金屬和合金的腐蝕 海上風能結(jié)構(gòu)的陰極保護 征求意見稿

GB/TXXXXX—XXXX/ISO海上風能結(jié)構(gòu)的陰極保護本文件規(guī)定了海上風電場結(jié)構(gòu)外部和內(nèi)部陰極保護的要求。適用于與海水或海底環(huán)境接觸的結(jié)構(gòu)及附屬物。本文件涉及：——新型鋼結(jié)構(gòu)陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計和實施；——評估現(xiàn)有陰極保護系統(tǒng)的剩余壽命；——設(shè)計和實施改造陰極保護系統(tǒng)，以提高保護水平或延長保護壽命；——對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上安裝的陰極保護系統(tǒng)進行檢查和性能監(jiān)測；——鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的陰極保護指南。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4208外殼防護等級（IP代碼GB/T4208—2017，IEC60529:2013，IDT）GB/T8923.1涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級（GB/T8923.1—2011，ISO8501-1:2007，IDT）GB/T27025檢測和校準實驗室能力的通用要求（GB/T27025—2019，ISO/IEC17025:2017，IDT）GB/T31316海水陰極保護總則（GB/T31316—2014，ISO12473:2006，IDT）GB/T33629風力發(fā)電機組雷電保護（GB/T33629—2017，IEC61400-24:2010，IDT）GB/T39154金屬和合金的腐蝕混凝土用鋼筋的陰極保護（GB/T39154—2020，ISO12696:2016，IDT）IEC61000-1-2電磁兼容性（EMC）第1-2部分：總則實現(xiàn)電氣和電子系統(tǒng)（包括與電磁現(xiàn)象有關(guān)的設(shè)備）功能安全的方法（Electromagneticcompatibility(EMC)—Part1-2:General—Methodologyfortheachievementoffunctionalsafetyofelectricalandelectronicsystemsincludingequipmentwithregardtoelectromagneticphenomena）EN12496用于海水和鹽漬泥土中陰極保護的犧牲陽極（Galvanicanodesforcathodicprotectioninseawaterandsalinemud）EN60529外殼防護等級（IP代碼Degreesofprotectionprovidedbyenclosures(IPCode)）3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.1大氣區(qū)atmosphericzone區(qū)域位于飛濺區(qū)上方。3.2海泥區(qū)buriedzone位于海底或預(yù)期沖刷水位以下的區(qū)域，以較低者為準。3.3陰極保護設(shè)計壽命CPdesignlife陰極保護設(shè)計用于保護結(jié)構(gòu)的時間。3.4加強板doublerplate焊接在構(gòu)件上的鋼板，用于局部加固或隔離下一步的焊接工作。3.5電解質(zhì)electrolyte電流通過離子傳輸?shù)慕橘|(zhì)，在本文件中指海水或海泥。3.6常濕區(qū)frequentlywettedzoneFWZ水位，WL(t)，加上有效波高，Hmo3.7干舷高度freeboardlevel浮動結(jié)構(gòu)的水位3.8最高天文潮highestastronomicaltideGB/TXXXXX—XXXX/ISOHAT最高天文潮位3.9聯(lián)合陰極保護系統(tǒng)hybridcathodicprotectionsystem外加電流和犧牲陽極組成的系統(tǒng)。3.10檢查inspection檢查設(shè)備以確定其持續(xù)運行性能，無論是定期還是簡單操作進行。3.11IR誤差I(lǐng)Rerror由保護電流或流經(jīng)電阻環(huán)境的其他電流引起鋼的電位測量誤差。3.12導管架結(jié)構(gòu)jacketstructure多腿網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)3.13J型管J-tube設(shè)計并安裝在結(jié)構(gòu)上的彎管導管，用于支撐和引導電纜。3.14最低天文潮lowestastronomicaltide最低天文潮位3.15海洋沉積物marinesediments由各種密度的水飽和固體物質(zhì)組成的海底頂層3.16海洋氣象數(shù)據(jù)metoceandataGB/TXXXXX—XXXX/ISO氣象和海洋數(shù)據(jù)，通常按小時統(tǒng)計3.17監(jiān)測monitoring在固定地點連續(xù)或間斷監(jiān)測，以確定陰極保護系統(tǒng)的性能及相關(guān)參數(shù)。3.18單樁monopile打入或鉆入海床以支撐過渡件或塔筒的基礎(chǔ)元件。3.19過度極化over-polarization結(jié)構(gòu)電位比陰極保護所需的電位更負的現(xiàn)象。3.20業(yè)主owner結(jié)構(gòu)所有者、開發(fā)商或運營商，所有或任何一方可能對與腐蝕防護相關(guān)的事宜負有責任。3.21一級鋼primarysteel主要承載元件（單樁、導管架、船體和其他鋼結(jié)構(gòu)）。3.22復極化re-polarization鋼去極化后再次發(fā)生極化的現(xiàn)象。3.23陰極保護改造retrofitcathodicprotection向現(xiàn)有結(jié)構(gòu)增加完整或部分陰極保護系統(tǒng)設(shè)備，用來修復系統(tǒng)性能缺陷或延長系統(tǒng)使用壽命。3.24含鹽度salinity溶解在海水中的無機鹽的量。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.25沖刷scour由海流、波浪或破壞海底結(jié)構(gòu)因素引起的海底土壤的自然流動狀態(tài)。