TCVN10264:2014

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10264:2014 về Bảo vệ catốt cho các kết cấu thép của cảng biển và công trình biển - Yêu cầu thiết kế TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10264:2014 BẢO VỆ CATỐT CHO CÁC KẾT CẤU THÉP CỦA CẢNG BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ Cathodic protection for Steel structures of marine ports and marine constructions - Design requirements Lời nói đầu TCVN 10264:2014 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ Công bố. TCVN 10264:2014 được biên soạn dựa trên cơ sở: BS EN 12495:2000: Cathodic protection for fixed steel offshore structures (Bảo vệ catốt cho kết cấu thép cố định ngoài khơi) DNV-RB-B401: Cathodic protection design (Thiết kế bảo vệ catốt) BẢO VỆ CATỐT CHO CÁC K Ế T C Ấ U THÉP CỦA CẢNG BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH BI Ể N - YÊU C Ầ U THIẾT K Ế Cathodic protection for Steel structures of marine ports and marine constructions - Design requirements 1 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này áp dụng cho hệ bảo vệ catốt dùng bảo vệ các kết cấu thép trong nước biển của cảng biển và công trình biển. 1.1 Các phần kết cấu Tiêu chuẩn này quy định những yêu cầu cho bảo vệ catốt của kết cấu thép ngập trong nước biển của cảng biển và công trình biển. Tiêu chuẩn cũng bao gồm phần ngập trong nước biển của các thiết bị bằng thép gắn vào kết cấu khi chúng nối thông điện với kết cấu. Tiêu chuẩn không bao gồm bảo vệ catốt của kết cấu nổi như tàu, thiết bị nửa chìm hoặc kết cấu dài như đường ống ... Tiêu chuẩn này chỉ đề cập đến bảo vệ catốt cho bề mặt ngoài tiếp xúc với nước biển và đáy biển. Tiêu chuẩn không bao gồm bảo vệ ăn mòn của phần kết cấu phía trên mực nước biển tức là vùng nước bắn và vùng khí quyển. Tiêu chuẩn này không bao gồm bảo vệ phần bên trong của các kết cấu. Bảo vệ những phần này thường được thực hiện bằng phương pháp bảo vệ khác. 1.2 Vật liệu Tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế hệ thống bảo vệ catốt của thép trần hoặc thép có sơn. 1.2.1 Quá phân cực và thép cường độ cao Nếu điện thế của kết cấu quá âm, kết cấu sẽ quá phân cực và điều này có thể gây ra thẩm thấu hydro vào trong thép làm hóa giòn kim loại và ảnh hưởng bất lợi với những vết nứt lan rộng. Nói chung độ bền kéo của thép càng lớn thì khả năng gây nguy hiểm do thẩm thấu hydro càng lớn. Tuy nhiên, độ cứng và cấu trúc tế vi của vật liệu cũng là vấn đề quan trọng. Những hiện tượng này có thể xảy ra trên kết cấu thép của cảng biển và công trình biển tại điện thế âm hơn -1,1 V so sánh với điện cực Ag/AgCl trong nước biển. Ngoài giới hạn trên những kiểm tra thích hợp nên được thực hiện cho việc sử dụng bảo vệ catốt. 1.2.2 Cặp pin điện Một số phần của kết cấu có thể được làm từ vật liệu kim loại khác thép. Kim loại này với thép tạo thành cặp pin điện. Hệ thống bảo vệ catốt phải được thiết kế để đảm bảo rằng hệ thống hoàn toàn kiểm soát quá trình ăn mòn điện hóa phát sinh từ những cặp pin điện này. 1.3 Môi trường Tiêu chuẩn này áp dụng cho toàn bộ vùng ngập trong nước biển và trong đáy biển. Đối với bề mặt thép nằm trong vùng thủy triều, bảo vệ catốt chỉ có hiệu quả khi thời gian ngâm đủ dài để cho thép phân cực, đây là một phần ba dưới cùng của vùng thủy triều. Phương pháp chống ăn mòn khác được sử dụng để bảo vệ bề mặt ướt nằm ở trên mức này là sử dụng lớp phủ bảo vệ, vỏ bọc hoặc làm tăng độ dày của kết cấu. 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có). TCVN 10263:2014, An ố t hy sinh - Yêu cầu kỹ thuật. 3 Thuật ngữ và định nghĩa Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau: 3.1 Vùng khí quyển (atmospheric zone) Vùng nằm phía trên vùng nước bắn. 3.2 Vùng nước bắn (splash zone) Vùng kết cấu thay đổi ẩm và khô do sóng và phải trên vùng mực nước cao nhất. 3.3 Vùng thủy triều (tidal zone) Nằm giữa mực nước thấp nhất và mực nước cao nhất. 3.4 Vùng thủy triều mở rộng (extended tidal zone) Vùng này bao gồm vùng thủy triều, vùng nước bắn và vùng chuyển tiếp. 3.5 V ù ng chuyển tiếp (transition zone) Vùng nằm ngay dưới mực nước thấp nhất chịu ảnh hưởng của sóng nên có nồng độ oxy cao hơn. 3.6 Vùng ch ì m trong nước (immersed zone) Vùng nằm dưới vùng thủy triều mở rộng và trên đáy biển. 3.7 Vùng ngập trong nước (submerged zone) Vùng này bao gồm vùng chôn dưới đất, vùng chìm trong nước và vùng chuyển tiếp. 3.8 Vùng chôn trong đất (buried zone) Vùng nằm trong đáy biển. 3.9 Mực nước cao nhất - MNCN (Highest water level) Mực nước cao nhất quy định trong thiết kế của cảng biển và công trình biển. 3.10 Mực nước thấp nhất - MNTN (Lowest water level) Mực nước thấp nhất quy định trong thiết kế của cảng biển và công trình biển. 3.11 Mực nước trung bình - MNTB (Mean water level) Mực nước trung bình quy định trong thiết kế của cảng biển và công trình biển. 3.12 Độ mặn (salinity) Lượng ion muối hòa tan trong nước biển. Cách đo là dựa trên độ dẫn điện của nước biển. Độ mặn tính bằng g trên kg nước biển hoặc phần nghìn (ppt). 3.13 Tấm gia cố (doubler plate) Tấm được hàn vào một vị trí để tăng cường hoặc bảo vệ. 3.14 Bong catốt (cathodic disbonding) Là quá trình bong sơn do sự xuất hiện của ion hyđro trên bề mặt vật liệu thép được bảo vệ catốt. 3.15. Bảo vệ catốt (cathodic protection) Là quá trình bảo vệ kết cấu thép không bị ăn mòn bằng cách đưa điện thế của thép về giới hạn của tiêu chuẩn điện thế (xem 4.2). Hình 1 - Chia vùng trong môi trường biển 4 Nguyên tắc thiết kế 4.1 Mục đích Mục đích chính của thiết kế hệ thống bảo vệ catốt là đảm bảo phát dòng bảo vệ từng phần của kết cấu và phân bố dòng này sao cho điện thế của thép trong nước biển của từng phần kết cấu nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn điện thế (xem 4.2). Giới hạn điện thế phải đạt được trên toàn bộ kết cấu. Mục tiêu này chỉ có thể đạt được bằng sự phân bố đều của anốt trên kết cấu. Điều này rất khó đạt được tại một số vùng như các nút phức tạp hoặc khung, nơi các anốt chỉ có thể lắp đặt trong không gian hẹp mặc dù có bề mặt lớn cần được bảo vệ. Do đó, trong giai đoạn thiết kế kết cấu cần cân nhắc các yếu tố dưới đây: - Tránh các cấu hình phức tạp, tức là yếu tố hình trụ được sử dụng hơn hình T hoặc H - Giảm số bề mặt thứ cấp - Hạn chế tỷ số của bề mặt thép trên thể tích chất điện ly trong khu vực chật hẹp Có thể sử dụng một lớp sơn bảo vệ ở phần gần anốt, nơi dòng phát của anốt có thể dẫn tới quá phâncực cho phần kết cấu gần anốt (xem 1.2.1). Hệ bảo vệ catốt phải được thiết kế cho thời gian hoạt động của kết cấu. Để thiết kế hệ thống bảo vệ catốt thích hợp thì công việc phải được thực hiện bởi chuyên gia bảo vệcatốt. 