Die Anwendung der kathodischen Schutztechnologie in Hafenterminals

Die kathodische Schutztechnologie (CP) ist eine wichtige Korrosionsschutztechnik in der Hafen- und Kaiindustrie und wird hauptsächlich zum Schutz von Metallkonstruktionen wie Stahlpfählen, Stahlrohrpfählen, Stahlspundwänden, Stahltoren, Ölpipelines und Überseebrückenfundamenten vor elektrochemischer Korrosion in Meerwasser, Gezeitenzonen und Bodenumgebungen eingesetzt. Hafenanlagen sind chronisch komplexen korrosiven Umgebungen ausgesetzt, die durch hohen Salzgehalt, Luftfeuchtigkeit, wechselnde nasse -trockene Bedingungen und Biofouling gekennzeichnet sind. Der kathodische Schutz in Kombination mit Korrosionsschutzbeschichtungen verlängert die Lebensdauer der Struktur erheblich (typischerweise auf über 50 Jahre ausgelegt).

1. Korrosionszonen

Die korrosiven Umgebungen in Häfen und Kaianlagen werden je nach Standort in die folgenden Zonen eingeteilt:

• Untergetauchte Zone: Dauerhaftes Eintauchen in Meerwasser mit Korrosionsraten, die durch gelösten Sauerstoff, Salzgehalt, Temperatur und Meeresorganismen beeinflusst werden.
• Gezeitenzone: Wechselnde nasse-trockene Bedingungen, die zur Korrosion der Sauerstoffkonzentrationszellen mit der höchsten Korrosionsrate (bis zu 0,5 mm/Jahr) führen.
• Spritzzone: Wiederholter Wellen- und Sprüheinschlag, der nach der Gezeitenzone die zweithöchste Korrosionsrate aufweist.
• Atmosphärische Zone: Salznebel und UV-Strahlung beschleunigen den Abbau und das Abblättern der Beschichtung.

2. Primäre Korrosionsformen

• Elektrochemische Korrosion: Der Kontakt von Metall-elektrolyten (Meerwasser/Boden) bildet Korrosionszellen.
• Spaltkorrosion: Ansammlung korrosiver Medien an Verbindungen zwischen Stahlpfählen, Kotflügeln und Bolzen.
• Mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC): Sulfatreduzierende Bakterien (SRB), die lokale Korrosion beschleunigen.
• Streustromkorrosion: Elektrische Störungen durch Hafenstromsysteme oder Schiffe.

In Häfen und Kaianlagen werden zwei primäre CP-Methoden eingesetzt, die je nach Strukturtyp, Umgebungsbedingungen und Kosteneffizienz ausgewählt werden:

1. Opferanode CP (SACP)

Anwendungen:

• Stahlrohrpfähle/Spundbohlen: Anoden direkt auf Pfahloberflächen aufgeschweißt oder verschraubt.
• Tore/Kotflügel aus Stahl: Anoden gleichmäßig auf beiden Seiten der Tore oder inneren Kotflügelflächen verteilt.
• Kleine Kais/temporäre Bauten: Einfache Installation ohne externe Stromversorgung.

Anodenmaterialien:

• Anoden aus Aluminiumlegierung: Hohe Stromausbeute (85 % ~ 90 %) und Kapazität, geeignet für Meerwasser.
• Anoden aus Zinklegierung: Stabile Leistung mit 90 % bis 95 % Stromeffizienz in Meerwasser/Sediment.

Designüberlegungen:

A. Schutzstromdichte:

• Untergetauchter Bereich: 80-120 mA/m²
• Gezeitenzone: 150–200 mA/m² (erfordert erhöhte Anodendichte)
• Untergrundzone: 20-25 mA/m²

B. Anodenlayout:

• Umfangsverteilung auf Pfählen mit Schwerpunkt auf Gezeitenzonen und unterhalb von Schlammlinien.
• Segmented arrangement for long piles (>30 m), um die Stromverteilung auszugleichen.

2. Impressed Current CP (ICCP)

Anwendungen:

• Große Terminals (z. B. LNG-/Containerterminals): Derzeit hoher Bedarf an flächendeckender Abdeckung.
• Komplexe Strukturen (z. B. Pfeiler von Kreuz-brücken, Pipelines): Erfordert eine dynamische Stromanpassung.
• Umgebungen mit hohem -Widerstand (z. B. Sandböden oder Süßwassergebiete).

Systemkomponenten:

A. Anodenmaterialien:

• Mixed Metal Oxide (MMO) anodes: Current density up to 600 A/m², >25 Jahre Lebensdauer.
• Edelmetallanoden (Pt/Nb): Für stark korrosive Umgebungen, aber unerschwinglich teuer.

B. Stromversorgung:

• Transformatorgleichrichter: Passen den Ausgang automatisch an, um -0,80 bis -1,10 V (gegenüber Ag/AgCl) aufrechtzuerhalten.
• Integrierte Fernüberwachung: Unterstützt kabelgebundene/drahtlose/RS485-/mobile Netzwerke für die Echtzeit-Datenübertragung (Ausgangsstrom des Transformatorgleichrichters, Ausgangsspannung, kathodisches Schutzpotenzial, Gerätebetriebsstatus und Fehleralarm) an Cloud-/lokale Kontrollzentren. Intelligente Gleichrichter ermöglichen eine Fernbedienung/Parameteranpassung.

C. Referenzelektroden:

• Meerwasser: Ag/AgCl- oder Zn-Elektroden zur Echtzeitüberwachung.

Designüberlegungen:

A. Anordnung des Anodenbetts:

• Offshore-Anodenbetten: Wird auf Meeresböden in der Nähe von Terminalfronten eingesetzt.

