Hướng dẫn tính toán thiết kế Cathodic - anode

Hướng dẫn tính toán thiết kế Cathodic - anode, một trong những bài toán nhập môn của kỹ sư Công trình biển
Download<object id="__sse12964678" width="800" height="1000">
<embed name="__sse12964678" src="http://static.slidesharecdn.com/swf/doc_player.swf?doc=2-guidecathodic-120516231540-phpapp02&stripped_title=download-12964678&userName=totinh" type="application/x-shockwave-flash" allowscriptaccess="always" allowfullscreen="true" wmode="transparent" width="477" height="510">
</object>View more documents from totinh.
<script src="http://b.scorecardresearch.com/beacon.js?c1=7&c2=7400849&c3=1&c4=&c5=&c6="></script><script src="http://b.scorecardresearch.com/beacon.js?c1=7&c2=7400849&c3=1&c4=&c5=&c6="></script><script src="http://b.scorecardresearch.com/beacon.js?c1=7&c2=7400849&c3=1&c4=&c5=&c6="></script><script src="http://b.scorecardresearch.com/beacon.js?c1=7&c2=7400849&c3=1&c4=&c5=&c6="></script>

 

1.1. THIẾT KẾ CHỐNG ĂN MÒN
1.9.1 Vùng Ăn Mòn Và Các Biện Pháp Kiểm Soát Chống Ăn Mòn
Vùng ăn mòng và các biện pháp chống ăn mòn của kết cấu chân đế được mô tả theo tiêu chuẩn DNV-OS-J101 bao gồm các khu vực sau:
· Vùng khí quyển (Atmospheric zone): Đây là vùng tiếp xúc với không khí, tức là vùng nằm phía trên vùng nước bắn. Bề mặt của các cấu kiện trong vùng này phải được bảo vệ bằng lớp phủ chống ăn mòn phù hợp (ví dụ như sơn epoxy hoặc polyurethane). Ngoài ra, các vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ thường được áp dụng cho các cấu kiện quan trọng như bu lông, liên kết để đảm bảo độ bền lâu dài
· Vùng nước bắn (splash zone) : Đây là vùng thường xuyên bị ướt và khô do tác động của sóng và thủy triều, là vùng có tốc độ ăn mòn nghiêm trọng nhất. Do đó, vùng này cần được sơn phủ bằng các hệ sơn chống ăn mòn chuyên biệt, có độ bám dính cao và khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt. Đồng thời, trong thiết kế kết cấu chân đế cần tính đếnđộ dày ăn mòn dự phòngđểđảm bảo tuổi thọ và độ bền kết cấu.
· Vùng ngập nước (submerged zone): Vùng này nằm bên dưới vùng nước bắn và trải dài đến khu vực gần đáy biển, bao gồm cả vùng bị xói mòn. Trong vùng này, hệ thống bảo vệ cathodic protection (CP), như anode hy sinh hoặc hệ thống dòng điện áp đặt, thường được sử dụng để chống ăn mòn. Việc sơn phủ có thể được áp dụng hoặc không tùy theo yêu cầu thiết kế và chiến lược bảo trì
· Vùng ngập đất (Subsoil zone): Đây là phần của kết cấu chân đế (cọc móng) nằm hoàn toàn dưới mực đất ổn định. Môi trường mà cọc móng tiếp xúc có thể rất đa dạng, phụ thuộc vào các lớp địa chất, thành phần hóa học của nước ngầm, độ pH, hàm lượng muối, và hoạt động của vi sinh vật trong đất.

1.9.2 Tính Toán Thiết Kế Anode
Tính toán khả năng chống ăn mòn catot bằng anode hy sinh phải tuân theo tiêu chuẩn DNV-RP-B410 Cathodic Protection Design (October 2010).
1.9.2.1 Hai yêu cầu cơ bản của thiết kế

• 
  
  
  • Tổng khối lượng tịnh của Anode phải đủ để đáp ứng nhu cầu dòng điện tổng cộng trong suốt đời sống công trình
  • Bề mặt tiếp xúc với bên ngoài của Anode phải đủ để cung cấp dòng điện yêu cầu khi hết tuổi thọ thiết kế, bề mặt tiếp xúc với bên ngoài của Anode được tính từ kích thước ban đầu của Anode, khối lượng tịnh và hệ số sử dụng Anode

1.9.2.2 Nôi dung bài toán thiết kế Anode
Dữ liệu thiết kế

• 
  
  
  • Loại Anode : Anode sử dụng chống ăn mòn có rất nhiều loại theo vật liệu, hình dáng nhưng vật liệu phổ biến nhất là sử dụng vật liệu nhôm, kẽm và các hình dáng phổ biến nhất là các loại như sau:

- Kiểu hình thang có giá đỡ (Slender stand -off)
- Kiểu hình thang gắn dài kéo thằng (Elongated flush mounted)
- Kiểu hình bán khuyên ( Half shell bracelet)
-
Thông thường các kết cấu khối chân đế trong các dự án dầu khí và điện gió ngoài khơi sẽ sử dụng loại

• 
  
  
  • Các thông số bảo vệ của Anode thiết kế:

Điều kiện 1: Tổng khối lượng Anode phải lớn hơn khối lượng yêu cầu Ma, theo mục 7.7.1 trang 17 tiêu chuẩn DNV-RP-B410.