4.2 Chỉ tiêu bảo vệ catốt Để đạt được mức độ bảo vệ catốt hiệu quả, kết cấu thép phải có điện thế bảo vệ như đề cập trong Bảng 1: Bảng 1- Điện thế bảo vệ catốt của vật liệu thép trong nước biển, điện cực so sánh Ag/AgC l trong nước biển. Vật liệu Điện thế âm nhỏ nhất (Điện th ế bảo vệ nhỏ nhất), V Điện thế âm lớn nhất (Điện thế bảo vệ lớn nhất), V Thép hợp kim các bon thấp Môi trường thông khí -0,80 - 1,10 Môi trường yếm khí -0,90 -1,10 Thép không gỉ Austenit PREN ≥ 40 PREN < 40 Duplex -0,30 -0,60 1) -0,60 1 ) 2) 2) 2) PREN (Austenit)= %Cr + 3,3 (%Mo+0,5W) + 16 (%N) CHÚ THÍCH: 1) : Với hầu hết các ứng dụng các điện thế này là đủ để bảo vệ các khe nứt dù điện thế cao hơn có thể được xem xét. 2) : Kết cấu làm từ hợp kim này có thể dễ bị gẫy do vậy phải tránh điện thế âm cao. 4.3 Dòng điện yêu cầu Để đạt được chỉ tiêu bảo vệ catốt trên toàn bộ kết cấu, cần phải xem xét dòng điện yêu cầu của từng phần kết cấu. Dòng điện yêu cầu của từng phần kết cấu được tính bằng diện tích bề mặt của từng phần nhân với mật độ dòng điện yêu cầu cho từng phần. Mật độ dòng yêu cầu là không giống nhau cho toàn bộ kết cấu khi điều kiện môi trường thay đổi. Do đó, cần xem xét những vùng dưới đây: - Vùng nằm trong phần mực nước thay đổi (thường sơn hoặc phủ); - Vùng nằm trong phần ngập nước; - Vùng nằm trong phần chôn trong đáy biển; Sự lựa chọn mật độ dòng thiết kế có thể dựa trên kinh nghiệm từ những kết cấu tương tự trong môi trường giống nhau hoặc từ những kiểm tra và tính toán riêng biệt hoặc tham khảo các giá trị đặc trưng được đưa ra trong Phụ lục A. Mật độ dòng yêu cầu cho bảo vệ catốt phụ thuộc vào động học của phản ứng điện hóa và giá trị của các thông số như điện thế của thép, nồng độ oxy hòa tan trong nước biển, tốc độ dòng nước, nhiệt độ và có thể cả độ sâu của nước. Với mỗi phần thép cùng điều kiện môi trường và bề mặt, cần tính các mật độ dòng dưới đây: - Mật độ dòng ban đầu: đòi hỏi đạt được sự phân cực ban đầu của kết cấu, tức là hạ thấp điện thế của thép xuống dưới giá trị điện thế âm nhỏ nhất trong khoảng giá trị đưa ra trong Bảng 1. - Mật độ dòng duy trì: đòi hỏi duy trì mức phân cực này trên kết cấu. - Mật độ dòng phân cực lại hoặc mật độ dòng cuối: đòi hỏi cho một sự phân cực lại (tức là cho sự tái thiết lập điện thế cho mức phân cực ban đầu) của kết cấu sau bão lớn hoặc sau hoạt động sửa chữa. Tính đúng mật độ dòng yêu cầu để tối ưu hóa hệ thống bảo vệ catốt. Kết cấu thép của cảng biển hoặc công trình biển có thể tách biệt hoặc tạm thời liên kết với kết cấu bên cạnh khác. Những kết cấu này nên được trang bị riêng một hệ thống bảo vệ catốt, hệ thống này sẽ được kiểm tra trước khi xem xét nối thông điện chúng với kết cấu thép của cảng biển hoặc công trình biển. Nếu kết cấu tạm thời không được trang bị hệ thống bảo vệ catốt, việc bảo vệ catốt cho kết cấu thép của cảng biển và công trình biển nên được kiểm tra để chắc chắn đạt chỉ tiêu bảo vệ trong khoảng thời gian kết nối và sự ảnh hưởng của kết cấu này nên được đánh giá. 4.4 Sơn Hệ thống bảo vệ catốt có thể kết hợp với hệ thống sơn phù hợp. Sơn giúp giảm dòng điện yêu cầu và tăng sự phân bố dòng điện trên kết cấu do thuộc tính cách điện của sơn. Dòng yêu cầu của thép có lớp sơn sẽ tăng lên theo thời gian khi sơn hư hỏng. Hệ số bong sơn ban đầu chủ yếu liên quan đến sự hư hỏng cơ học xảy ra trong quá trình lắp đặt kết cấu nên được xem xét và tốc độ hư hỏng sơn sẽ được đánh giá sau đó để đưa vào tính toán tuổi thọ sơn. Những giá trị này phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện thực tế lắp đặt và vận hành. Hướng dẫn cho giá trị hệ số bong sơn được đưa ra trong Phụ lục A. Mật độ dòng điện cần cho bảo vệ thép có sơn bằng tích của mật độ dòng cho thép trần và hệ số bong sơn. Do ảnh hưởng lẫn nhau giữa bảo vệ catốt và sơn, tất cả các loại sơn được sử dụng kết hợp với bảo vệ catốt nên được kiểm tra bong catốt. 4.5 Hệ thống bảo vệ catốt Bảo vệ catốt có thể đạt được bằng cách sử dụng: - Hệ anốt hy sinh - Hệ dòng điện ngoài - Kết hợp cả hai hệ thống trên Khi sử dụng kết hợp cả hai hệ thống, anốt hy sinh thường được cung cấp để bảo vệ catốt khi lắp đặt ban đầu và trong lúc tắt hệ thống dòng điện ngoài. Hệ thống anốt hy sinh cũng nên được lắp đặt trong vùng mà hệ thống dòng ngoài khó đạt được mức độ phân cực đầy đủ do ảnh hưởng của lớp chắn. Vì dòng yêu cầu không là hằng số theo thời gian, hệ thống bảo vệ catốt phải cung cấp đủ mật độ dòng yêu cầu cho sự phân cực với từng chu kỳ trong suốt thời gian tồn tại của công trình. Số lượng anốt cần cho các phần của kết cấu sẽ được xác định bằng dòng yêu cầu bảo vệ catốt trong vùng đó và khả năng phát dòng của từng anốt riêng biệt. Phát dòng từ mỗi anốt hy sinh riêng biệt được tính bằng định luật Ôm: l=ΔV/R (1) trong đó: ΔV là hiệu điện thế giữa điện thế anốt và điện thế bảo vệ nhỏ nhất của thép, tính bằng V; R là điện trở mạch thường tính như là điện trở anốt, tính bằng Ω. Điện trở anốt là hàm số của điện trở suất môi trường đặt anốt và hình dạng và kích thước của anốt. Điện trở của anốt có thể tính bằng cách sử dụng một trong các công thức kinh nghiệm đưa ra ở Phụlục B. Nếu các anốt là một nhóm, ảnh hưởng giữa các anốt phải được xem xét khi tính toán điện trở anốt. Hệ thống bảo vệ catốt phải được thiết kế sao cho ít ảnh hưởng nhất đến các kết cấu liền kề khác. 5 Thiết kế hệ thống anốt hy sinh 5.1 Yêu cầu chung Hệ thống anốt hy sinh bảo vệ kết cấu thép bằng cách nối kết cấu thép với hợp kim có điện thế âm hơn sao cho kết cấu đạt được điện thế bảo vệ yêu cầu (xem Bảng 1). Kích thước, số lượng và vị trí của anốt sẽ được tính toán sao cho chỉ tiêu điện thế bảo vệ luôn đạt được trên toàn bộ bề mặt của kết cấu trong thời gian hoạt động của hệ thống bảo vệ catốt (xem 4.1). Điều này có thể đạt được bằng cách xem xét ba mật độ dòng thiết kế như trong điều 5.2. Có thể sử dụng phương pháp số trên máy tính xem xét các đường cong phân cực. 5.2 Xem xét thiết kế Ba mật độ dòng điện thiết kế như định nghĩa trong 4.3 được xem xét: - Mật độ dòng duy trì (trung bình) được sử dụng để xác định khối lượng của anốt. Mật độ dòng này đòi hỏi để duy trì mức độ phân cực đủ của kết cấu trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế. - Mật độ dòng ban đầu được sử dụng để xác định khả năng phát dòng của anốt mới, tức là kích thước ban đầu của chúng, để đạt được đầy đủ phân cực ban đầu của kết cấu trong khoảng một vài tuần. - Mật độ dòng phân cực lại sẽ được sử dụng để xác định khả năng phát dòng của anốt khi tan tới hệ số sử dụng, tức là kích thước cuối cùng của anốt (xem B.2 trong Phụ lục B) để phân cực lại đầy đủ sau bão lớn hoặc sau các ảnh hưởng do khai thác vận hành. Khả năng hoạt động của anốt hy sinh trong nước biển phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của hợp kim đặc biệt khi sử dụng hợp kim nhôm hoặc kẽm. Tính chất điện hóa của vật liệu anốt phải được dẫn chứng bằng tài liệu hoặc xác định bằng các kiểm tra thích hợp. Những thông tin yêu cầu bao gồm: - Hiệu điện thế để phân cực thép, tức là hiệu giữa điện thế làm việc của anốt và điện thế nhỏ nhất của chỉ tiêu điện thế bảo vệ. - Dung lượng (A.h/kg) hoặc tốc độ tan (kg/(A.năm)) 5.3 Anốt hy sinh Anốt hy sinh được đề cập trong tiêu chuẩn này gồm 3 loại: anốt hy sinh nhôm, anốt hy sinh kẽm và anốt hy sinh magiê. Ảnh hưởng tới ô nhiễm môi trường do các thành phần của hợp kim tan ra phải được xem xét. 5.3.1 Anốt nhôm Xem TCVN 10263:2014: Anốt hy sinh - Yêu cầu kỹ thuật. 5.3.2 Anốt magiê Xem TCVN 10263:2014: Anốt hy sinh - Yêu cầu kỹ thuật 5.3.3 Anốt kẽm Xem TCVN 10263:2014: Anốt hy sinh - Yêu cầu kỹ thuật 5.3.4 Những yếu tố xác định dòng phát của anốt và thời gian hoạt động . Những anốt ở trên có điện thế làm việc và dòng phát khác nhau khi hoạt động trong một môi trường. Dòng phát của một anốt phụ thuộc vào điện trở xuất của môi trường, hình dạng và kích thước của anốt (tham khảo 4.5 và Phụ lục B) Các vật liệu anốt ở trên cũng có tốc độ tan khác nhau khi hoạt động trong một môi trường. Do vậy, dòng phát và thời gian hoạt động của anốt sẽ phụ thuộc vào vật liệu (tốc độ tan) và khối lượng của chúng. Kích thước và số lượng anốt cần được tính toán tối ưu để với khối lượng anốt hy sinh thấp nhất có thể cung cấp dòng bảo vệ lớn hơn hoặc bằng dòng bảo vệ yêu cầu cho phân cực ban đầu và phân cực lại trong suốt thời gian hoạt động của kết cấu. Dòng phát của anốt được xác định bằng định luật Ôm như trong 4.5. Điện thế hoạt động thực giữa anốt làm từ hợp kim nhôm hoặc kẽm và điện thế bảo vệ nhỏ nhất của kết cấu phân cực (-0,8 V so với điện cực so sánh Ag/AgCl trong nước biển) chỉ là 0,15 V đến 0,3 V dù điện thế hoạt động thực ban đầu phải cao hơn, nằm trong khoảng từ 0,35 V đến 0,5 V. Khoảng thời gian hoạt động của anốt có thể được xác định bằng cách sử dụng công thức trong Phụ lục B. 5.4 Vị trí của anốt 5.4.1 Xem xét chống ăn mòn Anốt hy sinh nên được phân bố trên bề mặt thép theo tỷ lệ tương ứng với dòng điện yêu cầu của từng vùng để có được sự phân bố đồng nhất. Anốt hy sinh phải được phân bố phù hợp với tính toán dòng yêu cầu. Cần có xem xét riêng biệt cho các vùng có cấu tạo hình học phức tạp. Những tính toán bổ sung đánh giá sự phân bố anốt hy sinh là cần thiết. Những điểm hàn nối là quan trọng nhất cho sự bền vững của kết cấu. Điểm hàn cũng là những vùng có hình học phức tạp nơi mà tỷ số diện tích bề mặt thép với thể tích chất điện ly có thể dẫn tới sự phân bố dòng kém hiệu quả (có vùng chắn và ảnh hưởng bảo vệ). Do vậy, sự phân cực sớm của điểm nối là quan trọng nhất. Điều này đưa đến anốt nên được đặt trên kết cấu sao cho điểm nối trở nên phân cực sớm nhất có thể sau khi lắp đặt kết cấu. Sự phân bố dòng hiệu quả có thể đạt được bằng cách sử dụng số anốt hy sinh lớn hơn. 5.4.2 Xem xét sự an toàn của kết cấu Anốt hy sinh nên được gắn lên kết cấu bằng phương pháp hàn theo cách thức giảm thiểu vị trí mối hàn. Vị trí và hướng của anốt nên thực hiện các tính toán sau: - Giảm ảnh hưởng của sóng/dòng chảy. - Tránh nguy hiểm từ những vật rơi xuống. - Giảm các vấn đề gây ra do chế tạo, vận chuyển và lắp đặt. - Giảm ảnh hưởng gây ra do khai thác vận hành công trình. 5.5 Lõi anốt và thiết kế lắp đặt 5.5.1 Yêu cầu chung Các phương pháp gắn anốt vào kết cấu sẽ được điều chỉnh theo từng loại anốt và ứng dụng của anốt, nhưng điện trở liên kết thấp phải được duy trì trong suốt quá trình hoạt động của các anốt. Những yêu cầu này có thể ảnh hưởng đến thiết kế của lõi anốt. Phần đỡ anốt có thể là phần nối dài hoặc một phần không thể tách rời của lõi và phải là thép có tính hàn tốt. Các anốt hy sinh có thể được gắn vào kết cấu như sau: - Phần đỡ anốt có thể được hàn trực tiếp vào một phần tường dày của kết cấu - Tấm gia cố có thể được hàn trực tiếp trên một phần của kết cấu, phần đỡ anốt được hàn trên tấm gia cố và cũng có thể tăng cường bằng các miếng đệm Thiết kế của tấm gia cố và tấm đệm nên tính đến khả năng chịu lực. Tấm gia cố nên làm tròn góc để tránh tập trung ứng suất. Hàn các anốt vào kết cấu được thực hiện theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu và bên ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này. 5.5.2 An ố t hy sinh dạng thanh với lõi thẳng Lõi thẳng của anốt hy sinh dạng thanh tốt nhất là hình trụ để tránh tụ khí trong quá trình đúc hợp kim. Tuy nhiên, hình dạng khác của phần lõi có thể được xem xét. Các kích thước của phần lõi được thiết kế có tính đến trọng lượng của hợp kim anốt và các điều kiện hoạt động của môi trường khác nhau như trong điều 5.5.4. 