海上风电桩基阴极保护经济技术分析——牺牲阳极与外加电流对比分析

近年来,随着对可再生能源需求的不断增加和对环境保护意识的提高,海上风电作为一种清洁、可持续的能源形式,得到了广泛关注。而海上风电桩基作为海上风电的基础,所处环境恶劣,遭受着严重的腐蚀。阴极保护作为一种有效的防腐措施能够延长桩基的使用寿命,提高风电资产回报率。本文以莱州市海上风电与海洋牧场融合发展研究试验项目风电桩基为例,对比分析了牺牲阳极和外加电流两种阴极保护路径的适用性。

深水FPSO的牺牲阳极阴极保护系统设计

浮式生产储卸油装置(FPSO)的船体阴极保护系统是确保结构安全的重要系统。以某深水FPSO船体阴极保护系统为例,介绍其所属石油公司企业标准对海上浮式装置的牺牲阳极阴极保护的技术要求。FPSO总体设计采用了油舱段被“干式安全带”围绕保护的设计理念,减少FPSO船舱内部阳极的用量。基于DNV规范和企业标准要求,考虑腐蚀环境影响、阴极极化过程、阳极消耗、防腐蚀涂层破损和船舱内有限布置空间等因素,选定铝合金牺牲阳极的成分和尺寸;计算FPSO船体和水下悬挂设施所需的保护电流密度,确定FPSO船舱内部和舷外的阳极用量和布置,以满足FPSO船体28 a全寿命期内不进坞维修的设计要求。

新型平衡舵阴极保护设计与保护效果评价

目的 针对新型平衡舵结构的电偶腐蚀薄弱区域,设计并优化牺牲阳极保护系统,并对保护效果进行评价。方法 基于边界元法,开展新型平衡舵电偶腐蚀仿真研究,分析电偶腐蚀薄弱区域。针对腐蚀薄弱区域,采用经验法设计牺牲阳极保护系统,开展服役初期和服役3 a后阴极保护效果仿真。从涂层破损率和阳极数量对阴极保护效果的影响出发,优化阴极保护系统。开展物理模型试验,对优化后阴极保护系统的保护效果进行评价。结果 电偶腐蚀主要发生在壳体和底座等支撑材料处,必须采取严格的防腐措施。采用经验法设计的牺牲阳极保护系统在服役初期可以使平衡舵保护电位均负于–800m V,处于良好的阴极保护状态。随着阳极的消耗,服役3 a后,阴极保护系统无法为平衡舵提供有效保护。涂层破损率的增加和阳极数量的减少,都会使平衡舵阴极保护电位正移。通过物理模型试验验证了优化后阴极保护模型的可靠性,对比试验结果,模型的预测误差在5%以内。结论 优化后的阴极保护方案为涂层+8块牺牲阳极,可以在服役3 a涂层破损率达20%的严苛工况下,为平衡舵提供有效阴极保护。优化后的阴极保护系统,铝阳极用量减少30%,有助于节省船舶动力。

某核电凝汽器低电位铝阳极阴极保护优化设计研究

数值仿真是研究、优化牺牲阳极阴极保护效果的重要方法。针对核电凝汽器阴极保护需求,完成基于低电位牺牲阳极阴极保护设计,开展了基于有限元数值计算的仿真模拟,研究了不同保护方案对凝汽器保护电位分布的影响。结果表明,采用优化的低电位阳极阴极保护方案,凝汽器中不锈钢组件的保护电位在-493~-810mV之间,钛组件保护电位在-386~-678mV之间,既可满足凝汽器阴极保护电位要求,又可以降低钛材的氢脆风险。

