MGPS anód kikötői terminálokhoz

A tengervízben folyamatosan jelen lévő környezetben a kikötői és terminál hűtőrendszerek, a keringtetett vízvezetékek, a tenger alatti zsilipek, a kikötőhelyek alapjai és a különféle tengeri berendezések mind komoly kihívásokkal néznek szembe a tengeri biolerakódás miatt – a kagylók, a rákok, az algák és más tengeri élőlények folyamatosan tapadnak a berendezések felületéhez és a csövek belső falához, nehezen eltávolítható biolerakódási réteget képezve.

Tengeri növekedésmegelőző rendszer (MGPS) egy alapvető technológia a kikötői és terminállétesítményekben a biolerakódás és a korrózió problémáinak megoldására. A tudományos elektrolízis elvének köszönhetően kettős védelmet nyújt a lerakódás és a korrózió ellen, és nélkülözhetetlen rendszerré vált a modern kikötői és terminálinfrastruktúra építésében, üzemeltetésében és karbantartásában.

Az MGPS rendszerek típusai

A kikötői terminálok tengeri környezete (pl. tengervíz hőmérséklete, biológiai aktivitás), a berendezések anyagai (acél, alumínium stb.) és a védelmi követelmények alapján az MGPS rendszereket főként két fő típusra osztják. Mindkét típus jelentősen eltér az elektróda anyagaiban, az üzemmódokban és az alkalmazható forgatókönyvekben, ami a tényleges igényeken alapuló pontos kiválasztást igényel.

(I) Elektrolitikus fémion-típus MGPS

Az elektrolitikus fémion-típus jelenleg a kikötőkben a legszélesebb körben használt MGPS-típus, a kikötővédelmi piac több mint 70%-át teszi ki. Fő előnyei az egyszerű szerkezet, a stabil működés, a széles védelmi tartomány, valamint az egyidejű lerakódásgátló és korróziógátló funkciók. Ez a fajta rendszer rezet, alumíniumot és vasat használ magelektródaként, elektrolitikus reakciót hajtva végre egyenáramú tápegységen keresztül, fémionokat és hidroxid flokkulenseket szabadítva fel, kettős védőréteget képezve.

Fő összetevők: Főként a következőket tartalmazza: réz anód, alumínium/vas anód, egyenáramú vezérlőegység, áramfigyelő modul és rögzítőkonzol. Az elektródákat jellemzően tengervíz bemeneti nyílásoknál, tenger alatti kapukat vagy csővezeték végein szerelik fel, hogy a fémionok gyorsan diffundálhassanak a rendszerben a tengervízzel.

Alkalmazható forgatókönyvek: Mérsékelt égövi és szubtrópusi tengeri területeken található kikötők és rakpartok, alacsony vagy közepes biológiai aktivitással, különösen alkalmasak acélszerkezetű tengervíz-hűtőcsövekhez, keringtetővíz-rendszerekhez és kikötőhelyek cölöpalapozásának védelméhez. Például Kelet- és Észak-Kína kikötői és rakpartjai gyakran használják ezt a típusú rendszert a mérsékelt tengervíz-hőmérséklet és a tengeri élőlények lassú növekedési üteme miatt.

Főbb kiválasztási kritériumok: Az elektróda anyagának meg kell egyeznie a berendezés aljzatával – Ha a csatlakozócsövek acélból készülnek, az alumínium anódok előnyösebbek (alumínium-hidroxid flokkulenseket képeznek, ami jobb védelmet nyújt); ha a csövek alumíniumból vagy rézből készülnek, vas anódokat kell használni az elektróda és az aljzat közötti elektrokémiai reakciók elkerülése érdekében, amelyek súlyosbíthatják a korróziót.

(II) Tengervíz elektrolízis típusa

MGPS tengervíz elektrolízis típus Az MGPS, más néven „klórelektrolízis típus”, a tengervíz elektrolízisével egy erős oxidálószert hoz létre, amely közvetlenül elpusztítja a tengeri lárvákat és spórákat, ami nagyobb hajófenék-képződési hatékonyságot és alkalmasságot eredményez a biológiailag nagyon aktív tengeri területeken. Az ilyen típusú rendszer magasabb követelményeket támaszt az elektródaanyagokkal szemben, megköveteli, hogy ellenálljanak az erős korróziónak és magas elektrolízis hatékonysággal rendelkezzenek.