5.5.3 Anốt dạng tấm phẳng Lõi anốt hy sinh dạng tấm phẳng nên được làm bằng các thanh thép thẳng hoặc uốn góc, kích thước của lõi phải dựa trên trọng lượng và kích thước anốt. Phần lõi thường nhô ra từ mặt bên của anốt để cho phép hàn chúng vào kết cấu. 5.5.4 Xem xét kết cấu Phần lõi của anốt cần có đủ độ bền để duy trì các điều kiện sau đây: - Điều kiện trước khi hoạt động bao gồm cả chế tạo kết cấu, vận chuyển, hạ thủy và hoạt động đóngcọc. ü Một số anốt hy sinh có thể nhô ra bên ngoài của kết cấu, chìm trong nước khi vận chuyển đường biển và do đó phải chịu lực va của sóng ü Khi hạ thủy các kết cấu từ các sà lan vận chuyển cũng có thể gây ra lực va đối với cácanốt khi kết cấu trượt xuống nước. Lực này được xem xét trong phụ lục C. ü Các điểm gắn anốt cũng bị mỏi do hoạt động đóng cọc hoặc sóng đánh. - Trong điều kiện hoạt động bao gồm cả mỏi do sóng và các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. 6 Thiết kế hệ thống dòng điện ngoài 6.1 Yêu cầu chung Dòng bảo vệ được cung cấp bởi nguồn điện một chiều sẽ được kiểm soát trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống bảo vệ catốt để duy trì mức độ điện thế bảo vệ đầy đủ trên toàn bộ bề mặt thép của kết cấu. Tính toán thiết kế và yêu cầu kỹ thuật sẽ cung cấp những thông tin chi tiết dưới đây: - Cơ sở thiết kế - Tính toán và thiết kế thiết bị - Bố trí tổng thể của thiết bị - Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị (như là biến áp chỉnh lưu, anốt, dây điện, thiết bị nối và thiết bị bảo vệ, điện cực kiểm tra) - Yêu cầu kỹ thuật lắp đặt - Yêu cầu kỹ thuật hệ thống kiểm tra 6.2 Xem xét thiết kế Hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài cho kết cấu thép trên biển thông thường bao gồm máy biến áp chỉnh lưu và các anốt. Máy biến áp chỉnh lưu điều khiển bằng tay thường được lựa chọn khi dòng yêu cầu không biến thiên nhiều theo thời gian. Máy biến áp chỉnh lưu có điều khiển điện thế tự động có thể được sử dụng trong trường hợp cụ thể, khi mà điều kiện môi trường và hình dạng kết cấu gây ra những biến đổi lớn và thường xuyên cho dòng bảo vệ. Những vùng riêng biệt có trạng thái đặc trưng có thể đòi hỏi việc cân nhắc một hệ thống kiểm soát liên vùng để thích ứng và tối ưu sự phân bố dòng điện bảo vệ, kiểm soát bảo vệ mỗi vùng được thực hiện bằng một hệ thống dòng ngoài riêng biệt. Số lượng và vị trí của anốt được xác định để đạt được mức độ điện thế bảo vệ đầy đủ trong điều kiện thực tế cho phép. Các anốt dòng ngoài thường cấp dòng điện cao hơn anốt hy sinh, do đó với anốt dòng ngoài, nên sử dụng cả lớp chắn điện môi và bố trí khoảng cách lớn giữa anốt với kết cấu để ngăn chặn hiện tượng quá phân cực và cải thiện sự phân bố dòng tới kết cấu. Tính toán tổng dòng yêu cầu (I tc ) để bảo vệ từng phần hoặc vùng của kết cấu được tính theo công thức: I tc = Si (2) trong đó: S là tổng diện tích của phần hoặc vùng được xem xét, tính bằng m 2 ; i là mật độ dòng bảo vệ cho phép đủ để phân cực thép trong môi trường xem xét tính bằngmA/m 2 . Mật độ dòng được sử dụng cho thiết kế sẽ chọn cao nhất từ ba thông số: mật độ dòng ban đầu, mật độ dòng duy trì và giá trị phân cực lại cuối cùng. Mật độ dòng ban đầu sẽ được sử dụng cho thép trần. Với thép có sơn, giá trị được sử dụng phụ thuộc vào hệ số bong sơn và phải được tính toán. Để bù cho sự phân bố dòng kém hiệu quả (số lượng anốt nhỏ), hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài phải được thiết kế dòng yêu cầu bằng 1,25 đến 1,5 lần tính toán. I t = (1,25 đến 1,5).I tc (3) 6.3 Lựa chọn thiết bị 6.3.1 Máy biến áp chỉnh lưu Máy biến áp chỉnh lưu phải có khả năng cung cấp bằng 1,25 đến 1,5 lần tổng dòng thiết kế của vùng hoặc phần kết cấu được bảo vệ. Điện áp ra tối đa của máy biến áp chỉnh lưu là 24 V (xem Phụ lục D). Điện áp ra của máy biến áp phải tính đến điện trở mạch (dây điện và anốt) và điện trường ngược giữa anốt và catốt. Điện trường ngược là sự khác biệt điện thế mạch hở tự nhiên giữa anốt và catốt trong môi trường biển. Biến áp chỉnh lưu phải có khả năng cung cấp dòng đủ để duy trì điện thế bảo vệ trong khoảng quy định của thiết kế. 6.3.2 Anốt Anốt dùng cho hệ thống dòng ngoài có thể có hai loại chính: anốt bán tiêu hao và anốt trơ. Anốt trơ được ưu tiên sử dụng cho yêu cầu dòng phát cao. Anốt bán tiêu hao trên cơ sở graphit, hợp kim gang - silic, sắt từ... Anốt trơ được làm từ lớp mỏng platin phủ lên chất nền là titan, niobi, tantali hoặc được làm từ hỗn hợp oxít kim loại hoạt hóa phủ trên nền titan... Xem Phụ lục E khả năng hoạt động của anốt dòng ngoài. Lắp đặt hệ thống và lắp đặt các thiết bị của hệ thống dòng ngoài cần đặc biệt chú ý đến hư hỏng cơ học vì một số anốt có dòng ra tương đối cao. Sự giảm một anốt có thể làm giảm đáng kể khả năng hoạt động của toàn bộ hệ thống bảo vệ catốt. Do đó, việc lắp đặt hệ thống và lắp đặt các thiết bị sẽ được thiết kế để có khả năng tránh hư hỏng cơ học cao nhất. Thiết kế phải bao gồm các biện pháp để giảm thiểu nguy cơ tiếp xúc trực tiếp (chập mạch của hệ thống bảo vệ catốt) giữa cực dương và kết cấu. Thiết kế cần khẳng định các anốt có đầy đủ khả năng phân phối dòng thiết kế được cung cấp bởi máy biến áp chỉnh lưu. 6.3.3 Lá chắn điện môi Sơn, nhựa đúc sẵn hoặc các tấm nhựa đàn hồi có thể được sử dụng trên kết cấu liền kề với anốt. Các phản ứng điện hóa xảy ra tại anốt và bề mặt catốt tạo ra các sản phẩm ăn mòn và các loại khí có thể phá hỏng lá chắn điện môi hoặc gây ra bong sơn. Thiết kế lá chắn điện môi nên tính đến sự hư hỏng của vật liệu làm lá chắn. 6.3.4 Điện cực so sánh Điện cực so sánh được sử dụng để đo điện thế của thép và có thể dùng để kiểm soát dòng ra của hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài. Khi điện cực so sánh được sử dụng để kiểm soát dòng ra của hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài, chúng phải được lắp đặt tại vị trí xác định bằng tính toán hoặc thử nghiệm để chắc