3.26海底seabed海水與海泥區(qū)（3.2）固體之間的界面，包括海洋沉積物（3.15）。3.27二級鋼secondarysteel非一級鋼材，一般用于通道（船平臺、梯子、甲板和設(shè)備支架）。3.28淺水區(qū)shallowwater表面波動明顯受底部地形影響的水深。3.29有效波高significantwaveheightHmo開放海域第三大波浪的平均水位。3.30浪濺區(qū)splashzone由于波浪和潮汐變化而經(jīng)常受潮的支撐結(jié)構(gòu)的外部區(qū)域。IEC61400-3-1[13]中給出了更詳細的浪濺區(qū)定義。在本文件中，常濕區(qū)應(yīng)包含陰極保護需求的上限。3.31結(jié)構(gòu)使用壽命structureservicelife風電場結(jié)構(gòu)的預(yù)期壽命。GB/TXXXXX—XXXX/ISO吸力筒suctionbucket吸入海底的基礎(chǔ)元件。3.33檢查surveying使用規(guī)定的程序進行檢查的過程。注：在本文件中，檢查還用于描述陰極保護測量的過程，不使用固定和數(shù)據(jù)記錄的傳3.34潮汐帶tidalzone位于LAT和HAT之間的區(qū)域。3.35過渡件transitionpiece單樁和塔筒之間的中間結(jié)構(gòu)。3.36波峰和波谷wavecrestandtrough由于波浪作用，靜水位以上的海水高度和以下的海水深度。a）潮汐b）潮汐+風暴潮=靜水位c）疊加在水位上的波浪剖面圖1水深、潮汐和風暴潮，見ISO19901-1[10]）；GB/TXXXXX—XXXX/ISO）；）；海底——潮汐水位——涌浪或涌浪+水位4符號和縮寫4.1符號A面積，m2C陽極橫截面周長，mc涂層老化，%ΔU驅(qū)動電位，Vfc涂層破壞系數(shù)I電流，AI陽極(初期)單支陽極初期發(fā)生電流，AI陽極(末期)單支陽極末期發(fā)生電流，AI最大陰極保護區(qū)域的最大保護電流需求，AI總(初期)結(jié)構(gòu)初期所需的總電流，AI總(末期)結(jié)構(gòu)末期所需的總電流，AJ電流密度，A/m2L陽極體長度，mL初期陽極初期長度，mL末期陽極末期（或壽命結(jié)束）長度，mGB/TXXXXX—XXXX/ISON陽極數(shù)量Q考慮環(huán)境因素的陽極合金實際電化學容量，Ah/kg電解質(zhì)的電阻率，Ω·m。在本文件中，可以是電解質(zhì)（海洋或ρ或?qū)w材料的電阻率Ra陽極對遠端接地電阻，Ω。在本文件中，遠端位于海水或海底r陽極半徑，米R回路電阻，ΩS陽極長度和寬度的算術(shù)平均值，mT溫度，°CT陽極陽極的有效壽命，年T設(shè)計所需設(shè)計壽命，年U流速（米/秒）u陰極保護設(shè)計計算的利用系數(shù)V初期陽極合金初期凈體積（不含鐵芯），m3V鐵芯陽極體內(nèi)鐵芯的體積，m3V末期陽極合金的末期（或壽命結(jié)束）凈體積，m3V總陽極體的總體積，包括陽極體內(nèi)的鐵芯部分，m3m陽極單支犧牲陽極的凈質(zhì)量，kgm總犧牲陽極的最小總凈質(zhì)量，kg4.2縮寫ABS海底以下區(qū)域AC交流電BEM邊界元法CA腐蝕裕量CP陰極保護CPdesignlife陰極保護設(shè)計壽命GB/TXXXXX—XXXX/ISOCPS電纜保護系統(tǒng)CSPE氯磺化聚乙烯；縮寫為CSPDC直流電DO溶解氧EMF電動勢EPR乙丙橡膠FAT工廠驗收測試FBL干舷高度FEM有限元法FWZ常濕區(qū)GACP犧牲陽極陰極保護HAT最高天文潮位HDPE高密度聚乙烯HMMPE高分子量聚乙烯HSC氫致應(yīng)力開裂ICCP外加電流陰極保護IEC國際電工委員會IMCA國際海事承包商協(xié)會IP防護等級ISO國際標準化組織ITP檢驗和測試計劃LAT最低天文潮位MIC微生物影響的腐蝕MMO混合金屬氧化物MP單樁MSL平均海平面GB/TXXXXX—XXXX/ISOMTL平均潮位MWL平均水位MDFT最小干膜厚度NACE美國腐蝕工程師協(xié)會NDFT額定干膜厚度PTFE聚四氟乙烯PVDF聚偏氟乙烯PVC聚氯乙烯RCD剩余電流保護器RMS均方根ROV遙控潛水器S-N應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)SMS額定最小屈服強度TP過渡件TR變壓整流器WTG風力發(fā)電機XLPE交聯(lián)聚乙烯5人員能力從事陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計（陰極保護設(shè)計人員）、安裝監(jiān)督、調(diào)試、運行監(jiān)督、檢查、測量、監(jiān)測和維護監(jiān)督的人員應(yīng)具有相應(yīng)的能力水平，以完成所承擔的任務(wù)。應(yīng)獨立評估和記錄這種能力。陰極保護設(shè)計人員根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、暴露情況和海洋氣象數(shù)據(jù)，能夠評估和確定陰極保護的設(shè)計參數(shù)（如鋼的保護電流密度、陽極電位和陽極電化學容量）。ISO15257[7]定義了一種可用于評估和認證陰極保護人員能力的方法。陰極保護人員勝任所承擔任務(wù)的能力應(yīng)通過ISO15257[7]或其他等效資格預(yù)審程序的認證來證明。6結(jié)構(gòu)形式6.1被保護的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計用于支撐塔筒、含有風力發(fā)電機的機艙和風機葉片。結(jié)構(gòu)受到疲勞載荷的影響，在許多情況下是設(shè)計的驅(qū)動因素。GB/TXXXXX—XXXX/ISO本文件也適用于海上風力發(fā)電相關(guān)的其他基礎(chǔ)的陰極保護，例如升壓站和氣象桅桿基礎(chǔ)。海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以包括各種主要鋼結(jié)構(gòu)，例如打入海底的大管徑單樁基礎(chǔ)、固定到海底的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、漂浮式結(jié)構(gòu)和混凝土重力結(jié)構(gòu)。注：術(shù)語“導管架”通常用于描述由橫梁加固的管狀腿組成的格子式結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)使用封閉導管，所以稱導管架，也是海上石油和天然氣工業(yè)中使用的術(shù)語。本文件規(guī)定了與海水、海底或沉積物接觸的海上風電結(jié)構(gòu)的外表面和內(nèi)表面的陰極保護要求。涉及以下結(jié)構(gòu)：——單樁和過渡件基礎(chǔ)——單桶基礎(chǔ)，——帶有打入樁或吸力桶的導管架結(jié)構(gòu)——漂浮式結(jié)構(gòu)——重力式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)——與海上風力發(fā)電相關(guān)的其他基礎(chǔ)本文件介紹了上述結(jié)構(gòu)類型的具體特征。性能要求適用于所有與風力發(fā)電相關(guān)的海上結(jié)構(gòu)。常見的各種類型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其腐蝕策略如圖2、圖3、圖4和圖5所示。單樁結(jié)構(gòu)（圖2）是海上風力發(fā)電機最常見的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型之一，具有獨特的特點，需要特別考慮。將單個大管徑鋼樁（單樁）打入海底指定深度，頂部通常高于平局海平面（MSL）。風力發(fā)電機塔筒安裝在稱為過渡件（TP）的中間結(jié)構(gòu)上或直接安裝在單樁（MP）上。過渡件安裝在單樁上，延伸到一定深度，在重疊處密封，并用水泥砂漿灌漿?；蛘哌^渡件配套底部法蘭，通過單樁頂部法蘭使用螺栓固定在一起。過渡件伸出水面，不在陰極保護區(qū)域的范圍內(nèi)時通常進行涂覆，因此涂層和腐蝕裕量一起構(gòu)成了腐蝕防護策略。一般來說，基礎(chǔ)運行所需的設(shè)施都預(yù)先安裝在過渡件或?qū)Ч芗苌?，包括靠船平臺和梯子、注漿系統(tǒng)、船舷等。導管架基礎(chǔ)與許多海上鋼平臺類似，本文件和EN12495[18]對陰極保護的規(guī)定進行了說明。漂浮式結(jié)構(gòu)，如圖4所示，顧名思義就是浮動的結(jié)構(gòu)。他們使用鏈條或系繩將結(jié)構(gòu)固定在海底錨上。基于重力的混凝土結(jié)構(gòu)，如圖5所示，放置在海底，如果滿足以下條件，通常不需要陰極保護： 根據(jù)EN206[14]以及相關(guān)暴露等級的規(guī)范性附錄設(shè)計； 根據(jù)EN1992-1-1[15]設(shè)計和建造； 根據(jù)EN13670[20]并結(jié)合規(guī)范性附錄生產(chǎn)。本文件提供了在混凝土結(jié)構(gòu)中進行陰極保護的指南，如果觀察到過早惡化的情況或存在不可接受的腐蝕風險。本文件還闡述了連接到未包裹在混凝土中的鋼構(gòu)件對陰極保護的需求，例如鋼筋混凝土重力基礎(chǔ)的鋼單樁。GB/TXXXXX—XXXX/ISO打入、鉆孔或吸入海底的結(jié)構(gòu)元件，如鋼樁或吸力桶，通常在安裝過程中不安裝陽極或其他附件，主要為了防止其位于海底平面以下。6.2材料海上風電結(jié)構(gòu)主要由裸碳錳鋼或涂層碳錳鋼建造，其規(guī)定的最低屈服強度（SMYS）不超過550MPa。結(jié)構(gòu)的某些部分可以由碳錳鋼以外的金屬材料制成。陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)確保控制任何電偶腐蝕及氫脆風險，見ISO12473?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)，如單樁、導管架和漂浮結(jié)構(gòu)，可在浸沒區(qū)進行涂層或部分涂層，陰極保護的設(shè)計應(yīng)考慮到這一點。重力結(jié)構(gòu)通常由鋼筋混凝土基礎(chǔ)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)放置在海底，因此稱為重力結(jié)構(gòu)，塔筒安裝在地基的頂6.3腐蝕防護策略海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選擇的策略非常重要，因為不同結(jié)構(gòu)區(qū)域的保護級別（見圖2至圖4）會影響結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用的S-N曲線的選擇要與結(jié)構(gòu)使用壽命期間預(yù)期的環(huán)境相匹配。注：海上風電鋼制基礎(chǔ)受疲勞載荷作用，其設(shè)計壽命可能受到疲勞限制有三種可能的腐蝕緩解措施：腐蝕裕量、涂層和陰極保護陰極保護的作用是最大限度地減少腐蝕損失并減輕腐蝕對疲勞結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的影響。對于沒有陰極適用腐蝕裕量的典型區(qū)域如圖2至圖4所示。陰極保護通常與涂層結(jié)合設(shè)計。陰極保護不需要用涂層就能使用，也可以與涂層結(jié)合使用，如圖2至圖4所示。如果不使用涂層，則需要更高的電流來保護浸沒和潮濕區(qū)域的結(jié)構(gòu)。ISO12944-9[5]為海上使用的涂層提供了指導和要求，并在附錄D中進行了進一步描述。在完全浸沒的區(qū)域，不能僅依靠涂層，因為在整個結(jié)構(gòu)使用壽命內(nèi)，可能會出現(xiàn)一些漸進的破壞。附錄D給出了與陰極保護結(jié)合使用時涂層擊穿系數(shù)的指南，應(yīng)要求業(yè)主接受設(shè)計中使用的擊穿系數(shù)。如果陰極保護完全有效（滿足保護標準），則適用“海水保護”的S-N曲線。海上風電基礎(chǔ)的陰極保護可以通過犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)或外加電流陰極保護系統(tǒng)或兩者的結(jié)合來提供。在選擇陰極保護系統(tǒng)時，應(yīng)進行風險和后果評估，其中至少應(yīng)包括以下方面的評估：——從基礎(chǔ)安裝到陰極保護系統(tǒng)開始工作的時間：——備用陰極保護系統(tǒng)的可靠性估計，在結(jié)構(gòu)使用壽命內(nèi)對每個基礎(chǔ)進行陰極保護性能評估、陰極保護系統(tǒng)維護和陰極保護系統(tǒng)維修或更換的預(yù)期次數(shù)；——非功能性陰極保護系統(tǒng)的資金成本、運營成本和結(jié)構(gòu)性風險。