Fő alkotóelemek: Platinával bevont titánelektródákból (vagy speciálisan tervezett korrózióálló elektródákból), elektrolitikus reakciótartályból, egyenáramú tápegységből és egy oxidálószer-koncentráció-figyelő modulból áll. A reakciótartály a központi elem, amely biztosítja a tengervíz teljes elektrolízisét az oxidálószer stabil koncentrációjának létrehozása érdekében.

Működési jellemzők: A tengervíz elektrolízise erős oxidálószereket, például klórt (Cl₂) és hipoklórossavat (HClO) termel. Ezek az anyagok erős baktericid tulajdonságokkal rendelkeznek, rövid időn belül képesek elpusztítani az algákat és a kagylólárvákat, több mint 95%-os lerakódásgátló hatékonyságot elérve. A fémelektródák időszakos utántöltése nem szükséges (csak a platina bevonat rétegének karbantartása szükséges).

Alkalmazható forgatókönyvek: Trópusi, magas bioaktív tengerek kikötői és rakpartjai, például Dél-Kínában, Délkelet-Ázsiában és a Közel-Keleten. A magas vízhőmérséklet, a bőséges napfény és az erőteljes tengeri élővilág növekedése miatt a biolerakódás gyorsan bekövetkezik, ami szükségessé teszi az ilyen típusú rendszert, hogy megfeleljen a magas intenzitású lerakódásgátló követelményeknek.

Óvintézkedések: Az oxidálószer-koncentrációt valós időben kell ellenőrizni, hogy elkerüljük a túlzott koncentrációkat, amelyek korrodálhatják a berendezéseket vagy szennyezhetik a tengeri környezetet a kibocsátás után. Néhány ország egyértelmű szabványokat határozott meg az MGPS típusú tengervíz elektrolízis során kibocsátásra kerülő oxidálószer-koncentrációkra vonatkozóan (pl. az egyszeri kibocsátás koncentrációja nem haladhatja meg a 0.5 mg/l-t).

(III) Összetett MGPS

A kompozit MGPS egy továbbfejlesztett termék, amely ötvözi a fent említett két típus előnyeit. A „fémionok elektrolízise + tengervíz elektrolízise” kettős üzemmódján keresztül gátolhatja a tengeri biológiai növekedést és fokozhatja a berendezés korrózióállóságát. Alkalmas nagy kikötői terminálokhoz, ahol a biológiai aktivitás nagy ingadozást mutat, és összetett berendezéstípusokhoz.

Főbb előnyök: Az üzemmód az évszakos változásoknak és a tengeri biológiai aktivitásnak megfelelően állítható – nyáron, amikor a biológiai növekedés erőteljes, tengervíz elektrolízis üzemmódra lehet váltani a sterilizálás hatékonyságának javítása érdekében; télen, amikor a biológiai növekedés lassú, fémion elektrolízis üzemmódra lehet váltani az energiafogyasztás csökkentése és az elektróda élettartamának meghosszabbítása érdekében.

Alkalmazási esetek: A nagyobb globális kikötők, mint például a szingapúri és a dubai kikötő, gyakran alkalmaznak kompozit MGPS rendszereket a minden forgatókönyvre kiterjedő, egész évszakos védelem érdekében a kikötői berendezések sokfélesége (beleértve a hűtőrendszereket, a tengervíz sótalanító berendezéseit és a konténerterminál-berendezéseket), valamint a tengeri biológiai aktivitás jelentős szezonális ingadozása miatt.

