้องกันการกัดกร่อน- ช่วยยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างได้อย่างมาก (โดยทั่วไปแล้วจะออกแบบมานานกว่า 50 ปี)

1. โซนการกัดกร่อน

สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในท่าเรือและท่าเทียบเรือแบ่งออกเป็นโซนต่อไปนี้ตามสถานที่ตั้ง:

• โซนที่จมอยู่ใต้น้ำ: การแช่น้ำทะเลอย่างถาวรโดยมีอัตราการกัดกร่อนซึ่งได้รับอิทธิพลจากออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ความเค็ม อุณหภูมิ และสิ่งมีชีวิตในทะเล
• โซนน้ำขึ้นน้ำลง: สภาวะเปียก{0}}สลับกันทำให้เกิดการกัดกร่อนของเซลล์ความเข้มข้นของออกซิเจน โดยมีอัตราการกัดกร่อนสูงสุด (สูงถึง 0.5 มม./ปี)
• โซนน้ำกระเซ็น: ผลกระทบของคลื่นและสเปรย์ซ้ำๆ ซึ่งแสดงอัตราการกัดกร่อน-สูงสุดเป็นอันดับสองรองจากโซนน้ำขึ้นน้ำลง
• โซนบรรยากาศ: หมอกเกลือและรังสียูวีเร่งการเสื่อมสภาพและการหลุดลอกของสารเคลือบ

2. แบบฟอร์มการกัดกร่อนเบื้องต้น

• การกัดกร่อนด้วยเคมีไฟฟ้า: โลหะ-อิเล็กโทรไลต์ (น้ำทะเล/ดิน) สัมผัสกันทำให้เกิดเซลล์การกัดกร่อน
• การกัดกร่อนตามรอยแยก: การสะสมของตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่จุดเชื่อมต่อระหว่างเสาเข็มเหล็ก บังโคลน และสลักเกลียว
• การกัดกร่อนที่ได้รับอิทธิพลจากจุลชีววิทยา (MIC): ซัลเฟต-รีดิวซ์แบคทีเรีย (SRB) เร่งการกัดกร่อนเฉพาะที่
• การกัดกร่อนของกระแสไฟฟ้ารั่วไหล: การรบกวนทางไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้าของท่าเรือหรือเรือ

มีการใช้วิธี CP หลักสองวิธีในท่าเรือและท่าเทียบเรือ โดยเลือกตามประเภทโครงสร้าง สภาพแวดล้อม และ-ความคุ้มค่า:

1. แซคริฟิเชียลแอโนด CP (SACP)

การใช้งาน:

• เสาเข็มท่อเหล็ก/เสาเข็มแผ่น: ขั้วบวกเชื่อมหรือยึดติดโดยตรงบนพื้นผิวเสาเข็ม
• ประตู/บังโคลนเหล็ก: แอโนดกระจายเท่ากันทั้งสองด้านของประตูหรือพื้นผิวบังโคลนด้านใน
• ท่าเรือขนาดเล็ก/โครงสร้างชั่วคราว: ติดตั้งง่ายโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก

วัสดุแอโนด:

• แอโนดโลหะผสมอลูมิเนียม: ประสิทธิภาพสูงในปัจจุบัน (85% ~ 90%) และความจุ เหมาะสำหรับน้ำทะเล
• แอโนดโลหะผสมสังกะสี: ประสิทธิภาพที่มั่นคงโดยมีประสิทธิภาพในปัจจุบัน 90% ~ 95% ในน้ำทะเล/ตะกอน

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ:

ก. ความหนาแน่นกระแสป้องกัน:

• โซนใต้น้ำ: 80-120 mA/m²
• โซนน้ำขึ้นน้ำลง: 150-200 mA/m² (ต้องเพิ่มความหนาแน่นของแอโนด)
• โซนดินใต้ผิวดิน: 20-25 mA/m²

ข. เค้าโครงแอโนด:

• การกระจายตามแนวเส้นรอบวงบนเสาเข็ม เน้นบริเวณเขตน้ำขึ้นน้ำลงและใต้แนวโคลน
• Segmented arrangement for long piles (>30 ม.) เพื่อปรับการกระจายกระแสให้สมดุล

2. CP ประทับใจปัจจุบัน (ICCP)

การใช้งาน:

