تطبيق تكنولوجيا الحماية الكاثودية في محطات الموانئ

تعد تقنية الحماية الكاثودية (CP) من التقنيات المهمة لمكافحة التآكل-في صناعة الموانئ والأرصفة، وتستخدم بشكل أساسي لحماية الهياكل المعدنية مثل الأكوام الفولاذية، وأكوام الأنابيب الفولاذية، وأكوام صفائح الفولاذ، والبوابات الفولاذية، وخطوط أنابيب النفط، وأساسات الجسور البحرية -المتقاطعة من التآكل الكهروكيميائي في مياه البحر، ومناطق المد والجزر، وبيئات التربة. تتعرض مرافق الميناء بشكل مزمن لبيئات تآكل معقدة تتميز بالملوحة العالية والرطوبة والظروف الجافة الرطبة-المتناوبة والتلوث الحيوي. تعمل الحماية الكاثودية، جنبًا إلى جنب مع الطلاءات المضادة للتآكل-، على إطالة عمر الخدمة الهيكلية بشكل كبير (المصممة عادةً لأكثر من 50 عامًا).

1. مناطق التآكل

تنقسم البيئات المسببة للتآكل في الموانئ والأرصفة إلى المناطق التالية حسب الموقع:

• المنطقة المغمورة: الغمر الدائم في مياه البحر مع معدلات تآكل تتأثر بالأكسجين المذاب والملوحة ودرجة الحرارة والكائنات البحرية.
• منطقة المد والجزر: الظروف الرطبة والجافة -المتناوبة تسبب تآكل خلايا تركيز الأكسجين، مع أعلى معدل تآكل (يصل إلى 0.5 ملم/سنة).
• منطقة سبلاش: تأثير الموجة والرذاذ المتكرر، يُظهر ثاني-أعلى معدل تآكل بعد منطقة المد والجزر.
• المنطقة الجوية: يعمل الضباب الملحي والأشعة فوق البنفسجية على تسريع تدهور الطلاء وتقشيره.

2. أشكال التآكل الأولية

• التآكل الكهروكيميائي: يؤدي تلامس الإلكتروليتات المعدنية (مياه البحر/التربة) إلى تشكيل خلايا تآكل.
• تآكل الشقوق: تراكم الوسائط المسببة للتآكل عند الوصلات بين الأكوام الفولاذية والمصدات والمسامير.
• التآكل المتأثر ميكروبيولوجيًا (MIC): تعمل البكتيريا المختزلة للكبريتات (SRB) على تسريع التآكل الموضعي.
• التآكل الحالي الضال: التداخل الكهربائي من أنظمة طاقة الميناء أو السفن.

يتم استخدام طريقتين أساسيتين CP في الموانئ والأرصفة، ويتم اختيارهما بناءً على نوع الهيكل والظروف البيئية-وفعالية التكلفة:

1. الأنود المضحي CP (SACP)

التطبيقات:

• أكوام الأنابيب الفولاذية/أكوام الألواح: الأنودات ملحومة أو مثبتة مباشرة على أسطح الأكوام.
• البوابات/المصدات الفولاذية: الأنودات موزعة بالتساوي على جانبي البوابات أو أسطح الرفارف الداخلية.
• أرصفة صغيرة/هياكل مؤقتة: سهلة التركيب دون الحاجة إلى طاقة خارجية.

مواد الأنود:

• أنودات سبائك الألومنيوم: كفاءة تيار عالية (85%~90%) وقدرة مناسبة لمياه البحر.
• أنودات سبائك الزنك: أداء مستقر مع كفاءة تيار تتراوح من 90% إلى 95% في مياه البحر/الرواسب.

اعتبارات التصميم:

أ. حماية الكثافة الحالية:

• المنطقة المغمورة: 80-120 مللي أمبير/م²
• منطقة المد والجزر: 150-200 مللي أمبير/م² (تتطلب زيادة كثافة الأنود)
• منطقة باطن الأرض: 20-25 مللي أمبير/م²

ب. تخطيط الأنود:

• التوزيع المحيطي على الركائز، مع التركيز على مناطق المد والجزر وتحت الخطوط الطينية.
• Segmented arrangement for long piles (>30 م) لموازنة التوزيع الحالي.

2. التيار CP (ICCP)

التطبيقات:

• المحطات الكبيرة (مثل محطات الغاز الطبيعي المسال/الحاويات): الطلب الحالي مرتفع لتغطية واسعة النطاق.
• الهياكل المعقدة (على سبيل المثال، أكوام الجسور البحرية المتقاطعة، وخطوط الأنابيب): تتطلب تعديل التيار الديناميكي.
• البيئات ذات المقاومة العالية-(على سبيل المثال، التربة الرملية أو مناطق المياه العذبة).

مكونات النظام:

أ. مواد الأنود:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >عمر 25 سنة.
• الأنودات المعدنية النبيلة (Pt/Nb): للبيئات شديدة التآكل ولكنها باهظة الثمن.

ب. مزود الطاقة:

• مقومات المحولات: ضبط الإخراج تلقائيًا للحفاظ على -0.80~-1.10 فولت (مقابل Ag/AgCl).
• مراقبة متكاملة عن بعد: تدعم الشبكات السلكية/اللاسلكية/RS485/المحمول لنقل البيانات في الوقت الفعلي- (تيار خرج مقوم المحول، جهد الخرج، إمكانية الحماية الكاثودية، حالة تشغيل المعدات، وإنذار الخطأ.) إلى مراكز التحكم السحابية/المحلية. تتيح المقومات الذكية إمكانية التشغيل/تعديل المعلمة عن بعد.

ج. الأقطاب المرجعية:

• مياه البحر: أقطاب Ag/AgCl أو Zn لمراقبة الوقت الفعلي-.

