Katodiskās aizsardzības tehnoloģijas pielietojums jūras vēja ģeneratoru parkos

Katodiskās aizsardzības tehnoloģija (Cathodic Protection, CP) ir būtiska korozijas kontroles metode jūras vēja industrijā, ko galvenokārt izmanto tērauda konstrukciju (piemēram, monopāļu pamatu, apvalku konstrukciju un jūras apakšstaciju) aizsardzībai no elektroķīmiskās korozijas jūras ūdenī un jūras atmosfēras vidē. Tā kā jūras vēja iekārtas ilgstoši ir pakļautas-sarežģītām korozīvām vidēm, kurām raksturīgs augsts sāļums, mitrums, viļņu skrāpēšana un mikroorganismi, katodaizsardzības tehnoloģija ir kļuvusi par vienu no galvenajiem pasākumiem, lai nodrošinātu to ilgtermiņa drošu darbību.

Koroziju jūras vēja iekārtās galvenokārt izraisa šādi vides faktori:

• Jūras ūdens korozija: augsts sāļums, izšķīdušais skābeklis un hlorīda joni paātrina metālu koroziju.
• Paisuma zonas korozija: mainīgi mitrie{0}}sausie cikli rada skābekļa koncentrācijas atšķirības, pastiprinot lokalizētu koroziju.
• Jūras biopiesārņojums: mikroorganismi (piemēram, sulfātu{2}}reducējošās baktērijas) veicina lokālu koroziju.
• Cikliskā slodze: vēja un viļņu izraisītie dinamiskie spriegumi paātrina korozijas nogurumu.

Tipiskas korozijai{0}}nodrošinātas vietas:

• Monopoli pamati: iegremdētā zona, paisuma zona, šļakatu zona.
• Jakas konstrukcijas un pārejas daļas: Metinātie savienojumi, cauruļveida mezgli.
• Jūras apakšstaciju platformas: Tērauda pāļi, klāja atbalsta konstrukcijas.
• Iekšējie cauruļvadi: Kabeļu tērauda apvalki, javas caurules.

1. Upura anoda katoda aizsardzība (SACP)

Princips:

• Kā anodus izmanto metālus ar augstāku elektroķīmisko aktivitāti (piem., alumīniju, cinka sakausējumus), kas galvenokārt korodē, lai aizsargātu tērauda konstrukcijas.

Lietojumprogrammas:

• Monopoli pamati: anodi metināti vai pieskrūvēti tieši uz pāļu virsmas.
• Apvalka cauruļveida mezgli: gredzenveida anodi, kas uzstādīti ap cauruļveida savienojumiem.
• Pārejas gabalu javas zonas: javas materiālos iestrādāti anodi.

Anoda materiāli:

• Alumīnija sakausējuma anodi: augsta strāvas efektivitāte (85% ~ 90%), augsta elektriskā jauda, ​​piemērota jūras ūdens videi.
• Cinka sakausējuma anodi: lieliska stabilitāte, strāvas efektivitāte 90% ~ 95% jūras ūdenī un jūras gultnes dubļos, piemēroti jūras ūdens un zemūdens dubļu videi.

Dizaina apsvērumi:

• Aprēķiniet anoda daudzumu un sadalījumu, pamatojoties uz struktūras kalpošanas laiku (parasti 25–30 gadi).
• Apsveriet prasības attiecībā uz strāvas blīvumu (piemēram, iegremdētā zona: 80–120 mA/m²; paisuma un paisuma zona: 150–200 mA/m²; sub-dubļu zona: 20–25 mA/m²).

2. Impressed Current Cathodic Protection (ICCP)

Princips:

• Izmanto ārēju strāvas avotu, lai piespiestu strāvas plūsmu uz aizsargāto konstrukciju, izraisot katoda polarizāciju uz metāla virsmas.

Lietojumprogrammas:

• Lielas piekrastes apakšstaciju platformas: augsta pārklājuma zona un pašreizējais pieprasījums.
• Sarežģītas struktūras: vairāku{0}pāļu apvalki vai dinamiskas kabeļu sistēmas.

Sistēmas sastāvdaļas:

• Anodi: jaukta metāla oksīda (MMO) anodi, platinizēts niobija anods, platinizēts titāna anods.
• Barošanas avots: transformatora taisngrieži vai pastāvīgās strāvas taisngrieži.
• Atsauces elektrodi: Ag/AgCl vai cinka elektrodi{0}}reāllaika potenciāla uzraudzībai.