Az MGPS rendszerek működési elve

Az MGPS rendszerek működési elve az „elektrolízis”. Az elektródákra stabil egyenáramot vezetnek, elektrolitként tengervizet használva, ami redox reakciót vált ki, és olyan anyagokat hoz létre, amelyek lerakódásgátló és korróziógátló tulajdonságokkal rendelkeznek. A különböző típusú MGPS rendszerek eltérő elektrolízis folyamatokkal rendelkeznek, amelyeket az alábbiakban részletezünk:

(I) Az elektrolitikus fémion típusú MGPS működési elve

Ez a fajta rendszer kettős mechanizmuson, a „fémisionos lerakódásgátló + hidroxid alapú pelyhesítő korróziógátló” révén éri el a védelmet. A reakciófolyamat három fő szakaszra osztható:

Réz anódos oxidációs reakció (a lerakódásgátló bevonat magja): Egyenáramú tápegység hatására a rézanód oxidációs reakción megy keresztül. A rézatomok elektronokat veszítenek és feloldódnak a tengervízben, rézionokat (Cu²⁺) hozva létre. A reakcióképlet: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻. Amikor a rézionok koncentrációja a tengervízben eléri a 2 μg/L (2 mg/m³) értéket, hatékonyan gátolja az algák és kagylólárvák sejtosztódását és növekedését, megakadályozva, hogy azok a csövek belső falához vagy a berendezések felületéhez tapadjanak, ezáltal elvágva a biolerakódás képződésének útját a forrásánál. A rézionok célzott toxicitást mutatnak, csak a tengeri lárvák ellen hatékonyak, minimális hatással vannak a tengeri ökoszisztémára, így megfelelnek a zöldvédelmi követelményeknek.

Alumínium/vas eloxálási reakció (a korrózióvédelem lényege): Az alumínium anód (vagy vas anód) egyidejűleg oxidációs reakción megy keresztül, amelynek során az alumínium atomok elektronokat veszítenek, alumínium ionokat (Al³⁺) hozva létre. A reakcióképlet: Al → Al³⁺ + 3e⁻. Ezek az alumínium ionok a tengervízben lévő hidroxid ionokkal (OH⁻) egyesülve alumínium-hidroxidot (Al(OH)₃) képeznek. Ezek a flokkulensek nagy viszkozitásúak, és a tengervíz áramlásával a csövek, tenger alatti kapuk és cölöpalapok belső falához tapadnak, sűrű, körülbelül 0.1-0.3 mm vastag védőfóliát képezve.

Katódos redukciós reakció: A rendszerben lévő vaskatód katódként működik, redukciós reakción megy keresztül. A vízmolekulák elektronokat vesznek fel a katód felületén, hidrogéngázt (H₂) és hidroxidionokat (OH⁻) generálva. A reakcióegyenlet: 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻. Ez a reakció nemcsak az elektrolízis áramkör stabil működését tartja fenn, hanem a katódos védelem elvén keresztül csökkenti a környező fémberendezések potenciálját, növeli az elektronsűrűséget a berendezés felületén, és tovább gátolja a berendezés tengervíz okozta korrózióját, így szinergikus „lerakódásgátló + korróziógátló” hatást ér el.

(II) Az MGPS típusú tengervíz elektrolízis működési elve

Az ilyen típusú rendszer lényege a „tengervíz elektrolízise, ​​amelynek során erős oxidálószert állítanak elő, amely elpusztítja a tengeri élőlényeket”. A reakciófolyamat az elektrolízis reakciótartályában koncentrálódik, ami nagyobb szabályozhatóságot biztosít:

Tengervíz elektrolízis reakció: Egyenáramú tápegységgel meghajtva, egy platinával bevont titán elektróda (anód) és a katód elektrolízis áramkört alkot. A (nátrium-kloridot tartalmazó) tengervíz elektrolízis reakción megy keresztül az elektróda felületén. Az anódon klórgáz (Cl₂) keletkezik, a reakcióképlet: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑; a katódon hidrogéngáz (H₂) és hidroxidionok (OH⁻) keletkeznek, a reakcióképlet: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Oxidáns képződése: Az anódon keletkező klórgáz reakcióba lép a tengervízzel, további hipoklórossavat (HClO) és nátrium-hipokloritot (NaClO) képezve, a következő reakcióegyenletekkel: Cl₂ + H₂O → HClO + HCl, Cl₂ + 2NaOH → NaClO + NaCl + H₂O. Mind a hipoklórossav, mind a nátrium-hipoklorit erős oxidálószerek, amelyek elpusztíthatják a tengeri lárvák sejtmembránjait és gátolhatják légzőenzim-aktivitásukat, 10-20 másodpercen belül elpusztítva az algákat és a kagylólárvákat. Ez a hajófenékképződési sebesség sokkal gyorsabb, mint az elektrolitikus fémion-rendszereké.