GB/TXXXXX—XXXX/ISO圖2單樁、左側(cè)灌漿、右側(cè)螺栓連接過渡件（包括裙板）的防腐策略6——常濕區(qū)FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO圖3樁式導管架或吸力桶式導管架基礎(chǔ)的腐蝕防護策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常濕區(qū)FWZ（高于HAT圖4漂浮式基礎(chǔ)、左側(cè)漂浮式翼梁、右側(cè)漂浮式TLP的腐蝕防護策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常濕區(qū)FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO圖5鋼筋混凝土重力基礎(chǔ)的腐蝕防護策略5——常濕區(qū)FWZ（高于HAT7陰極保護標準7.1臨時保護為達到保護標準（見7.2和7.3），應(yīng)在陰極保護施工和開始運行期間對圖2、圖3、圖4和圖5中詳述的水下區(qū)和海泥區(qū)表面提供臨時陰極保護（外加電流或犧牲陽極除非能夠證明在陰極保護之前造成的任何腐蝕不會損害結(jié)構(gòu)完整性。一種策略可以在疲勞敏感區(qū)域進行涂覆，如焊縫和節(jié)點，以保護它們免受腐蝕，直到通電運行。如果在施加陰極保護之前單獨使用涂層，則有必要對可能的涂層損傷、分布和腐蝕進行評估。7.2鋼結(jié)構(gòu)ISO12473詳細說明了海水中一系列金屬和合金所需結(jié)構(gòu)的電位極限。注1：在本文件中，除非另有說明，所有電位在曝氣海水中保護碳錳鋼的公認標準是保護電位負于-0.80V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）。當使用純鋅電極（例如EN12496第2條中定義的Z2型合金）測量時，大約相當于+0.23V，或者使用由EN12496中定義的Z1、Z3或Z4型犧牲陽極合金制成的鋅電極測量時，大約相當于+0.25V。當不同的金屬和陽極接觸時，保護電位應(yīng)足夠負，以控制其中較活潑金屬的電偶腐蝕。在實踐中，較活潑的金屬通常是碳鋼，其中保護電位?0.80V是最合適的。Ag/AgCl/海水參比電極對海水鹽度敏感。當不在3.5%海水鹽度中使用時，應(yīng)采用修正系數(shù)。ISO12473:2017附錄C中給出了參比電極和修正系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換說明。在厭氧以及存在微生物影響腐蝕（MIC）風險的環(huán)境中，鋼的保護電位宜比?0.90V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）更負，除非有其他標準。GB/TXXXXX—XXXX/ISO建議將Ag/AgCl/海水的負限值設(shè)置為?1.10V，以避免涂層剝離。對于最小屈服強度（SMYS）等于或低于550MPa（根據(jù)EN10025[17]的S355級）的傳統(tǒng)鋼材，在此負限值下不會增加開裂風險。受鋅或鋁犧牲陽極保護的結(jié)構(gòu)不會超過此限值，見ISO12473。如果存在氫致應(yīng)力開裂（HISC）和氫脆的可能性，陰極保護電位過負可能會對其產(chǎn)生不利影響，則應(yīng)采用安全的、負電位較小的限值。如果給定材料沒有足夠的支撐文件，則應(yīng)通過極化電位極限下的機械測試來確定相對于冶金和機械條件的特定負電位極限。這些潛在限制適用于所有陰極保護結(jié)構(gòu)部件，包括緊固件。根據(jù)相關(guān)標準制造和制造的額定最小屈服強度達到550MPa的鐵素體和鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)鋼已被證明與陰極保護系統(tǒng)兼容。然而實驗室測試表明，在極端屈服條件下易產(chǎn)生氫致應(yīng)力開裂敏感。所有焊接應(yīng)按照合格程序進行，合格的最大硬度在300HV10至350HV10范圍內(nèi)時，應(yīng)采取設(shè)計措施避免局部屈服。通常認為奧氏體不銹鋼和鎳基合金在固溶退火條件下不受氫致應(yīng)力開裂的影響。類似地，按照適當程序進行焊接或熱成型不會產(chǎn)生氫致應(yīng)力開裂敏感性。符合ISO3506-1[2]的美國鋼鐵協(xié)會（AISI）316不銹鋼螺栓，A4級，性能等級80及以下，即最小屈服強度640MPa以下，已證明對氫致應(yīng)力開裂具有免疫力，負極限為-0.10V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）。馬氏體碳鋼、低合金鋼和不銹鋼在實際屈服強度（YS）分別為約700MPa和硬度約350HV10的材料中，在低于-1.10V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）的電位下，可以在鋼中呈現(xiàn)氫致應(yīng)力開裂。未回火馬氏體特別容易產(chǎn)生氫致應(yīng)力開裂，對容易形成馬氏體的材料進行焊接后，應(yīng)進行焊后熱處理，以降低熱影響區(qū)（HAZ）硬度和焊接殘余應(yīng)力。硬度極限和設(shè)計措施建議與鐵素體鋼相同。經(jīng)最小屈服強度熱處理至720MPa的馬氏體鋼中的螺栓，例如ASTMA193[21]B7級和ASTMA320[22]L7級已證明對氫致應(yīng)力開裂具有免疫力，其負極限為-0.10V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）。由于熱處理不充分而導致的故障時有發(fā)生，對于關(guān)鍵應(yīng)用，應(yīng)采用批量測試來驗證350HV10的最大硬度。鐵素體-奧氏體（雙相）不銹鋼可能容易受氫致應(yīng)力開裂的影響，與最小屈服強度無關(guān)，通常為400MPa至550Mpa或額定最大硬度。焊接可能導致焊接金屬和熔合線附近熱影響區(qū)中氫致應(yīng)力開裂敏感性增加。這與鐵素體含量的增加有關(guān)，與硬度無關(guān)。焊接評定應(yīng)證明焊接金屬和內(nèi)部熱影響區(qū)（約0.1mm寬）中的最大鐵素體含量可以有效控制。