长输管道辅助牺牲阳极阴极保护影响因素研究及效果分析

长输管道运行多年后局部防腐层会出现明显劣化,外加电流阴极保护系统已不能对全管段进行有效保护,需要在欠保护区域追加牺牲阳极辅助保护。本文通过仿真计算手段研究了涂层破损率、土壤电阻率和并行管道对牺牲阳极辅助保护措施效果的影响,并以镁合金牺牲阳极进行了现场验证。结果表明:在相同的牺牲阳极保护方案下,当防腐层破损率从0.05%增加到10%时,管道的保护效果逐渐降低,且当长输管道防腐层破损率超过5%时,添加牺牲阳极的辅助阴极保护方法效果不佳,应考虑修补或更换防腐层;随着土壤电阻率的增大,牺牲阳极保护的管道距离缩短,且当土壤电阻率超过30Ω·m左右时,需考虑在欠保护管段部位添置外加电流防腐站的方法,以保证管道的安全运行;当目标管道涂层破损率和土壤电阻率较小时,存在防腐层质量不高的并行管道可以提高目标管道的防护效果。现场试验同样表明:镁合金牺牲阳极可为涂层破损率和土壤电阻率较小的目标管道提供有效防护,且防腐层质量不高的并行管道提高了牺牲阳极保护效果。

牺牲阳极导电砂浆对破损环氧钢筋的阴极保护效果研究

针对海工结构使用环氧钢筋破损修复难的问题,利用牺牲阳极复合导电砂浆阴极保护技术,研究导电砂浆电阻率随龄期的变化趋势,以及在导电砂浆中牺牲阳极对不同破损率的环氧钢筋阴极保护效果,包括保护电位、发射电流、钢筋表观变化等,并结合牺牲阳极状态变化的数据评估其使用寿命。结果表明,此牺牲阳极导电砂浆对破损环氧钢筋均有保护效果,且钢筋破损率越低,体系中的保护电流达到平衡的时间就越短;此牺牲阳极砂浆对破损率小于10%的环氧钢筋保护时间长达53 a。

钢筋混凝土埋入式牺牲阳极阴极保护试验研究

目的提高现有牺牲阳极阴极保护技术的效果,采用活性阳极包覆砂浆,制备一种埋入式牺牲阳极,并研究其应用特性。方法采用二电极法测试阳极包覆砂浆的电阻率,通过加速试验、SEM-EDS分析锌腐蚀产物的迁移状况,采取自耦合试验测定埋入式牺牲阳极下钢筋的电位等参数;在此基础上,研究埋入式牺牲阳极的特性及其阴极保护范围。结果活性阳极包覆砂浆的电阻率仅为18.48Ω·m。闭路电位、瞬间断电电位测试显示钢筋的稳定保护电位为−400~−440 mV,断电电位为−218 mV,满足NACE标准对衰减电位的最低要求(200 mV)。电流密度结果表明,埋入式阳极可提供的保护电流密度为6.1~7.7 mA/m^(2),符合EN 12696要求。通过网格法测量的结果显示,在钢筋密度比为0.20,以及高腐蚀环境条件下,埋入式牺牲阳极的最大有效保护距离可达到700 mm。SEM-EDS分析结果表明,锌阳极发生反应,生成了可溶性锌酸盐(ZnO_(2)^(2−)),且会由锌阳极表面向砂浆内部迁移,最终逐渐分散到砂浆孔隙中,可有效解决因锌阳极表面腐蚀产物聚集而影响活性的问题,并消除腐蚀产物体积增大造成的膨胀应力。工程应用结果表明,各测试点钢筋的保护电位均负于−400 mV,满足保护要求。结论埋入式牺牲阳极对钢筋有较好的保护效果,能够保持电位、电流输出稳定,不会影响阳极的活性,也不会给混凝土结构带来膨胀应力。

基于FPGA的埋地钢质管道牺牲阳极智能阴极保护系统研制

为实现埋地钢质管道阴极保护状态的远程监测,基于FPGA技术提出了一种埋地钢质管道牺牲阳极智能阴极保护系统设计方法。现场可编程门阵列(FPGA)作为并行处理单元实现阴极保护参数的采集。采用无线4G和以太网2种高速通讯方式用于远程实时监控和本地数据重复读取,解决了因网络中断导致的数据丢失问题。实验结果表明:设计的智能阴极保护系统具有采集准确、存储可靠、监控及时的特点,能够满足现场工程应用的需求。