Koncentrációszabályozás: Az egyenáramú vezérlőegység automatikusan beállítja az elektrolízis áramot a tengervíz áramlása és a biológiai aktivitási adatok alapján, hogy az oxidálószer koncentrációja a biztonságos, 0.2-0.5 mg/l tartományon belül maradjon. A túl alacsony koncentráció nem éri el a kívánt hajófenék-gátló hatást, míg a túl magas koncentráció korrodálja a cső belső falának fém aljzatát, és a tengervíz kibocsátása után tengeri szennyezéshez is vezethet.

MGPS rendszer alapvető alkalmazásai

Az MGPS rendszerek kikötői terminálokban történő alkalmazási forgatókönyvei a „tengervízkezelés – berendezések védelme – ökológiai megfelelőség” teljes láncolatát lefedik. Lényegük három fő kategória köré csoportosul: tengervíz-hűtőrendszerek, tenger alatti infrastruktúra és speciális üzemeltetési berendezések.

(I) Tengervíz-hűtőrendszer védelme

A tengervíz-hűtőrendszerek a kikötői terminálok alapvető energiafogyasztó berendezései, amelyeket főként konténerdaruk, generátoregységek és hűtött konténerek hűtésére használnak. Az MGPS-rendszerek ebben a forgatókönyvben az alapvető védelmi módszert jelentik, és a kikötők teljes MGPS-igényének 45%-át teszik ki.

Telepítési hely: Az elektródákat a tengervíz-hűtőrendszer hűtőtornyának bemeneti csövénél vagy elülső végén szerelik fel, biztosítva, hogy a fémionok vagy oxidálószerek a tengervízzel együtt bejuthassanak a hűtőcsövekbe és a hőcserélőkbe, lefedve a teljes hűtőkört.

Rendszerkonfiguráció: Mérsékelt égövi kikötőkben elektrolitikus fémion-típust (réz + alumínium anód), trópusi kikötőkben pedig elektrolitikus tengervíz-típust (platinabevonatú titán elektródák) használnak; nagy hűtőrendszerekhez (például generátorkészlet hűtéséhez) több elektródakészlet szükséges a védelmi tartomány teljes lefedettségének biztosításához.

(II) Tengeralatti zsilipek és csővezetékek védelme

A tenger alatti zsilipek (amelyeket a tengervíz be- és kiáramlásának szabályozására használnak) és a kikötői terminálok tengervíz-vezetékei a biofouling fő területei. A zsilipek réseihez és a csővezetékek belső falához tapadt kagylók és algák zsilipnyitási és -zárási nehézségeket, valamint csővezeték-elzáródást okozhatnak. Súlyos esetekben ez tengervíz-visszaáramláshoz vezethet, ami befolyásolja a kikötők normál működését.

Telepítési módszer: A tengeralatti zsilipek elektródáit a zsilipek mindkét oldalára és aljára beágyazott telepítési módszerrel szerelik fel, hogy elkerüljék a zsilip nyitásának és zárásának zavarását. A tengervízvezetékek elektródáit a csővezeték bemeneténél gyűrűs elrendezésben szerelik fel, hogy biztosítsák a fémionok egyenletes diffúzióját a csővezeték belső falára.