• เทอร์มินัลขนาดใหญ่ (เช่น เทอร์มินัล LNG/คอนเทนเนอร์): ความต้องการในปัจจุบันสูงเพื่อความครอบคลุมที่กว้างขวาง
• โครงสร้างที่ซับซ้อน (เช่น เสาเข็มข้าม-สะพานทะเล ท่อ): ต้องมีการปรับกระแสไฟแบบไดนามิก
• สภาพแวดล้อมที่มีความต้านทานสูง- (เช่น ดินทรายหรือพื้นที่น้ำจืด)

ส่วนประกอบของระบบ:

ก. วัสดุแอโนด:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >อายุการใช้งาน 25 ปี
• โลหะมีค่าแอโนด (Pt/Nb): สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูงแต่มีราคาแพงมาก

ข. แหล่งจ่ายไฟ:

• วงจรเรียงกระแสหม้อแปลง: ปรับเอาต์พุตโดยอัตโนมัติเพื่อรักษา -0.80~-1.10 V (เทียบกับ Ag/AgCl)
• การตรวจสอบระยะไกลแบบรวม: รองรับเครือข่ายแบบมีสาย/ไร้สาย/RS485/มือถือสำหรับการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์- (กระแสเอาต์พุตของหม้อแปลงเรียงกระแส แรงดันเอาต์พุต ศักยภาพในการป้องกันแคโทด สถานะการทำงานของอุปกรณ์ และการแจ้งเตือนข้อผิดพลาด) ไปยังศูนย์ควบคุมคลาวด์/ในพื้นที่ วงจรเรียงกระแสอัจฉริยะช่วยให้สามารถดำเนินการระยะไกล/ปรับพารามิเตอร์ได้

ค. อิเล็กโทรดอ้างอิง:

• น้ำทะเล: อิเล็กโทรด Ag/AgCl หรือ Zn สำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์-

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ:

ก. เค้าโครงเตียงแอโนด:

• เตียงแอโนดนอกชายฝั่ง: ติดตั้งบนพื้นทะเลใกล้กับอาคารผู้โดยสาร

ข. การเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายปัจจุบัน:

• กระจายแอโนด (เช่น เลื่อน MMO) เพื่อกำจัดโซนตาบอด
• ซอฟต์แวร์ BEM) เพื่อจำลองการกระจายกระแสไฟฟ้า (เช่น บีซี, COMSOL)

1. มาตรฐานสากลและระดับชาติ

ระหว่างประเทศ:

• ISO 15589-2-2012 อุตสาหกรรมปิโตรเลียม ปิโตรเคมี และก๊าซธรรมชาติ - การป้องกัน Cathodic ของระบบขนส่งทางท่อ ส่วนที่ 2: ท่อนอกชายฝั่ง
• NACE SP 0169 การควบคุมการกัดกร่อนภายนอกบนระบบท่อโลหะใต้ดินหรือใต้น้ำ
• NACE SP0176-2007 การควบคุมการกัดกร่อนของพื้นที่ใต้น้ำของโครงสร้างเหล็กนอกชายฝั่งที่ติดตั้งถาวรที่เกี่ยวข้องกับการผลิตปิโตรเลียม
• DNV-RP-B401-2021 การออกแบบการป้องกันแคโทด
• DNVGL-RP-F103-2016 การป้องกัน Cathodic ของท่อส่งใต้น้ำโดย Galvanic Anodes

มาตรฐานจีน:

• GB/T 35988-2018 อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติ-การป้องกันแคโทดิกทางท่อใต้น้ำ
• JTS 153-3-2007 รหัสทางเทคนิคสำหรับการป้องกันการกัดกร่อนของโครงสร้างเหล็กในงานวิศวกรรมท่าเรือ
• JTS 153-2015 มาตรฐานการออกแบบความทนทานของโครงสร้างวิศวกรรมการขนส่งทางน้ำ
• GJB 156A-2008 การออกแบบและติดตั้งการป้องกันแอโนดแบบเสียสละสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกของท่าเรือ
• GB/T 17005-2019 ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับระบบป้องกัน Cathodic ที่น่าประทับใจในปัจจุบันของโครงสร้างชายฝั่ง

2. การออกแบบการป้องกันแบบผสมผสาน

การเคลือบ + การทำงานร่วมกันของ CP:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>ความคุ้มครอง 95%)
• CP ปกป้องข้อบกพร่องในการเคลือบ (รูเข็ม ความเสียหายจากการก่อสร้าง)

ความเข้ากันได้ที่เป็นไปได้:

• หลีกเลี่ยงการ-ป้องกันมากเกินไป (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. การบรรเทาผลกระทบจากกระแสไฟหลงทาง