chắn điện thế của kết cấu được duy trì trong giới hạn thiết kế. Cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa để tránh bất kỳ tiếp xúc điện trực tiếp giữa các điện cực và kết cấu thép. 6.3. Dây điện và mối nố i dây Tất cả các dây điện sẽ được bảo vệ đầy đủ để tránh bất kỳ sự hư hỏng cơ học nào. Ống thép, ống nhựa chất lượng cao có thể được sử dụng cho mục đích này. Nối dây điện và anốt phải kín nước và chắc chắn. Dây điện và vật liệu cách điện phải chịu được điều kiện môi trường, clo, hydrocacbon và sự có mặt của hóa chất có hại. Đường kính của dây điện được tính toán phù hợp với đòi hỏi về độ bền cơ học, dòng yêu cầu và sụt áp của chiều dài dây. 6.4 Lựa chọn vị trí Các điện cực và anốt nên được lắp đặt tại vị trí có xem xét các yếu tố sau: - Giảm sóng/dòng chảy tác động trên thiết bị cố định anốt - Tránh hư hỏng từ các vật rơi xuống - Giảm các vấn đề gây ra do chế tạo, vận chuyển và lắp đặt - Tránh các nguy hiểm từ các vật trôi nổi - Giảm ảnh hưởng gây ra do khai thác vận hành công trình. Dây điện nên được lắp đặt trong ống, vị trí và lắp đặt nên thực hiện theo các quy luật trên. 7 Thiết kế hệ thống kiểm tra 7.1 Quy định chung Thiết kế lắp đặt hệ thống kiểm tra cố định được sử dụng với hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài và có thể được sử dụng với hệ thống anốt hy sinh. Thiết bị cầm tay sử dụng cho khảo sát định kỳ không bao gồm trong hệ thống kiểm tra. 7.2 Mục tiêu Hệ thống kiểm tra dùng để đánh giá và có thể được sử dụng để kiểm soát các thông số hoạt động và hiệu quả của hệ thống bảo vệ catốt. Hệ thống bảo vệ catốt là một hệ thống động, tức là hệ thống chỉ hiệu quả khi anốt hy sinh hoặc hệ thống dòng ngoài được vận hành và cung cấp dòng đầy đủ cho sự phân cực của thép làm cho kết cấu đạt được trạng thái bảo vệ tiêu chuẩn. Do đó, điện thế của thép nên được đo trong suốt thời gian hoạt động của kết cấu để xác định đầy đủ khả năng bảo vệ. Đánh giá dòng phát sẽ đưa ra thêm thông tin chứng minh hệ thống bảo vệ đang hoạt động tốt và đưa ra dấu hiệu về tuổi thọ của anốt (xem 5.3.4). 7.3 Hệ thống kiểm tra Hệ thống kiểm tra có thể bao gồm những phần sau đây: - Điện cực so sánh cố định: Các điện cực so sánh nên được lắp đặt và được bảo đảm luôn ngập trong nước, được đặt gần với bề mặt thép. Những điện cực so sánh phải được cách điện từ kết cấu và kết nối với hệ thống truyền tải dữ liệu; - Hệ thống ống bảo vệ dây điện và dây điện: Tất cả các dây điện kết nối thiết bị là loại dùng được dưới nước và nên chạy trong ống bảo vệ. Các ống bảo vệ có kích thước phù hợp với số lượng và kích thước của các loại dây điện. Các ống bảo vệ được gắn chặt với kết cấu và cố định (tốt nhất là bằng cách hàn) với kết cấu bằng cách sử dụng đai thép. - Hộp nối và hộp kiểm tra: Các hộp được trang bị đầy đủ cho các dây điện đi lên và đi ra. Mỗi hộp nối phải được cố định và có thể chịu được các điều kiện môi trường. Hộp nối được trang bị các đầu chờ để kết nối các dây điện từ anốt hoặc từ điện cực so sánh và dây nối kết cấu thép. 7.4 Đo điện thế 7.4.1 Phươ n g pháp đo điện thế Điện thế của thép được đo bằng cách sử dụng đồng hồ vôn trở kháng cao. Điện cực so sánh sẽ được đặt gần nhất có thể với bề mặt kết cấu thép khi đo. Nếu mạch đo đòi hỏi một kết nối thường xuyên thì phải được thực hiện một cách cẩn thận vì nếu điện cực so sánh được cấp dòng sẽ phân cực và đưa ra các thông số sai. 7.4.2 Vị tr í của điện cực so sánh Điện cực so sánh phải được phân bố để đo điện thế điển hình của kết cấu thép. Ngoài ra, điện cực so sánh cố định nên được lắp đặt tại các vị trí như sau: - Điểm có vị trí xa anốt nhất; - Điểm giao nhau của kết cấu; - Vùng là nơi có thể xuất hiện những dạng hình học phức tạp hoặc gần công trình phụ; - Vùng có ứng suất cao nhất; - Vùng nghi ngờ có ảnh hưởng quá phân cực. 7.4.3 Các loại điện cực so sánh Điện cực Zn trong nước biển và điện cực so sánh Ag/AgCl trong nước biển được sử dụng phổ biến nhất, dung dịch điện ly là nước biển bao quanh. 7.4.4 Hiệu chuẩn điện cực so sánh Điện cực so sánh sẽ được hiệu chuẩn (trực tiếp hoặc gián tiếp) sau khoảng thời gian không hoạt động bằng cách đo sự khác biệt điện thế của điện cực hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp với điện cực calomenbão hòa. Đối với các điện cực so sánh không thể tháo ra từ vị trí cố định, điện cực cầm tay được sử dụng cho hiệu chuẩn sẽ được đặt gần điện cực cố định. 7.5 Đo dòng phát của anốt dòng ngoài Việc đo dòng phát của anốt dòng ngoài phải được thực hiện bằng cách sử dụng một đồng hồ đo dòng với điện trở bên trong thấp hoặc có thể đo qua điện trở sơn (shunt) lắp đặt trong hộp nối. 7.6 Điều khiển và kiểm tra máy biến áp chỉnh lưu Máy biến áp chỉnh lưu cung cấp dòng ngoài cho anốt nên được trang bị các thiết bị điều khiển sau: - Một đồng hồ vôn đo thế ra một chiều - Một đồng hồ ampe đo dòng ra một chiều của mỗi mạch ra - Thiết bị bảo vệ chống lại quá thế và chập mạch Có thể lắp đặt đồng hồ đo thời gian phát dòng để ghi lại thời gian vận hành của biến áp chỉnh lưu. 8 Lắp đặt hệ thống bảo vệ catốt và hệ thống kiểm tra catốt Hệ thống bảo vệ catốt và hệ thống kiểm tra nên được lắp đặt sao cho đạt được yêu cầu thiết kế và giữ trong suốt thời gian tồn tại của hệ thống bảo vệ catốt. Việc lắp đặt các vật liệu và thiết bị phải được thực hiện phù hợp với bản vẽ, chi tiết kỹ thuật và quy trình có liên quan. Công việc lắp đặt phải phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng, Tất cả các vật liệu cần được kiểm tra trước khi lắp đặt để đảm bảo rằng vật liệu phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và không bị hư hại. Tủ biến áp chỉnh lưu (nếu có) được lắp đặt theo quy định phòng chống cháy nổ. Tùy thuộc vào từng loại hệ thống, anốt có thể được lắp đặt trên đáy biển tại các địa điểm xa hoặc trên kết cấu. Anốt được lắp đặt trên đáy biển có thể đặt trên bê tông hoặc bình nổi phi kim loại để có thể giảm sự bao bọc của bùn. 9 Chạy kiểm tra đánh giá hệ thống bảo vệ catốt 9.1 Mục tiêu Các mục tiêu của việc chạy kiểm