Főbb védelmi pontok: A hajófenék bevonata mellett a korrózióvédelmet is meg kell erősíteni. A tengeralattjáró zsilipek többnyire acélból készülnek, és a (só- és kloridionokat tartalmazó) tengervízben való hosszú távú elmerülés miatt nagyon érzékenyek a korrózióra. Ezért alumínium anódokat kell használni. A keletkező alumínium-hidroxid flokkulensek sűrű védőréteget képezhetnek a zsilip felületén. A katódos védelemmel kombinálva ez csökkenti a korrózió sebességét.

(III) A kikötőcölöp védelme

A kikötői terminálokban a cölöpalapok és a rakpartvédők folyamatosan tengervízben vannak, így nemcsak a biológiai lerakódásoknak, hanem a tengervíz okozta korrózió és az árapály okozta erózió miatti szerkezeti szilárdságcsökkenésnek is ki vannak téve, ami befolyásolja a rakpart biztonságát. Az MGPS rendszer kettős védelemmel, „lerakódásgátló + korróziógátló” bevonattal meghosszabbítja a cölöpalapok és a rakpartszerkezetek élettartamát.

Rendszerkonfiguráció: Elektrolitikus fémion-típusú MGPS-t használva rézanódokat használnak a lerakódásgátláshoz, alumíniumanódokat pedig a korrózióvédelemhez. Az elektródákat a cölöpalap aljára és közepére (az árapály által érintett területre) szerelik fel, hogy biztosítsák a kritikus korróziónak kitett területek védelmét.

Védőhatás: Az MGPS rendszer telepítése után a cölöpalapozás felületén a biolerakódás mértéke 10% alá csökkenthető, a korróziós sebesség 0.2 mm/évről 0.05 mm/év alá csökken, és a cölöpalapozás élettartama 20 évről 30-35 évre nő. Például a Dubai kikötő konténerkikötőhelyi cölöpalapozásánál az MGPS rendszer telepítése után 10 éven belül nem történt jelentős korrózió vagy biolerakódás, és a szerkezeti szilárdság jó maradt.

Karbantartási főbb pontok: Rendszeresen ellenőrizze az elektróda kopását. A rézanódok élettartama körülbelül 3-5 év, az alumíniumanódoké pedig körülbelül 2-3 év. A 70%-nál nagyobb kopású elektródákat azonnal ki kell cserélni a stabil védelem biztosítása érdekében.

(IV) A tengervíz sótalanításának védelme

Néhány nagy kikötői terminál tengervíz-sótalanító egységekkel (a kikötői háztartási víz és berendezések tisztításához), valamint tűzoltó tengervíz-rendszerekkel és olajmezői vízbefecskendező csővezetékekkel (kikötői ipari területeken) van felszerelve. Ezeknek az eszközöknek magasak a vízminőségi követelményeik, és a biofouling a berendezések meghibásodásához és a vízminőség romlásához vezethet, ami célzott védelmet igényel az MGPS rendszer részéről.

Tengervíz sótalanító egység: A sótalanító egység tengervíz-előkezelési szakaszában egy elektrolitikus tengervízzel működő MGPS típusú membrántisztítót (MGPS) választanak ki és telepítenek. Ez egy erős oxidálószert termel, amely elpusztítja a tengeri élőlényeket, megakadályozza, hogy azok bejussanak a fordított ozmózis membránba, és így a membrán elzáródását és károsodását okozzák (a fordított ozmózis membránok cseréjének költségei rendkívül magasak, cserénként több millió jüant is elérhetnek).

Tűzoltó tengervízrendszer: Elektrolitikus fémion-alapú MGPS rendszert használnak. Az elektródákat a tűzoltó tengervíztároló tartály bemeneténél szerelik fel, hogy biztosítsák a biológiai tapadás hiányát a tartály belső falán, ami megakadályozhatná a tűzoltó tengervíz normál adagolását a csővezeték eldugulása esetén tűz esetén.

Vízbefecskendező csővezetékek a Lingang Ipari Zónában: A megfelelő rendszertípust a tengeri biológiai aktivitás alapján választják ki, különös tekintettel a csővezeték belső falának védelmére, hogy megakadályozzák a biológiai lerakódást, amely csökkentheti a víz áramlását és befolyásolhatja a lingangi gyárak termelési hatékonyságát.