Priekšrocības:

• Regulējama strāvas izvade, lai pielāgotos dinamiskai korozijas videi.
• Suitable for long-life projects (>30 gadi) ar zemām uzturēšanas izmaksām.

1. Potenciālie kritēriji:

• Aizsardzības potenciālu diapazons tērauda konstrukcijām: -0,80 V ~ -1,10 V (pret Ag/AgCl elektrodu).
• Izvairieties no pārmērīgas{0}}aizsardzības (potenciāls zem -1,10 V salīdzinājumā ar Ag/AgCl), lai novērstu pārklājuma atdalīšanu vai ūdeņraža trauslumu.

2. Anoda izkārtojums un uzstādīšana:

• Monopoli pamati: anodi parasti ir izvietoti apkārtmērā, koncentrējoties uz plūdmaiņu zonām un apgabaliem zem dubļu līnijas.
• Apvalka konstrukcijas: palielināts anoda blīvums cauruļveida savienojumos un metinātajās šuvēs.
• Dinamiskās zonas: izmantojiet nospriegotus papildu anodus vai segmentētus dizainus, lai pielāgotos konstrukcijas deformācijām.

3. Pārklājuma sinerģija:

• CP ir jāapvieno ar augstas veiktspējas-pretkorozijas-pārklājumiem (piem., epoksīda, poliuretāna).
• Katoda aizsardzība kompensē pārklājuma defektus vai bojājumus.

4. Uzraudzība un apkope:

• Potenciālā uzraudzība: izmantojot iepriekš-instalētus atsauces elektrodus vai ROV pārbaudes.
• Anoda patēriņa pārbaudes: regulāri mēra anoda atlikušo masu vai strāvas izvadi.
• Viedās sistēmas: IoT{0}}iespējota reāllaika-datu pārraide uz sauszemes vadības centriem.

• Vācijas Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 vēja parks.
• Shenneng Hainan CZ{0}}MW jūras vēja enerģijas demonstrācijas projekts.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW jūras vēja parku ICCP sistēmas izpētes projekts.
• SPIC Xiangshan 1# 500MW jūras vēja parku projekts.
• Ķīnas trīs aizu Yangjiang Yangxi Shapa 300MW jūras vēja enerģijas projekts.
• Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW jūras vēja projekts.
• CPI Dafeng H3# 300MW jūras vēja parka projekts.

1. Tehniskie izaicinājumi

• Dinamiskās slodzes efekti: viļņu{0}}izraisīta noguruma plaisāšana anoda{1}}struktūras savienojumos.
• Dziļūdens{0}}vide: nevienmērīgs anoda strāvas sadalījums dziļumā, kas pārsniedz 50 metri.
• Izmaksu kontrole: Anoda materiālu izmaksas veido 10-15% no kopējiem izdevumiem lielajos vēja parkos.

2. Inovācijas virzieni

Jauni anoda materiāli:

• Nano-kompozīti anodi (piem., Al-Zn-In-Ti), lai uzlabotu strāvas efektivitāti.
• Videi draudzīgi anodi (zema smago metālu šķīdināšana).

Inteliģentās sistēmas:

• AI-balstīta adaptīvā potenciāla pielāgošanas tehnoloģija.
• ROV{0}}palīdzēja sadarbības uzraudzība.

Hibrīda enerģijas padeve:

• Saules un vēja enerģijas integrācija, lai nodrošinātu zaļo enerģiju ICCP sistēmām.

3. Standarti un noteikumi

Starptautiskie standarti:

• ISO 24656-2022 (jūras vēja konstrukciju katodiskā aizsardzība).
• DNV-RP-B401 katodaizsardzības dizains.

Ķīniešu standarti:

• SY/T10030-2018 "Ārzonas fiksēto platformu katodaizsardzības sistēmu projektēšanas kods".
• NB/T 10626-2021 “Kodekss jūras vēja parku projektu pretkorozijas projektēšanai”.

Katodaizsardzības tehnoloģija ir stūrakmens jūras vēja konstrukciju izturības nodrošināšanai, kas prasa materiālu zinātnes, jūras inženierijas un viedo monitoringa tehnoloģiju integrāciju. Tā kā nozare virzās uz dziļākiem ūdeņiem un lielāku jaudu, CP sistēmas uzsvērs augstāku efektivitāti, vides ilgtspējību un inteliģenci. Paredzams, ka nākotnes inovācijas materiālu un digitālās pārvaldības jomā samazinās dzīves cikla izmaksas un atbalstīs globālu ilgtspējīgu jūras vēja enerģijas attīstību.