Điều kiện 2: Tại mục 7.8.4 Dòng điện cung cấp ban đầu của Anode (Ia tot i)phải lớn hơn dòng điện yêu cầu trong suốt vòng đời dự án Ici)

Điều kiện 3: Dòng điện được cung cấp sau thời gian hoạt động tf (năm) của anode (Ia tot f) phải lớn hơn dòng điện yêu cầu trong suốt dòng đời của dự án (Icf), tức là:

Điều kiện 4 Theo mục 7.8.4 Tổng điện dung yêu cầu của Anode (Cathode) phải lớn hơn điện dung yêu cầu như sau:

• 
  
  
  • Trình tự xác định số lượng Anode theo các điều kiện như sau:

- Bước 1: Từ điều kiện (1), Số lượng Anode là N1=Ma/m với m là khối lượng của 1 anode đã chọn. Xác định điện dung cung cấp của 01 anode theo công thức Ca=ma.e.u;

- Bước 2: Với số lượng anode đã chọn ở bước 1, thực hiện kiểm tra các điều kiện 2,3 và 4

Nếu 1 trong 3 điều kiện kiểm tra không thỏa mãn thì phải chọn lại số lượng Anode

1.9.2.3 Lắp đặt Anode.

Lắp đặt Anode tuân theo DNV-RP-B410 Cathodic Protection Design (October 2010).

· Việc lắp đặt Anode phải tuân theo bản vẽ thiết kế được phê duyệt. Tuy nhiện để thuận tiên cho việc lắp đặt, Anode có thể di chuyển theo chiều dọc nhưng không quá chiều dài của nó và theo chiều ngang không quá 300.

· Đường hàn nối giữa Anode và kết cấu phải cách mối hàn liền kề khác 150mm và cách các nút kết cấu 600mm
Hình ảnh thực tế lắp đặt Anode tại móng Jacket
Chi tiết Hình ảnh thực tế lắp đặt Anode tại móng Jacket
Hình ảnh thực tế không có Anode lắp trên ống chính (Jacket Legs)

Quy định về Tính Toán Diện Tích Bề Mặt Ăn Mòn cho Móng Jacket/Tripod
1. Đối với Móng Jacket Cọc Đóng Xuyên Qua Ống Chính (Pile Through Legs):
Do đặc thù thi công đóng cọc xuyên qua ống chính, móng Jacket loại này không được bố trí anode trực tiếp trên các ống chính (jacket legs). Nguyên nhân chính là rung động mạnh (tải trọng động) phát sinh trong quá trình đóng cọc có thể gây rơi rớt các anode được gắn trên bề mặt ống chính.
2. Đối với Các Loại Móng Jacket Khác (Cọc Váy, Móng Thùng Chìm):
Trái lại, các loại móng Jacket sử dụng cọc váy (skirt piles) hoặc móng thùng chìm (suction caissons), nơi cọc không được đóng trực tiếp qua ống chính, cho phép việc lắp đặt anode trực tiếp trên các ống chính (jacket legs).
3. Diện Tích Bề Mặt Tiếp Xúc với Môi Trường Nước Biển Hở:
Diện tích bề mặt tiếp xúc thường xuyên với môi trường nước biển hở phải được tính toán cho toàn bộ các phần tử ngập nước của kết cấu móng Jacket/tripod.
4. Diện Tích Bề Mặt Tiếp Xúc với Môi Trường Nước Biển Kín và Đất:

• Môi trường nước biển kín: Không cần xem xét diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường nước biển kín, chẳng hạn như nước đọng lại bên trong ống chính (jacket legs) và cọc sau khi thi công. Nguyên nhân là do môi trường này thiếu oxy cần thiết cho quá trình ăn mòn. Do đó, diện tích mặt ngoài của cọc nằm bên trong ống chính và diện tích mặt trong của ống chính không cần được tính vào diện tích bị ăn mòn.
• Môi trường đất:
  • Diện tích mặt ngoài của cọc tiếp xúc với đất cần được tính đến độ sâu 70 mét hoặc một khoảng tương đương tùy thuộc vào đường kính cọc.
  • Diện tích mặt trong của cọc phần ngập trong đất (tính từ mức bùn đáy - mudline level) cũng được tính trong khoảng 5 đến 10 lần đường kính cọc (5D đến 10D), theo khuyến cáo của DNV (tham khảo hình đính kèm nếu có).

Lưu ý:

• Khi tính toán diện tích bề mặt ăn mòn trong môi trường đất, cần tham khảo các tiêu chuẩn và khuyến nghị cụ thể của các tổ chức uy tín như DNV và xem xét đường kính cọc thực tế.
• Việc phân biệt rõ ràng giữa môi trường nước biển hở và kín là rất quan trọng để xác định chính xác diện tích bề mặt cần được bảo vệ chống ăn mòn