اعتبارات التصميم:

أ. تخطيط سرير الأنود:

• طبقات الأنود البحرية: منتشرة في قاع البحر بالقرب من الجبهات الطرفية.

ب. تحسين التوزيع الحالي:

• الأنودات الموزعة (مثل زلاجات MMO) للقضاء على المناطق العمياء.
• برنامج طريقة العنصر الحدودي (BEM) لمحاكاة توزيع التيار الكهربائي. (على سبيل المثال، بيسي، COMSOL).

1. المعايير الدولية والوطنية

دولي:

• ISO 15589-2-2012 صناعات البترول والبتروكيماويات والغاز الطبيعي - الحماية الكاثودية لأنظمة نقل خطوط الأنابيب الجزء 2: خطوط الأنابيب البحرية
• NACE SP 0169 التحكم في التآكل الخارجي في أنظمة الأنابيب المعدنية تحت الأرض أو المغمورة
• NACE SP0176-2007 التحكم في التآكل في المناطق المغمورة للهياكل البحرية الفولاذية المثبتة بشكل دائم والمرتبطة بإنتاج البترول
• DNV-RP-B401-2021 تصميم الحماية الكاثودية
• DNVGL-RP-F103-2016 الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب المغمورة بواسطة الأنودات الجلفانية

المعايير الصينية:

• GB/T 35988-2018 صناعات البترول والغاز الطبيعي - الحماية الكاثودية لخط أنابيب الغواصات
• JTS 153-3-2007 الكود الفني لمقاومة تآكل الهياكل الفولاذية في هندسة الموانئ
• JTS 153-2015 معيار تصميم متانة هياكل هندسة النقل المائي
• GJB 156A-2008 تصميم وتركيب حماية الأنود المضحى لمرافق الميناء
• GB/T 17005-2019 المتطلبات العامة لأنظمة الحماية الكاثودية الحالية للهياكل الساحلية

2. تصميم الحماية المشتركة

طلاء + CP التآزر:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>تغطية 95%).
• يحمي CP عيوب الطلاء (الثقوب، تلف البناء).

التوافق المحتمل:

• تجنب الإفراط في-الحماية (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. التخفيف من التيار الضال

تدابير الصرف:

• تركيب أجهزة الصرف الصحي في المناطق المتضررة.
• عزل خطوط الأنابيب الأرضية للميناء-باستخدام فلنجات عازلة.

• مشروع محطة CP T7 في نيجيريا للغاز الطبيعي المسال (NLNG).
• محطة السوائل السائبة لمشروع BASF (قوانغدونغ) المتكامل
• محطة استقبال الغاز الطبيعي المسال في تشوشان ومشروع رصيف محطة التزود بالوقود (تشجيانغ)
• تكرير تشجيانغ للبتروكيماويات 40 مليون طن سنويًا (مليون طن سنويًا) - رصيف التكامل الكيميائي المرحلة الأولى رصيف المواد الكيميائية السائلة
• نظام مراقبة CP و RMS لمحطة الغاز الطبيعي المسال في هونغ كونغ
• ماتاباري للفحم-رصيف الفحم بمحطة توليد الطاقة (بنغلاديش)
• تركيب ميناء فوتشو Sandu'ao Port Area Cheng'ao West Zone Berth 1

1. الطرق التقليدية

القياس المحتمل:

• المغمور: الغواصون الذين يستخدمون أقطاب كهربائية مرجعية محمولة.
• منطقة المد والجزر: أقطاب كهربائية ثابتة أو أجهزة استشعار مثبتة على طائرات بدون طيار-.

استهلاك الأنود:

• الوزن المنتظم أو التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) للحياة المتبقية.

2. أنظمة المراقبة الذكية

المنصات البعيدة:

• مراقبة في الوقت الفعلي لمخرجات المقوم (التيار، والجهد، وإمكانات cp) وأداء الأنود (التيار، والإمكانات، ودرجة الحرارة) مع النقل عن بعد إلى خادم السحابة أو مركز التحكم.
• خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بعمر الأنود وتنبيهات التآكل.

مركبات ROVs(مركبة تعمل عن بعد):

• الفحص البصري لأنودات/طبقات المياه العميقة-.

1. التحديات التقنية

التعقيد البيئي:

• تغطية الحمأة تسبب حماية تيار الأنود (تتطلب أنودات معلقة/تيار نبضي).
• تعمل ظروف الموانئ الاستوائية على تسريع تدهور الطلاء.

فعالية التكلفة-:

• تكاليف أولية مرتفعة لـ ICCP (20-30% من إجمالي ميزانية مكافحة التآكل) للمحطات الكبيرة.

2. الابتكارات

أنودات-صديقة للبيئة:

• سبائك الكادميوم-الزنك الحرة، وسبائك الألومنيوم-المنخفضة الذوبان لتقليل التلوث البحري.

الطاقة المتجددة:

• ICCP الذي يعمل بالطاقة الشمسية/طاقة الرياح- (على سبيل المثال، ميناء Qingdao Dongjiakou التجريبي).

الطلاءات الذكية:

• طبقات علاجية ذاتية- (تقنية الكبسولات الدقيقة) متزامنة مع CP.

تظل تكنولوجيا الإنتاج الأنظف حيوية لسلامة البنية التحتية للموانئ، وتتطلب تحليلًا متكاملاً للتآكل، وعلوم المواد، والمراقبة الذكية. سوف يركز التطوير المستقبلي على المواد البيئية-، والأنظمة الذكية، وتكامل الطاقة المتجددة لتلبية الطلب على المحطات البحرية العميقة- والموانئ-الصديقة للبيئة، مما يدفع هندسة الموانئ العالمية نحو الكفاءة العالية، وانخفاض الكربون، وإطالة عمرها.