มาตรการระบายน้ำ:

• ติดตั้งอุปกรณ์ระบายน้ำในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ
• แยกพอร์ต-ท่อส่งดินโดยใช้หน้าแปลนฉนวน

• โครงการ CP Terminal CP ของไนจีเรีย LNG (NLNG) T7
• BASF (กวางตุ้ง) เทอร์มินัลของเหลวปริมาณมากโครงการบูรณาการ
• โครงการรับส่ง LNG ของ Zhoushan LNG และท่าเทียบเรือสถานีเติมน้ำมัน (เจ้อเจียง)
• เจ้อเจียงปิโตรเคมี 40 Mtpa (ล้านตันต่อปี) การกลั่น-การบูรณาการทางเคมี ระยะที่ 1 ท่าเรือเคมีเหลว
• ระบบตรวจสอบ CP & RMS ของสถานี LNG ของฮ่องกง
• ถ่านหินมาตาบาริ-ท่าเทียบเรือโรงไฟฟ้าถ่านหิน (บังกลาเทศ)
• ท่าเรือฝูโจว ท่าเรือ Sandu'ao พื้นที่ท่าเรือ Cheng'ao โซนตะวันตก การติดตั้งท่าเทียบเรือ 1

1. วิธีการทั่วไป

การวัดศักยภาพ:

• จมอยู่ใต้น้ำ: นักดำน้ำที่มีอิเล็กโทรดอ้างอิงแบบพกพา
• โซนน้ำขึ้นน้ำลง: อิเล็กโทรดคงที่หรือเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งโดรน-

การใช้ขั้วบวก:

• การชั่งน้ำหนักปกติหรือสเปกโทรสโกปีความต้านทานไฟฟ้าเคมี (EIS) ตลอดอายุการใช้งาน

2. ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ

แพลตฟอร์มระยะไกล:

• การตรวจสอบ-แบบเรียลไทม์ของเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส (กระแส แรงดัน ค่าศักย์ไฟฟ้า cp) และประสิทธิภาพของแอโนด (กระแส ค่าศักย์ไฟฟ้า อุณหภูมิ) พร้อมการส่งข้อมูลระยะไกลไปยังเซิร์ฟเวอร์คลาวด์หรือศูนย์ควบคุม
• อัลกอริธึม AI สำหรับการทำนายอายุการใช้งานของแอโนดและการแจ้งเตือนการกัดกร่อน

ROV(รถบังคับควบคุมระยะไกล):

• การตรวจสอบด้วยสายตาของแอโนด/สารเคลือบน้ำลึก-

1. ความท้าทายทางเทคนิค

ความซับซ้อนทางสิ่งแวดล้อม:

• การครอบคลุมของตะกอนทำให้เกิดการป้องกันกระแสแอโนด (ต้องใช้แอโนดแบบแขวนลอย/กระแสพัลส์)
• สภาพท่าเรือเขตร้อนเร่งการเสื่อมสภาพของสารเคลือบ

ต้นทุน-ประสิทธิผล:

• ต้นทุนเริ่มต้น ICCP สูง (20-30% ของงบประมาณการป้องกันการกัดกร่อนทั้งหมด) สำหรับเทอร์มินัลขนาดใหญ่

2. นวัตกรรม

แอโนดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม-:

• โลหะผสมสังกะสีอิสระ-ซีดี โลหะผสมอัลที่ละลายต่ำ-เพื่อลดมลภาวะทางทะเล

พลังงานทดแทน:

• ICCP ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์/ลม- (เช่น นักบินท่าเรือชิงเต่า Dongjiakou)

การเคลือบอัจฉริยะ:

• การเคลือบรักษาตัวเอง- (เทคโนโลยีไมโครแคปซูล) ทำงานร่วมกับ CP

เทคโนโลยี CP ยังคงมีความสำคัญต่อความปลอดภัยของโครงสร้างพื้นฐานของท่าเรือ โดยต้องมีการวิเคราะห์การกัดกร่อนแบบบูรณาการ วัสดุศาสตร์ และการตรวจสอบอัจฉริยะ การพัฒนาในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่-วัสดุเชิงนิเวศ ระบบอัจฉริยะ และการบูรณาการพลังงานหมุนเวียน เพื่อตอบสนองความต้องการ-ท่าเทียบเรือน้ำลึกและท่าเรือที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม- โดยขับเคลื่อนวิศวกรรมท่าเรือทั่วโลกให้มีประสิทธิภาพสูง คาร์บอนต่ำ และยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น