鐵素體含量通常規(guī)定為最大60%至70%。粗微觀結(jié)構(gòu)更易受影響，因為氫致應(yīng)力開裂優(yōu)先在鐵氧體相中傳播。設(shè)計預(yù)防措施應(yīng)包括避免局部塑性屈服的措施[26]。注2：沒有普遍認可的測試方法來驗證不同金屬材料的陰極保護兼容性。恒定拉伸速率試驗，也稱為慢應(yīng)變速率試驗，適用于比較同類型材料的氫致應(yīng)力開裂敏感性，例如馬氏體鋼的相對敏感性。為了進極保護條件下應(yīng)用了具有恒定載荷的單軸加根據(jù)ISO12473的規(guī)定，對于最小屈服強度高于550MPa的鋼，應(yīng)采用?0.83V至?0.95V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）范圍內(nèi)的負電位限值。如果ISO12473中沒有定義電位極限，則應(yīng)通過在GB/TXXXXX—XXXX/ISO極化電位極限下測試材料/環(huán)境組合來確定相對于冶金和機械條件的特定負電位極限。這些潛在限制適用于所有陰極保護結(jié)構(gòu)部件，包括緊固件。高強度鋼的潛在極限也可能適用于緊固件材料。根據(jù)上述保護標準，高強度鋼、耐腐蝕合金（不銹鋼和銅合金特別是高強度和高硬度材料可能會受到陰極保護的不利影響。ISO12473提供了參考文獻[53][28]和[26]同樣的指導。一般指導意見是，如果最小屈服強度≤550Mpa且硬度低于350HV10，則陰極保護在上述標準限值范圍內(nèi)是安全的。但特定材料及其冶金條件下，在較低電位下可能對氫致應(yīng)力開裂敏感。7.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或混凝土中的鋼結(jié)構(gòu)部件可能不需要陰極保護，見6.1。但是，如果它們的鋼筋與需要陰極保護的鋼結(jié)構(gòu)部分電連接，則鋼筋將成為陰極保護系統(tǒng)的“排流管”。在這種情況下，陰極保護電流的提供應(yīng)符合ISO12696“陰極保護”的規(guī)定。如果需要混凝土中鋼的陰極保護來保證結(jié)構(gòu)或部件的耐久性，則應(yīng)根據(jù)ISO12696進行設(shè)計。對于普通鋼筋，不允許鋼與電解質(zhì)（混凝土）之間的電位負值超過-1.10V（相對于Ag/AgCl/0.5MKCl），不允許應(yīng)力鋼負值超過-0.90V。ISO12696中詳細介紹了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋所需的電位限值。ISO12696還詳細介紹了用于鋼筋混凝土的適當參比電極。8陰極保護設(shè)計陰極保護系統(tǒng)的目的是為需要保護的結(jié)構(gòu)和附件的每個部位提供足夠的電流，以滿足電位標準。陽極的分布應(yīng)確保在整個陰極保護設(shè)計壽命內(nèi)，使需要保護的每個部位的電位在標準規(guī)定的范圍內(nèi)，見第設(shè)計目的可以通過使用外加電流、犧牲陽極或兩者聯(lián)合的陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計來實現(xiàn)。8.2設(shè)計考慮因素8.2.1一般規(guī)定陰極保護系統(tǒng)可以與涂層系統(tǒng)結(jié)合使用，以減少所需的保護電流并使電流分布更均勻。ISO12944-9[5]規(guī)定了在ISO12944-2[4]中定義的腐蝕性等級CX（海上）和浸沒條件Im4中使用的海上和相關(guān)結(jié)構(gòu)的防護涂料系統(tǒng)的性能要求。本文件引入了常濕區(qū)（FWZ）的概念，以區(qū)別水流速度、潮差和波高對陰極保護要求的全面影響。這一概念對海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非常重要。它是所需陰極保護設(shè)計計算的重要組成部分，見8.6和附錄B。由于潮汐變化和波浪作用，海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)暴露在變化的海水速度下。此外，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在流水中的位置也會導致其周圍的流速增加。GB/TXXXXX—XXXX/ISO就這些特征而言，由于每個海上風電場具有獨有地理位置，因此陰極保護設(shè)計應(yīng)基于該特定地點特有的海洋氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，見附錄B。陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮環(huán)境條件，見8.6。在計算陰極保護電流需求時，應(yīng)考慮到海底平面以下和完全保護區(qū)之上（包括常濕區(qū)域）的所有表面的電流消耗。在計算陰極保護電流需求時，還應(yīng)考慮無法直接安裝陽極的結(jié)構(gòu)（如錨和系泊鏈）的電流消耗。應(yīng)評估并確保電流分布、衰減以及陰極保護系統(tǒng)向所有浸沒表面提供相對均勻電流密度的能力。通過對陰極保護系統(tǒng)進行數(shù)學建模，使用適當且經(jīng)過驗證的輸入?yún)?shù)，來反映陰極保護全設(shè)計壽命條件下的電流和電位的分布。第15條，特別是第6.3條詳細說明了應(yīng)考慮和記錄的設(shè)計所需輸入。陰極保護系統(tǒng)設(shè)計的每一步都應(yīng)根據(jù)完整的設(shè)計計劃進行檢查，最終陰極保護設(shè)計應(yīng)完整記錄在陰極保護設(shè)計報告中。質(zhì)量管理體系和環(huán)境管理體系應(yīng)與本文件結(jié)合使用。ISO9001[3]構(gòu)成了合適可用的質(zhì)量管理體系標準，ISO14001[6]為環(huán)境管理體系的選擇和使用提供了指導。陰極保護設(shè)計應(yīng)接受質(zhì)量管理和環(huán)境影響評估。對于螺栓連接的單樁/過渡件，過渡件裙板內(nèi)表面和單樁外表面之間的環(huán)形空間（見圖2）可能會給陰極保護設(shè)計帶來特殊困難。環(huán)內(nèi)的環(huán)境可能具有“外部”陰極保護和“內(nèi)部”陰極保護的特征。