tra đánh giá hệ thống bảo vệ catốt là: - Đảm bảo các chức năng của hệ thống catốt phù hợp với yêu cầu của thiết kế lắp đặt kết cấu; - Thiết lập hệ thống bảo vệ catốt là phù hợp với thiết kế và kết cấu được bảo vệ hiệu quả. 9.2 Hệ thống anốt hy sinh Đối với hệ thống anốt hy sinh, việc kiểm tra đánh giá toàn bộ kết cấu sẽ thực hiện trong khoảng 3 tháng với kết cấu thép trần hoặc 1 năm với kết cấu thép có sơn từ khi lắp đặt kết cấu. Kiểm tra đánh giá nên bao gồm đo điện thế tại các vị trí lựa chọn. Vị trí thực tế và tình trạng các anốt nên được xác nhận và ghi lại. 9.3 Hệ thống dòng điện ngoài. Đối với chạy kiểm tra đánh giá hệ thống dòng ngoài những vận hành dưới đây được thực hiện - Kiểm tra hệ thống dây điện để chắc chắn sự phân cực chính xác (cực âm nối kết cấu) - Bật biến áp chỉnh lưu để cung cấp dòng trực tiếp cho kết cấu - Đo điện thế của kết cấu với hệ thống kiểm tra đến khi đạt giá trị điện thế yêu cầu Đo điện thế bảo vệ của kết cấu nên được thực hiện trong khoảng một tháng của công việc chạy kiểm tra đánh giá hệ thống bảo vệ catốt. Kiểm tra đánh giá này bao gồm ghi điện thế kết cấu tại vị trí lựa chọn. Vị trí thực tế và tình trạng anốt, dây dẫn, ống dẫn, hệ thống kiểm tra nên được xác nhận và ghi lại. 10 Hồ sơ lưu giữ 10.1 Quy định chung Tất cả các thông tin, dữ liệu và kết quả liên quan tới hệ thống bảo vệ catốt cần được ghi lại. Hồ sơ bao gồm tất cả các dữ liệu thích hợp: thiết kế, sản xuất, lắp đặt, chạy thử, vận hành, bảo dưỡng và hiệu quả của hệ thống bảo vệ catốt. Hồ sơ cần phải phản ánh những thay đổi so với chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế, như vị trí thiết bị hoặc thay đổi chiều sâu có thể làm thay đổi vùng bảo vệ. Số liệu chạy thử nên bao gồm kết quả tiến hành khảo sát sau khi hệ thống bảo vệ catốt đạt được chỉ tiêu thiết kế và vận hành hiệu quả. 10.2 Hệ thống anốt hy sinh. Những dữ liệu dưới đây cần được lưu giữ để so sánh và thực hiện cập nhật thường xuyên khi vậnhành hệ thống bảo vệ catốt: - Tiêu chuẩn thiết kế bao gồm tuổi thọ thiết kế, đặc điểm môi trường (như là độ mặn của nước biển, điện trở suất), tiêu chuẩn bảo vệ, mật độ dòng yêu cầu (giá trị ban đầu, giá trị duy trì và giá trị cuối cùng hoặc giá trị phân cực lại), giá trị dòng phát của anốt tại những thời điểm khác nhau, hiệu suất lý thuyết của anốt và điện thế điều khiển; - Số lượng anốt hy sinh, kích thước của chúng, khối lượng, yêu cầu kỹ thuật, thành phần hóa học, tốc độ tan thực tế (so với khi đo kiểm tra trong phòng thí nghiệm), hệ số sử dụng, như là những tài liệu tham khảo của nhà cung cấp hoặc nhà sản xuất; - Vị trí của từng anốt và tất cả anốt khi kiểm tra trong quá trình xây dựng hoặc sau khi lắp đặt, tất cả sự khác nhau với vị trí thiết kế được lưu ý (những vị trí này có thể thuận lợi nhận biết trên bản vẽ kỹ thuật của kết cấu), phương pháp lắp đặt anốt, ngày lắp đặt, những dữ liệu này được cập nhật trong thời gian tồn tại của kết cấu; - Các kết quả chạy thử nghiệm bao gồm cả dữ liệu khảo sát điện thế; - Các kết quả kiểm tra bảo dưỡng định kỳ bao gồm đo dòng và thế bảo vệ với các loại điện cực so sánh, thiết bị và công nghệ đo để thực hiện theo sự thay đổi trạng thái điện thế bảo vệ của kết cấu. 10.3 Hệ thống dòng điện ngoài Các dữ liệu sau đây cần được lưu giữ để tham khảo và cập nhật thường xuyên khi vận hành hệ thốngbảo vệ catốt: - Tiêu chuẩn thiết kế bao gồm tuổi thọ thiết kế cho hệ thống bảo vệ, các đặc điểm môi trường (như độ mặn của nước biển, điện trở suất), tiêu chuẩn bảo vệ, mật độ dòng điện yêu cầu (giá trị ban đầu, giá trị duy trì hệ thống và giá trị cuối cùng hoặc giá trị phân cực lại), giá trị thiết kế cho dòng phát của anốt; - Số lượng anốt, kích thước của chúng, đặc điểm kỹ thuật, mô tả thiết bị, mật độ dòng ra hiệu quả và điện thế cho phép cũng như dữ liệu và tài liệu của nhà sản xuất/cung cấp; - Mô tả và đặc điểm kỹ thuật cho sự lắp đặt anốt, thành phần, vị trí và kích thước của bất kỳ lá chắn điện môi (nếu có), cũng như đặc điểm kỹ thuật, đặc điểm và phương pháp lắp đặt của dây điện, các hộp nối và hộp trung gian (nếu có); - Vị trí của từng anốt khi kiểm tra trong quá trình xây dựng hoặc sau khi lắp đặt, tất cả các thay đổi vị trí so với thiết kế được đánh dấu (các vị trí này có thể được ghi lại trên một bản vẽ cụ thể của kết cấu); những dữ liệu này nên được cập nhật trong suốt thời gian tồn tại của kết cấu; - Vị trí, đặc điểm kỹ thuật chi tiết, bản vẽ và đặc điểm đầu ra của mỗi biến áp chỉnh lưu với các báo cáo kiểm tra của nhà sản xuất; - Mô tả, đặc điểm kỹ thuật và vị trí của bất kỳ thiết bị kiểm soát điện thế bảo vệ và thiết bị kiểm tra bao gồm các loại điện cực đo, thiết bị đo và dây điện; - Kết quả chạy thử bao gồm dữ liệu khảo sát điện thế, giá trị dòng điện và thế ra của mỗi biến áp chỉnh lưu và bất kỳ điều chỉnh nào được thực hiện; - Các kết quả khảo sát thực hiện trong quá trình kiểm tra định kỳ bao gồm giá trị điện thế, giá trị đầu ra của máy biến áp chỉnh lưu, dữ liệu duy trì của biến áp chỉnh lưu và thời gian thực hiện các thay đổi của điện thế bảo vệ. 11 An toàn của hệ thống bảo vệ catốt 11.1 Mục tiêu Hệ thống bảo vệ catốt phải tuân theo tất cả các tiêu chuẩn an toàn và các quy định liên quan đến thiết bị điện có thể áp dụng cho lắp đặt kết cấu thép cố định ngoài biển. Điều khoản này nhằm giải quyết vấn đề an toàn, hạn chế các rủi ro gây ra bởi hệ thống bảo vệ catốt và liên quan đến thợ lặn chuyên nghiệp trong quá trình thợ lặn làm việc dưới nước. Khía cạnh an toàn của các hoạt động lặn nằm ngoài phạm vi của tài liệu này. Tham khảo nên được thực hiện để phù hợp theo luật định (xem phụ lục D). Hệ thống anốt hy sinh và hệ thống dòng ngoài sẽ được xem xét những nguy hiểm chính sau: Hư hỏng cơ học, sốc điện và sự gia tăng các khí nguy hiểm. 11.2 Hư hỏng cơ học Nguy cơ chính cho các anốt là từ các dây lặn hoặc dây bảo hiểm xung quanh anốt hoặc vật mang anốt và sự hư hại cơ học cho các thiết bị do sự chà xát. Do vậy, những anốt hy sinh có đặc điểm lắp đặt sau đây được khuyên