用带状牺牲阳极对埋地钢管实施阴极保护时的电位和电流分布

用带状牺牲阳极对埋地长输钢管实施阴极保护时,沿着轴线方向的电位分布一定是均匀的。本文通过有限元法计算,进一步研究沿着管道圆周上的电位和电流分布的规律。结果表明,在研究的参数范围以内,沿着管道圆周的电位分布也是相当均匀的。土壤电阻率越低,电位极化值越大,但所需的保护电流也增大。防护性能好的涂层总是有利于阴极保护。阳极距离和管道外径对电位和电流分布没有什么影响。这些结果可以供工程上参考,同时说明用带状牺牲阳极对埋地长输钢管实施阴极保护是十分理想的。

埋地管道强制电流阴极保护系统检测方法

目前我国长输埋地管道采取的主要防腐措施是给钢管加防腐涂层和阴极保护两种方式联合并用。涂层的作用主要是物理阻隔作用,将金属基体与外界环境分离,从而避免金属与周围环境的作用。但是由于涂层本身存在缺陷,如针孔的存在;或者是在施工和运行过程中不可避免涂层破坏,使金属暴露于腐蚀环境中。这些缺陷的存在会导致大阴极小阳极的现象,使得涂层破损处腐蚀加速,因此给管道施加准确合适的保护电位就尤为重要,而目前使用单位在管道运行过程中大多只是通过巡线方式在测试桩测量管道的保护电位,这种方法所测保护电位包含了土壤中的IR降,不能反映准确的保护电位,很可能造成保护电位不足,使管道得不到保护。

近海海底管道阴极保护有效性的评估方法及应用

以某在役海底输油管道牺牲阳极阴极保护系统为应用对象,采用室内试验结合数值模拟方法,及海底管道电位实测和牺牲阳极取样测试等方法,获得了海底管道保护电位水平并预估了牺牲阳极寿命。结果表明:牺牲阳极在所处海域的电化学行为与初始设计选值稍有偏差,结合数值模拟结果,牺牲阳极寿命能够满足初始设计要求(35 a),且寿命期内海底管道保护电位达标,管道处于有效保护状态。数值模拟方法结合实际检测对评估海底管道牺牲阳极阴极保护状况具有较好的一致性和互补性。

城镇燃气管道过海段牺牲阳极阴极保护仿真计算与分析

本文采用数值模拟方法,以厦门市过海燃气管道为研究对象,对涂层、管道长度、牺牲阳极质量对管道受保护程度及牺牲阳极寿命的影响进行模拟仿真。结果显示,相比无涂层的情况,涂层的存在会极大提高牺牲阳极阴极保护均匀性和牺牲阳极使用寿命。牺牲阳极寿命随着管道长度的增加而减小,随着牺牲阳极的设计质量的增加而延长,通过拟合得到牺牲阳极寿命(y/d)与管道长度(x/m)、牺牲阳极设计质量(m/kg)的关系分别为:y=-404x+2.15x^(2)+23 392;y=397m-179。

LNG码头钢管桩牺牲阳极阴极保护系统设计与施工

依托某海港LNG码头工程,从分析海水腐蚀环境出发,结合码头结构耐久性要求,介绍了钢管桩牺牲阳极阴极保护系统的设计过程、牺牲阳极材料及类型的选取、各参数的计算方法、施工工艺流程、焊接施工质量检验及系统保护效果检测。重点阐述了通过减小牺牲阳极与被保护钢结构之间的距离、适当增加小规格牺牲阳极重量的设计优化方式,达到满足设计年限要求、节省工程投资、方便安全施工的目的,为类似工程的设计、实施与检测提供参考依据。

海上风电基础阴极保护技术研究

目的 探究外加单一电流阴极保护(Impressed Current Catholic Protection,ICCP)系统、单一牺牲阳极保护(Sacrificial Anode Cathodic Protection,SACP)系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下对海上风电基础的最优保护方案。方法 通过对3种工况进行数值模拟计算,对比不同工况下阴极保护系统对风电基础的保护效果。确定最优工况后,构建大比尺模型对最佳工况进行该工况下的实海测试实验。结果 单一SACP、单一ICCP系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下,风电基础保护电位区间分别为–926~–881 mV、–1 018~–985 mV和–984~–963 mV。实海测试实验中,导管架电位分布为–1 029~–912 mV。数值模拟结果与实验结果基本一致。结论 当SACP与ICCP系统联合保护时,保护效果最好。随着输出电流的逐步增大,风电基础模型逐步趋于过保护状态。