陰極保護設(shè)計應(yīng)記錄此類環(huán)的具體設(shè)計參數(shù)。腐蝕評估應(yīng)考慮環(huán)內(nèi)高于水位的任何區(qū)域。8.2.2外部陰極保護陰極保護應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)外部浸沒或部分浸沒的表面。單樁和管狀樁導管架可涂覆、部分涂覆或裸露。在單樁結(jié)構(gòu)的情況下，過渡件通常是有涂層的。犧牲陽極、外加電流陰極保護系統(tǒng)都可以保護海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)免受腐蝕。對于采用犧牲陽極系統(tǒng)的單樁，應(yīng)盡量減少基礎(chǔ)安裝和陰極保護保護開始運行之間的時間，或采用其他減緩腐蝕的措施。早期腐蝕可能會對結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響。對于外加電流陰極保護（ICCP）系統(tǒng)，陰極保護設(shè)計人員（見第5章）宜結(jié)合結(jié)構(gòu)建造確定是否需要在基礎(chǔ)安裝和外加電流陰極保護系統(tǒng)開始運行期間內(nèi)采用臨時陰極保護。還應(yīng)考慮臨時或永久外加電流陰極保護系統(tǒng)發(fā)生電源中斷或間歇性故障的可能性。8.2.3內(nèi)部陰極保護單樁經(jīng)驗表明，當J型導管布置在單樁內(nèi)部時，很難完全密封單樁的內(nèi)部空間，應(yīng)考慮水的氧化作用。即使完全密封，進入檢查時也會引入氧氣。如果陰極保護安裝在封閉空間中，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮通風，以防止產(chǎn)生氣體聚集和爆炸性混合物的風險。所有陰極保護系統(tǒng)都會產(chǎn)生氫氣，鋁陽極比鋅陽極更易產(chǎn)生氫氣。外加電流輔助陽極在受保護的GB/TXXXXX—XXXX/ISO鋼材上會產(chǎn)生氯氣和氫氣，可能對封閉甲板正下方的“頂部空間”具有特別的腐蝕性。氫氣（與空氣中的氧氣）和氯氣（與氫氣）都可能存在燃燒的風險。由于已知的酸化問題[33][34]和氫氣的產(chǎn)生，在沒有補充水的封閉式單樁中不應(yīng)使用鋁犧牲陽極，由于氯氣或氫氣產(chǎn)生的潛在安全隱患，不應(yīng)使用外加電流陰極保護系統(tǒng)。鋅犧牲陽極可在采取防止氫氣聚集風險措施時使用。當在單樁中需通過開孔以確保含氧海水流動時，開孔的尺寸應(yīng)足夠大，以防止被海洋生物或鈣質(zhì)沉積物意外封閉。單樁內(nèi)部水柱的補水程度宜根據(jù)水流確定。如果內(nèi)部不采用陰極保護，應(yīng)考慮使用保護涂層，并對內(nèi)部環(huán)境和敏感部位的腐蝕速率進行固定監(jiān)測，還應(yīng)考慮代表性結(jié)構(gòu)的水上和水下以及海底/沉積物水位以下部位。檢查程序應(yīng)適當，以確保局部腐蝕在影響結(jié)構(gòu)使用壽命之前被檢測到。內(nèi)部陰極保護設(shè)計需要特別注意受限電解質(zhì)體積內(nèi)表面上電位的結(jié)構(gòu)分布，見9.6和EN17243。建議對陰極保護系統(tǒng)進行數(shù)學建模（見附錄I）。導管架的浸沒艙室對于具有焊接和閥門密封的浸沒艙室的導管架腿，密封后沒有氧氣進入，氧氣將在完全消耗之前相對較短的時間內(nèi)產(chǎn)生腐蝕。應(yīng)考慮這一時期的腐蝕水平和程度以及腐蝕對結(jié)構(gòu)完整性的影響。注：僅以氧氣的影響示例：對于直徑為2m、水柱為10m（溶解氧濃度為8ppm）、空氣為5m（氧氣濃度為20.9%）的垂直管，在可用氧氣完全耗盡之前，基于均勻腐蝕，預(yù)計壁厚將減少26μm。如果腐蝕主要發(fā)生在立柱的頂端1米處，則壁厚相應(yīng)減少260μm。當導管架未密封的艙室被淹沒且不斷補充含氧海水時，需要進行陰極保護。與外部條件相比，由于海水流速降低，所需陰極保護電流密度降低。在這種情況下，安裝陽極的位置可能使得電位分布不均勻和衰減的可能性很大，這一點應(yīng)予考慮，EN17243中提供了更多信息。8.3陰極保護設(shè)計壽命陰極保護的設(shè)計壽命通常由業(yè)主指定。由于風電場中海上風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的無人化、多點、遠程，定期前往較為困難。通常情況下，陰極保護設(shè)計壽命為海上風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的整個預(yù)期壽命。陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計壽命應(yīng)包括安裝期和海上風電場發(fā)電機的運行壽命。如果在陰極保護系統(tǒng)安裝和調(diào)試或通電（對于外加電流系統(tǒng)）之前沒有保護，則應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮這一點。此外，還可以考慮退役階段的使用壽命。如果預(yù)計陰極保護系統(tǒng)的有效壽命短于結(jié)構(gòu)（包括安裝和退役期）的有效壽命，則應(yīng)在設(shè)計報告中加以解釋并記錄，見15.1，并在設(shè)計中增加更換或改裝規(guī)定（視情況而定）。8.4表面區(qū)域考慮因素8.4.1一般規(guī)定GB/TXXXXX—XXXX/ISO要計算陰極保護電流需求，首先確定需要保護結(jié)構(gòu)的表面積。包括標準規(guī)定需要保護的區(qū)域和消耗電流的區(qū)域。受保護結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖紙應(yīng)作為表面積計算的依據(jù)。陰極保護設(shè)計方案中應(yīng)包括涂層范圍和類型（如有）以及相關(guān)附件的信息。在計算復雜結(jié)構(gòu)部件的表面積時，可以采用一些簡化方法。但是，此類簡化應(yīng)保守，以確保計算得出的當前需求不會被低估。如果所有浸沒部件的確切尺寸不確定，則應(yīng)考慮額外的安全系數(shù)。8.4.2結(jié)構(gòu)細分需要保護的結(jié)構(gòu)應(yīng)劃分為單獨的陰極保護區(qū)，盡管是電連接的，也可獨立考慮陰極保護設(shè)計。