dùng: - Anốt hy sinh dạng thanh với phần chân thẳng đứng hình trụ nhô ra từ đầu anốt; - Các anốt hy sinh dạng tấm phẳng; - Các anốt hy sinh dạng vòng. Tương tự các ống dẫn dây anốt, hộp nối... nên được thiết kế để loại trừ bất kỳ các cạnh hoặc góc sắc nhọn hoặc đầu nhô ra. 11.3 Sốc điện Trong trường hợp mà thiết bị hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng ngoài có khiếm khuyết hoặc thợ lặn vô tình chạm vào anốt hoạt động, thợ lặn có thể bị điện giật. Trong việc thực hiện lặn không liên quan trực tiếp tới hệ thống bảo vệ catốt và bất kỳ thực hiện lặn kiểm tra nào gần anốt dòng ngoài thì cần phải tắt máy biến áp chỉnh lưu. Tuy nhiên, lặn kiểm tra hệ thống bảo vệ catốt có thể được thực hiện với hệ thống dòng ngoài đang vận hành khi được cung cấp tất cả các quy định an toàn có liên quan và áp dụng các biện pháp phòng ngừa. 11.4 Sự gia tăng của khí 11.4.1 Sự gia tăng của khí hydro Sự phân cực của kết cấu tới điện thế âm hơn -0.8V so với điện cực so sánh Ag/AgCl trong nước biển có thể làm gia tăng khí hydro tại bề mặt thép. Nếu khí tích tụ trong không gian giới hạn nơi chỉ có một phần nước biển, có thể làm xuất hiện nguy cơ cháy nổ. Để tránh nguy cơ này cần thực hiện các biện pháp dưới đây: - Tất cả các thiết kế đều có ống thoát khí để tránh sự tích tụ khí hydro; - Điện thế của kết cấu trong môi trường điện ly được giữ ở giá trị âm thấp hơn ngưỡng giá trị mà tại đó sự gia tăng hydro là không đáng kể. Điều này có thể đạt được nếu một khoảng cách tối thiểu được giữ giữa kết cấu và anốt dòng ngoài; - Anốt hợp kim magiê không nên lắp đặt tại vùng có khí hydro tích tụ. 11.4.2 Sự gia tăng của khí clo Phản ứng điện hóa trên bề mặt của anốt dòng ngoài trong nước biển luôn luôn có kết quả là sự gia tăng khí clo, một loại khí có độ độc và ăn mòn cao. Nếu khí tụ tập trong không gian giới hạn trên một dòng nước, khí có thể làm xuất hiện nguy cơ cho người và vật liệu. Để tránh những nguy cơ này, tất cả các thiết kế cần tránh sự tích tụ khí. Phụ lục A (Tham khảo) Dòng điện yêu cầu đối với bảo vệ catốt cho kết cấu thép của cảng biển và công trình biển A.1 Mật độ dòng thiết kế cho bảo vệ thép trần trong vùng ngập nước Bảng A1 - Mật độ dòng thiết kế trong vùng ngập nước Mật độ dòng, mA/m 2 Giá trị ban đầu Giá trị duy trì Giá trị phân cực lại 120 65 90 CHÚ THÍCH: Các giá trị mật độ dòng đưa ra trong bảng sẽ được sử dụng khi không có được tham khảo mật độ dòng thiết kế của kết cấu tương tự trong môi trường giống nhau hoặc không có điều kiện thực hiện những kiểm tra và tính toán riêng biệt mật độ dòngthiết kế cho kết cấu thép của công trình. A.2 Mật độ dòng thiết kế cho bảo vệ thép trần trong vùng mực nước thay đổi mở rộng Mật độ dòng đưa ra trong Bảng A1 cộng tăng thêm 20%. A.3 Mật độ dòng thiết kế cho bảo vệ thép trần trong vùng đáy biển Bảng A2 - Mật độ dòng thiết kế trong vùng đáy biển Mật độ dòng, mA/m 2 Giá trị ban đầu Giá trị duy trì Giá trị phân cực lại 25 20 20 A.4 Mật độ dòng thiết kế bảo vệ cốt thép trong bê tông ngập trong nước biển Bảng A3 - Mật độ dòng thiết kế bảo vệ cốt thép trong bê tông ngập trong nước biển Mật độ dòng, mA/m 2 Giá trị ban đầu Giá trị duy trì Giá trị phân cực lại - 2,5 - A.5 Giá trị của hệ số bong s ơ n của hệ s ơ n thông thường sử dụng cho thiết kế hệ thống bảo vệ catốt Hệ số bong sơn, f c , dự tính sự giảm mật độ dòng yêu cầu gây ra do thuộc tính cách điện của sơn. Khi f c = 0, sơn 100 % cách điện, f c = 1, sơn không cách điện. Hệ số bong sơn tính theo công thức: f c = a + bt (A1) trong đó: t tính bằng năm, là tuổi thọ của sơn; a,b là hằng số phụ thuộc vào tính chất của sơn và điều kiện môi trường. Với một giá trị a,b được đưa ra sẽ cho hệ số bong sơn trung bình và hệ số bong sơn cuối tương ứng f cm , f c f được sử dụng để thiết kế hệ thống bảo vệ catốt và được tính theo công thức (A2): (A2) f c f = a + bt f (A3) trong đó: t f là tuổi thọ thiết kế của hệ thống bảo vệ catốt Hệ số bong sơn ban đầu được tính bằng f ci = a. Nếu giá trị tính toán theo (A2 và A3) vượt quá 1, f c = 1 sẽ được sử dụng trong thiết kế. Khi đó nếu tuổi thọ thiết kế của hệ thống bảo vệ catốt vượt quá tuổi thọ lớp sơn tính toán theo công thức (A1), f cm có thể được tính toán theo công thức: (A4) Để tính toán ảnh hưởng của hệ sơn tới hệ số bong sơn, có 03 định nghĩa về loại sơn như sau: Loại I: Một lớp sơn epoxy dày ít nhất là 20μm Loại II: Một hoặc nhiều hơn một lớp sơn trong điều kiện biển (epoxy, polyurethane hoặc sơn gốc vinyl), tổng chiều dày ít nhất là 250μm Loại III: Hai hoặc nhiều hơn một lớp sơn trong điều kiện biển (epoxy, polyurethane hoặc sơn gốc vinyl), tổng chiều dày ít nhất là 350μm Cả 3 loại sơn sẽ được sơn theo hướng dẫn của nhà cung cấp và bề mặt thép được làm sạch đếnSA 2 1 / 2 . Đối với bất kỳ loại sơn nào mà không có làm sạch bề mặt đến SA 2 1 / 2 , thì hệ số bong sơn f cm = f cf = 1 được áp dụng và khi đó hệ số bong sơn ban đầu được tính toán như cho sơn Loại I . Bảng A4 - Hằng số a, b cho tính toán hệ số bong sơn Chiều sâu, m Loại sơn I (a = 0,1) II (a = 0,05) III (a = 0,02) 0-30 b=0,1 b=0,025 b=0,012 >30 b=0,05 b=0,015 b=0,008 Phụ lục B (Tham khảo) Công thức tính điện trở và tính tuổi thọ của anốt B.1 Công thức t í nh điện trở anốt Anốt hy sinh dạng mảnh có đáy cách bề mặt kết cấu thép ít nhất là 0,3m: Nếu L ≥ 4r (B1) Nếu L < 4r (B2) Anốt hy sinh tấm phẳng: (B3) Anốt có hình dạng khác và hình vòng: (B4) Trong đó: ρ là điện trở suất của môi trường, tính bằng Ωm; L là chiều dài của anốt, tính bằng m; R là bán kính của anốt (với hình khác hình trụ, r=C/(2π), trong đó C là chu vi mặt cắt ngang), tính bằng m; S là trung bình cộng của chiều dài và chiều rộng anốt, tính bằng m; A là diện tích bề mặt hở ra của anốt, tính bằng m 2 . Khi không có bất kỳ thông tin nào về điện trở suất của môi trường, các giá trị đạt được từ hình B1 có thể được sử dụng. Với đáy biển điện trở suất có giá trị khoảng 0,7 Ωm cho lớp sét mềm đến 1,7 Ωm cho lớp cát. B.2 Công thức tính tuổi thọ anốt hy sinh Tuổi thọ a nốt hy sinh (L) có