大型原油储罐阴极保护常见问题及管理策略

本文总结了大型原油储罐底板内外壁阴极保护系统常见问题,分析了罐内牺牲阳极的腐蚀规律,并针对大型储罐阴极保护常见问题提出了相应的管理策略。

油气田单井集输钢质管道阴极保护技术

油气田埋地单井钢质管道的外防腐措施通常仅采用外防腐层。国标中没有强制要求采用阴极保护。但是,对于土壤腐蚀性较强的地区,仅采用外防腐层不足以保护管道,需要采用阴极保护技术对管道进行保护。阴极保护方式的选择一方面需要考虑工程的经济性,另一方面需要考虑油气田复杂的埋地管网,单井布置等因素。通过对单井管道阴极保护技术应用中各方面问题进行分析,确定单井管道阴极保护方式选择原则。

考虑广域地形条件的油气管道阴极保护电位分布特性研究

为了研究在山区丘陵等广域地形条件下牺牲阳极法对埋地油气碳钢管道的保护特性,对法兰无防腐层及法兰带防腐层而管道防腐层局部破损两种工况分别建立了有限元模型,分析了阳极布置方式与运行时间、土壤电阻率及管道防腐层破损面积对管道腐蚀与阴极保护电位分布的影响。仿真结果表明:在上述两种工况下,缩减阳极间距和增加阳极长度均可使法兰与管体部分的保护电位及泄漏电流密度降低,而阳极与管道的水平距离基本无影响;阳极运行时间越长,阳极表面沉淀越厚,阳极腐蚀速率越低且与其所处地势条件相关,而阴极保护电位基本不变;随着土壤电阻率的增大,阴极保护电位升高,法兰和防腐层破损区域管道的腐蚀加剧;随着管道防腐层破损面积增大,所有防腐层破损处的管道电位均升高且变化规律一致。

火力发电厂循环水管道内壁牺牲阳极阴极保护设计及施工

以草桥电厂埋地循环水管道内壁阴极保护工程为例,简要介绍了阴极保护的原理,研究了循环水管道内壁牺牲阳极阴极保护的设计和施工方法,包括管道内壁牺牲阳极阴极保护施工所需的机械通风系统的设计和施工方法的研究。阴极保护工程实施结果表明,本研究采用的阴极保护设计和施工方法合理,管道内部通风系统的设计和安装合理有效。

牺牲阳极在舰船阴极保护中的应用和进展

分别论述了铝合金牺牲阳极、锌合金牺牲阳极、铁合金牺牲阳极的研究和发展过程,总结了各种阳极的研发现状、研发热点和相应的阳极产品研发成果,指出了针对特殊环境和细分领域的各种阳极,是阳极新材料未来发展的主要方向。对于铝合金牺牲阳极,介绍了常规铝合金牺牲阳极和包括海水环境低驱动电位阳极、油污海水低驱动电位牺牲阳极、适用于干湿交替环境的阳极和适用于高温环境中的阳极等在内的针对特殊环境和特殊材料的铝合金牺牲阳极在舰船阴极保护领域的应用,总结了船舶用铝合金牺牲阳极的研究进展;对于锌合金牺牲阳极,主要介绍了锌合金牺牲阳极的发展历史、研究现状和相应的阳极产品;对于铁合金牺牲阳极,主要总结了铁合金牺牲阳极的研究现状和在舰船上的实际应用。

阴极保护技术与牺牲阳极材料的进展

阴极保护是金属腐蚀的重要控制技术。在过去的时间里,阴极保护在应用领域里得到很大发展。本文对近年来国内外阴极保护技术和阳极材料的进展状况进作了简要综述,并对两者未来的发展方向进行了探讨。