由于安裝深度特性而需要單獨考慮的不同區(qū)域，如圖2、圖3、圖4和圖5所示。附錄C給出了海泥區(qū)和不同海水流速的電流密度和數(shù)據(jù)的設(shè)計指導（見8.6）陰極保護設(shè)計方案應(yīng)記錄表面積計算及不同區(qū)域的劃分。參考結(jié)構(gòu)圖紙，應(yīng)包括修訂版，并且所有影響陰極保護電流需求的因素均應(yīng)包含在計算中。對于包括單樁基礎(chǔ)的樁式結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮所有陰極保護電流能到達的表面區(qū)域，無需考慮海泥區(qū)鋼樁腐蝕速率或腐蝕風險較低的評估。由于陰極保護電流將分布到所有表面，如果不在陰極保護設(shè)計中全部考慮，則整個陰極保護系統(tǒng)設(shè)計中會出現(xiàn)電流不足的情況。這適用于內(nèi)部和外部陰極保護設(shè)計。海底/沖刷深度以下的涂層由設(shè)計人員（見第5條）決定。任何全部和局部沖刷都應(yīng)納入陰極保護設(shè)計，浸沒區(qū)的表面積計算應(yīng)包括海底標高加最大沖刷深度。在內(nèi)部設(shè)置沖刷保護時，由于電解質(zhì)受限，可能會影響電解質(zhì)的電阻率，應(yīng)考慮這一點。從外部來看，由于電解質(zhì)的體積巨大，則不存在任何問題。漂浮式海上風電結(jié)構(gòu)上的錨固系統(tǒng)應(yīng)視為單獨的區(qū)域，并應(yīng)具有獨立的陰極保護系統(tǒng)。8.5環(huán)境因素8.5.1一般規(guī)定本文件適用于位于各種成分的海水以及各種類型土壤中的所有海上風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的浸沒和埋設(shè)部分。對于交替浸沒和暴露在大氣中的表面，陰極保護只有在浸沒時間足夠長、使鋼極化并保持極化時才有效。陰極保護對裸露（無涂層）鋼有效。還經(jīng)常與保護涂層（涂料）聯(lián)合使用，可有效降低所需陰極保護電流需求并改善電流分布。結(jié)構(gòu)的安裝部分和土壤之間的摩擦會損壞結(jié)構(gòu)上的涂層。附錄D提供了可能適用的涂層破損系數(shù)的指導。由于結(jié)構(gòu)元件與海底（例如吸力筒）之間需要摩擦，不能涂覆涂層。設(shè)計電流密度和總陰極保護電流需求取決于海水流速、海水溫度、侵蝕、溶解氧含量以及在裸金屬表面形成和維持保護性鈣質(zhì)沉積物的能力。附錄C中給出了相關(guān)指導信息。GB/TXXXXX—XXXX/ISO以下列出的環(huán)境因素會影響陰極保護電流需求以及陰極保護系統(tǒng)提供該電流的能力，應(yīng)當進行評估。這些影響對于確定海上風電基礎(chǔ)采用適當陰極保護具有重要意義。應(yīng)計算由于陽極相互接近而引起的陽極電流輸出顯著減少的影響，見E.1.8。應(yīng)計算從靠近陽極到距離陽極最遠點的電流和潛在衰減對鋼結(jié)構(gòu)的影響，見附錄E。8.5.2海水流速初期極化和整個壽命期間維持極化的陰極保護電流密度需求隨海水流速顯著變化。圖6描述了從海底/沖刷平面垂直向上速度增加的情況，B.7描述了水平流速的影響。水平流速會在垂直管狀結(jié)構(gòu)周圍加速，為了陰極保護設(shè)計的目的，應(yīng)根據(jù)附錄B和圖6所示，對在不同深度的測定流速（見8.6.2）進行標記，以確定所需的適當陰極保護電流密度。8.5.3電解質(zhì)電阻率電解質(zhì)電阻率在犧牲陽極系統(tǒng)設(shè)計中的重要性在于它是計算陽極到遠端海水電阻的一個因素，從而影響陽極電流輸出，見附錄E。對于外加電流系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計期間應(yīng)考慮電阻率，以提供足夠的輸出電壓。然而，電解質(zhì)電阻率也會影響陽極電流的分布，從而影響結(jié)構(gòu)極化的程度。電阻率越高，極化距離越短。海水電阻率(ρ,單位：Ωm）取決于海水鹽度和溫度。如附錄E所示，在開放海水中，鹽度值在較小的范圍內(nèi)保持合理的恒定。但是，在一些海上風電場位置，例如近岸區(qū)域（尤其是靠近河口和潮流顯著的區(qū)域）或受冰雪融化/季節(jié)性淡水進入影響的區(qū)域（例如波羅的海和里海），電阻率可能隨位置和時間發(fā)生很大變化。在某些條件下，不同深度處可能存在不同鹽度的分層，導致電阻率隨深度變化。陰極保護設(shè)計中應(yīng)考慮這些所有因素。電阻率值應(yīng)基于特定位置的實際數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)應(yīng)反映年度期間的平均值、變化以及隨深度的變化。設(shè)計中應(yīng)使用一年中最冷月份（或由于溫度和淡水鹽度稀釋而造成的電阻率最高的月份）的平均溫度相對應(yīng)的電阻率。在沒有測量海水電阻率的情況下，應(yīng)使用當?shù)佧}度和溫度測量值以及附錄E進行準確評估。如果陽極安裝在海底沉積物中，在沒有測量值的情況下，海底電阻率應(yīng)由陰極保護設(shè)計人員確定或估計（見第5條）。如果沉積物電阻率沒有實際數(shù)據(jù)，設(shè)計時采用海水電阻率的5倍為默認值。8.5.4海水溫度溫度對海水電阻率（見8.5.3）以及溶解氧水平和鈣質(zhì)沉積物形成有顯著影響。陰極保護設(shè)計中應(yīng)考慮可預(yù)見的溫度范圍。提高水溫會降低氧溶解度，從而降低所需的陰極保護電流密度。但也會增加腐蝕速率并增加所需的陰極保護電流密度。因此，海水溫度對陰極保護設(shè)計的影響是復雜的，應(yīng)詳細說明。附錄C提供了有關(guān)溫度對陰極保護設(shè)計參數(shù)影響的信息指南。GB/TXXXXX—XXXX/ISO降低溫度會增加鈣質(zhì)沉積物的溶解度，并影響其形成速率和形態(tài)，從而降低ISO12473中所述沉積物的保護性。8.5.5鈣質(zhì)沉積物結(jié)構(gòu)表面的鈣質(zhì)沉積物是陰極保護過程中陰極反應(yīng)的結(jié)果，見ISO12473。當鈣質(zhì)沉積物形成時，當前保護結(jié)構(gòu)的要求就會降低。平均電流密度在很大程度上取決于海水中鋼的鈣質(zhì)沉積物的性質(zhì)。應(yīng)考慮水流、懸浮淤泥、沙子、冰或冰流對鈣質(zhì)沉積物穩(wěn)定性的影響。鈣質(zhì)沉積物的穩(wěn)定性也會受到風暴的影響。