thể được xác định bằng cách sử dụng công thức sau: (B5) Trong đó L là tuổi thọ hay thời gian hoạt động của anốt, tính bằng năm W khối lượng tịnh của anốt, tính bằng kg U là hệ số sử dụng, được xác định bằng phần anốt có thể tan ra trước khi anốt ngừngcung cấp dòng ra yêu cầu. Hình dáng của anốt ảnh hưởng tới hệ số sử dụng, nó có thể trongkhoảng 0,7 tới 0,95 E là tốc độ tan của vật liệu anốt trong môi trường xem xét, tính bằng kg/(A.năm). I m là dòng phát duy trì trong thời gian hoạt động của anốt, tính bằng A. Bảng B1 - Hệ số sử dụng của các dạng anốt hy sinh thường dùng Dạng anốt Hệ số sử dụng Dạng thanh dài, L ≥ 4r 0,9 Dạng thanh ngắn, L<4r 0,85 Dạng tấm dài, L ≥ chiều rộng và L ≥ chiều dày 0,85 Dạng tấm ngắn, vành khuyên và dạng khác 0,8 Trong đó: c nhiệt độ tính bằng °C p điện trở suất tính bằng Ω.cm g khối lượng riêng của nước biển tính bằng g/l H ì nh B.1 - Liên hệ điện trở suất của nước biển với nhiệt độ và kh ố i lượng riêng (g/l) Phụ lục C (Tham khảo) Những lưu ý cho việc lắp đặt anốt C.1 Lực cản của nước Lực cản của nước F s cho một đơn vị chiều dài có thể xác định thông qua công thức Morison: (C1) trong đó: C s là hệ số lực cản của nước; g là khối lượng thể tích của nước, tính bằng kg/m 3 ; D là đường kính của thanh mang/lõi a nốt, tính bằng m; U là thành phần vận tốc dự đoán bằng phân tích chuyển động hạ thủy, thông thường là tới bề mặt thanh mang anốt, tính bằng m/s; CHÚ THÍCH C1: Giá trị của hệ số lực cản nước C s là π với anốt hình trụ. Nó lớn hơn với anốt có mặt cắt hình thang và phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt ngang. Lực giữ trong quá trình chế tạo và vận chuyển thông thường phải nhỏ hơn lực này. C.2 Hư hỏng của thanh mang anốt Những bước sau có thể sử dụng để đánh giá khả năng hỏng của thanh mang anốt trong quá trình vận hành đóng cọc: - Đánh giá gia tốc tối đa của ống măng sông cho mỗi lần đóng búa; - Đánh giá khối lượng hiệu dụng của anốt (khối lượng của vật liệu anốt cộng khối lượng thanh mang); - Tính ứng suất uốn tối đa của thanh mang anốt; - Tính tần số tự nhiên của anốt; - Đánh giá ứng suất đàn hồi của anốt; - Đánh giá độ mỏi của thanh mang; - Tính hư hại của thanh mang từ một lần đóng; - Nhân số búa dự kiến đóng cho một cọc, con số này có thể được dự đoán từ những nghiên cứu đóng cọc. Phụ lục D (Tham khảo) Quy định an toàn cho hệ thống dòng ngoài D.1 Quy định an toàn cho hệ thống dòng ngoài Bất kỳ quy định nào theo luật định sẽ được áp dụng Những thông tin chung dưới đây sẽ được xem xét: - Trừ khi máy biến thế là một dạng máy biến thế riêng biệt cách điện kép, máy biến thế nên được trang bị thiết bị bảo vệ mà có thể vận hành trong điều kiện bị lỗi giữa đầu vào xoay chiều của biến thế và đầu ra một chiều của biến thế. - Một số dạng đặc điểm điện hóa của anốt dòng ngoài được đưa ra ở phụ lục E. - Dựa trên dòng nhận được cực đại của một anốt, kết quả chênh lệch điện thế trong nước có thể được tính toán bằng cách sử dụng độ dẫn của nước biển, từ đó có thể sử dụng để đánh giá dòng thích hợp cho cơ thể thợ lặn với ước lượng trường hợp xấu nhất. - Xem xét trường hợp xấu nhất của dòng an toàn cho cơ thể người được chấp nhận là 40 mA, chênh lệch điện thế an toàn tối đa là 30V tương ứng với điện thế là 24 V. Giá trị này áp dụng cho thợ lặn, người mặc áo cao su và đeo găng cao su tiếp xúc với anốt dòng ngoài. Trong trường hợp này, điện trở của con người được xem xét là 750 Ω với điện thế duy trì dưới 50V (là 500 Ω nếu điện thế cao hơn). Giá trị khoảng cách an toàn từ thợ lặn đến anốt trong nước tương đương với chênh lệch điện thế dưới 30V, phụ thuộc vào tỷ lệ dòng nhận được (l a ) trên dòng an toàn của cơ thể người (l b ). - Đối với thợ lặn không có liên quan hoặc không có kiến thức về bảo vệ catốt, nên tắt hệ thống dòng ngoài trong quá trình lặn. - Đối với thợ lặn liên quan đến kiểm tra hệ thống bảo vệ catốt, giữ một khoảng cách an toàn giữa thợ lặn và anốt dòng ngoài trong quá trình vận hành. - Với các kiểm tra bằng mắt gần với anốt dòng ngoài, biến áp chỉnh lưu phải được tắt đi. Phụ lục E (Tham khảo) Đặc điểm điện hóa tiêu biểu của anốt dòng điện ngoài thường sử dụng E.1 Đặc điểm điện hóa tiêu biểu của anốt dòng ngoài thường sử dụng Bảng E1 - Đặc đi ể m điện hóa tiêu biểu của anốt dòng ngoài thường sử dụng Vật liệu anốt Tốc độ tan g/(A.năm) Mật độ dòng cao nhất, A/m 2 Đi ệ n thế cao nhất V Pt phủ trênTi 0,0012 đến 0,004 a) 500 đến 3 000 8 b) Pt phủ trên Nb 0,0012 đến 0,004 a) 500 đến 3 000 50 Pt phủ trênTa 0,0012 đến 0,004 a) 500 đến 3 000 100 Hỗn hợp oxit kim loại 0,0006 đến 0,006 400 đến 1 000 8 b) Hợp kim Pb-Ag c) 25 đến 100 250 đến 300 24 Hợp kim gang silic 250 đến 500 10 đến 30 50 CHÚ THÍCH: a) Tuổi thọ của mảng Pt có thể bị ảnh hưởng bởi điện trở suất của môi trường, tốc độ tan của màng tăng lên với điện trở suất tăng. Tuổi thọ của màng Pt cũng có thể bị ảnh hưởng bởi cường độ và tần số của dòng điện nguồn một chiều, phải tránh tần số nhỏ hơn 100 Hz. b) Trong nước biển, màng oxit phủ trên Ti có thể bị bong nếu điện thế tại anốt quá 8 V. Điện thế cao có thể sử dụng anốt Pt. c) Sự hình thành màng PbO 2 có thể tăng lên bằng cách sử dụng Pt trong hợp kim Pb-Ag. MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Phạm vi áp dụng 2 Tài liệu viện dẫn 3 Thuật ngữ và định nghĩa 4 Nguyên tắc thiết kế 5 Thiết kế hệ thống anốt hy sinh 6 Thiết kế hệ thống dòng điện ngoài 7 Thiết kế hệ thống kiểm tra 8 Lắp đặt hệ thống bảo vệ catốt và hệ thống kiểm tra catốt 9 Chạy kiểm tra đánh giá hệ thống bảo vệ catốt 10 Hồ sơ lưu giữ 11 An toàn của hệ thống bảo vệ catốt Phụ lục A (Tham khảo) Dòng điện yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ catốt cho các kết cấu thépcủa cảng biển và công trình biển Phụ lục B (Tham khảo) Công thức tính điện trở và tính tuổi thọ của anốt Phụ lục C (Tham khảo) Những lưu ý cho việc lắp đặt anốt Phụ lục D (Tham khảo) Quy định an toàn cho hệ thống dòng ngoài Phụ lục E (Tham khảo) Đặc điểm điện hóa tiêu biểu của anốt dòng điện ngoài thường sử dụng