B. Aktuelle Vertriebsoptimierung:

• Verteilte Anoden (z. B. MMO-Schlitten) zur Beseitigung blinder Zonen.
• Boundary Element Method (BEM)-Software zur Simulation der Verteilung von elektrischem Strom. (z. B. Beasy, COMSOL).

1. Internationale und nationale Standards

International:

• ISO 15589-2-2012 Erdöl-, Petrochemie- und Erdgasindustrie – Kathodischer Schutz von Pipeline-Transportsystemen Teil 2: Offshore-Pipelines
• NACE SP 0169 Kontrolle der äußeren Korrosion an unterirdischen oder untergetauchten metallischen Rohrleitungssystemen
• NACE SP0176-2007 Korrosionsschutz von untergetauchten Bereichen dauerhaft installierter Offshore-Stahlkonstruktionen im Zusammenhang mit der Erdölförderung
• DNV-RP-B401-2021 Kathodischer Schutzentwurf
• DNVGL-RP-F103-2016 Kathodischer Schutz von Unterwasserpipelines durch galvanische Anoden

Chinesische Standards:

• GB/T 35988-2018 Erdöl- und Erdgasindustrie – kathodischer Schutz für U-Boot-Pipelines
• JTS 153-3-2007 Technischer Code für den Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen im Hafenbau
• JTS 153-2015 Standard für die Dauerhaftigkeitskonstruktion von Wassertransportkonstruktionen
• GJB 156A-2008 Design und Installation von Opferanodenschutz für Hafenanlagen
• GB/T 17005-2019 Allgemeine Anforderungen für kathodische Schutzsysteme mit eingeprägtem Strom für Küstenstrukturen

2. Kombiniertes Schutzdesign

Beschichtung + CP-Synergie:

• Coatings (e.g., epoxy glass flake, polyurethane) as primary defense (>95 % Abdeckung).
• CP schützt Beschichtungsfehler (Löcher, Bauschäden).

Mögliche Kompatibilität:

• Vermeiden Sie übermäßigen -Schutz (<-1.10 V) causing coating disbondment/hydrogen embrittlement.

3. Streustromminderung

Entwässerungsmaßnahmen:

• Installieren Sie Entwässerungsgeräte in den betroffenen Bereichen.
• Isolieren Sie Hafen-{0}}Landrohrleitungen mithilfe von Isolierflanschen.

• Nigeria LNG (NLNG) T7 Terminal CP-Projekt
• Integriertes Projekt Bulk Liquid Terminal der BASF (Guangdong).
• Zhoushan LNG-Empfangsterminal und Tankstellen-Kaiprojekt (Zhejiang)
• Zhejiang Petrochemical 40 Mtpa (Millionen Tonnen pro Jahr) Raffinierung-Chemische Integration Phase I Liquid Chemical Wharf
• CP- und RMS-Überwachungssystem des LNG-Terminals in Hongkong
• Matabari Coal-Befeuertes Kraftwerk Coal Wharf (Bangladesch)
• Fuzhou Port Sandu'ao Port Area Cheng'ao West Zone Liegeplatz 1 Installation

1. Konventionelle Methoden

Potenzialmessung:

• Untergetaucht: Taucher mit tragbaren Referenzelektroden.
• Gezeitenzone: Feste Elektroden oder an Drohnen-montierte Sensoren.

Anodenverbrauch:

• Regelmäßiges Wiegen oder elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) für die verbleibende Lebensdauer.

2. Intelligente Überwachungssysteme

Remote-Plattformen:

• Echtzeitüberwachung der Gleichrichterausgänge (Strom, Spannung, cp-Potenzial) und der Anodenleistung (Strom, Potenzial, Temperatur) mit Fernübertragung an einen Cloud-Server oder ein Kontrollzentrum.
• KI-Algorithmen zur Vorhersage der Anodenlebensdauer und Korrosionswarnungen.

ROVs(Ferngesteuertes Fahrzeug):

• Visuelle Inspektion von Tiefwasseranoden/-beschichtungen.

1. Technische Herausforderungen

Umweltkomplexität:

• Schlammbedeckung verursacht Abschirmung des Anodenstroms (erfordert hängende Anoden/Impulsstrom).
• Tropische Hafenbedingungen beschleunigen den Beschichtungsabbau.

Kosten-effektivität:

• Hohe ICCP-Anschaffungskosten (20-30 % des gesamten Korrosionsschutzbudgets) für große Terminals.

2. Innovationen

Umweltfreundliche-Anoden:

• Cd-freie Zn-Legierungen, niedrig-lösliche Al-Legierungen zur Reduzierung der Meeresverschmutzung.

Erneuerbare Energie:

• Solar-/wind-betriebenes ICCP (z. B. Qingdao Dongjiakou Port Pilot).

Intelligente Beschichtungen:

• Selbstheilende Beschichtungen (Mikrokapseltechnologie) in Synergie mit CP.

Die CP-Technologie bleibt für die Sicherheit der Hafeninfrastruktur von entscheidender Bedeutung und erfordert eine integrierte Korrosionsanalyse, Materialwissenschaft und intelligente Überwachung. Zukünftige Entwicklungen werden sich auf umweltfreundliche Materialien, intelligente Systeme und die Integration erneuerbarer Energien konzentrieren, um den Bedarf an Tiefseeterminals und umweltfreundlichen Häfen zu decken und so die globale Hafentechnik in Richtung hoher Effizienz und CO2-Reduzierung voranzutreiben und ihre Langlebigkeit zu verlängern.