附錄D和參考文獻[35]中給出了指導。8.6保護電流需求8.6.1一般規(guī)定結(jié)構(gòu)中每個金屬部件的所需電流是其暴露于電解質(zhì)的表面積和所選電流密度的乘積。在適當?shù)那闆r下，可以通過增加涂層來減少需求。術(shù)語“電流密度”是指被保護結(jié)構(gòu)的單位裸露面積的陰極保護電流。選定的電流密度是實現(xiàn)和維持被保護結(jié)構(gòu)的極化所需的電流密度。電流密度應(yīng)根據(jù)同一地點類似設(shè)施的經(jīng)驗，根據(jù)全面測試，或根據(jù)測量的與電流密度有關(guān)的環(huán)境條件公開數(shù)據(jù)選擇，如附錄C。如果未準確評估以往項目的陰極保護性能，則應(yīng)謹慎使用以往項目的“經(jīng)過驗證的設(shè)計實踐”。評估應(yīng)包括電位、固定電位（數(shù)據(jù)記錄）、電流或電流密度測量或檢查，以驗證設(shè)計在一年中任何時候、所有環(huán)境條件下完全符合陰極保護設(shè)計標準的有效性。電流需求計算應(yīng)包括初期（或極化）、平均（或平均值）和末期（或復極化）電流密度，以及附錄C中給出的信息值。對于犧牲陽極，應(yīng)根據(jù)初期和末期電流要求，根據(jù)陽極電阻計算來確定陽極數(shù)量和幾何形狀，見附錄E通常稱為維持電流的平均電流需求來確定犧牲陽極總質(zhì)量的要求，即設(shè)計壽命所需的鑄造合金的凈質(zhì)量。對于外加電流，陽極設(shè)計應(yīng)根據(jù)初期和末期電流值的最大值計算電流需求，并加安全系數(shù)。建議最小系數(shù)為25%，見10.2.2。雖然涂層不是有效陰極保護所必需的，但通常與陰極保護聯(lián)合使用，以減少電流需求并改善電流分布/減少衰減，見附錄E。對于涂層體系，陰極保護設(shè)計應(yīng)考慮隨著涂層失去其電阻有效性而隨時間增加的電流需求。在當前電流需求計算公式中用涂層破損系數(shù)來實現(xiàn)，見8.6.2。附錄D解釋了涂層破壞的過程，并建議了適用于海上風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一系列涂層系統(tǒng)的涂層破損系數(shù)和破損率。8.6.2外表面所需電流計算設(shè)計應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)外表面的浸濕頻率。GB/TXXXXX—XXXX/ISO對于海底下方打入的樁、吸力筒或錨，陰極保護設(shè)計應(yīng)該考慮全部外表面積，見8.4。表C.4提供了關(guān)于部件作為陰極保護或作為陰極保護系統(tǒng)“排流管”的設(shè)計指南。陰極保護所需電流計算也應(yīng)包含所有的陽極支撐結(jié)構(gòu)。為考慮海水流速的影響，應(yīng)使用海洋氣象數(shù)據(jù)得出的穿過水深的標記海水流速剖面。推薦方法見附錄B。上水位應(yīng)為50%非超標水位下的常濕區(qū)，F(xiàn)WZ50%。為了考慮海水流速的影響，應(yīng)使用海洋氣象數(shù)據(jù)來推導出水深范圍內(nèi)的標記海水流速剖面。推薦的方法論在附錄B中描述。上層水位應(yīng)設(shè)置為50%未超越水平的頻繁濕潤區(qū)域，即FWZ50%。電流需求應(yīng)根據(jù)包含從常濕區(qū)（FWZ）至鋼樁或吸力筒底部在內(nèi)的表面積來計算。結(jié)構(gòu)至少應(yīng)分為以下區(qū)域：a）FWZ50%至FWZ5%b）FWZ5%至海底/沖刷區(qū)c）海底/沖刷區(qū)至樁趾/吸力筒高度應(yīng)計算初期、平均和末期（復極化）的電流需求?？傠娏餍枨髴?yīng)計算每個區(qū)域的電流需求之和，這些區(qū)域定義從FWZ50%到趾部高度。所需的總電流Itotal應(yīng)按公式（1）計算：I總=I區(qū)域(FWZ50%至FWZ5%)+I區(qū)域(FWZ5%至海底-沖刷深度)+I區(qū)域(海底-沖刷深度至趾部高度)（1）即各個區(qū)域的總和。FWZ5%至海底/沖刷區(qū)應(yīng)細分為最大深度10m的區(qū)域，以考慮標記海水流速的變化，見圖6。如果標記的流速曲線具有合理性，可以調(diào)整10米增量，例如在曲線非常陡峭的情況下，可以使用更大的增量。FWZ5%至海底/沖刷區(qū)的電流按式（2）計算：I區(qū)域=j區(qū)域·A區(qū)域其中I區(qū)域電流，單位AJ區(qū)域電流密度，單位A/m2A區(qū)域區(qū)域表面積，單位m2fc涂層破損系數(shù)，無涂層裸鋼部件，fc=1應(yīng)計算結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)的初期、平均和末期（復極化）的電流密度：—海底/沖刷區(qū)下方：例如，按照C.4中的指導。—海底/沖刷區(qū)上方：應(yīng)使用如C.2所示的海水流速曲線圖確定上述各區(qū)域的電流密度，以區(qū)域垂直中心標記的海水流速作為基準。GB/TXXXXX—XXXX/ISO圖6鋼結(jié)構(gòu)面積和區(qū)域與海水流速的關(guān)系4——A，m；5——A1.，m；6——A2.m；7——Az.m；圖6左側(cè)顯示了y軸上結(jié)構(gòu)各區(qū)域：趾部，海底/沖刷和常濕區(qū)域的高度(FWZ5%，F(xiàn)WZ50%和FWZ95%)。A代表各個區(qū)域的表面積，將結(jié)構(gòu)細分為：——AFWZ(50%–5%)；——AFWZ(5%-FWZ5%以下最大10m)；——AFWZ(FWZ5%以下最大20m-FWZ5%以下最大10m)，直到海底或沖刷深度；——ABS適用于海底以下；GB/TXXXXX—XXXX/ISOX軸表示附錄B中詳細定義和推導的海水流速。海底/沖刷區(qū)上方，應(yīng)使用X軸上所示的海水流速（UCP（FWZ50%–5%）、UCP1、UCP2等）來確定給定區(qū)域的電流密度，如C.2所示。UCP是用于計算的區(qū)域垂直中心。在海底下方，表面積可按C.4所示細分，并顯示相應(yīng)的電流密度。鋼筋混凝土基礎(chǔ)的電流密度計算指南可見C.5。8.6.3內(nèi)表面電流需求計算具有自由流動海水的內(nèi)部艙間的表面積應(yīng)延伸到最高的內(nèi)部水位，對于自由流動的條件，應(yīng)為HAT。單樁內(nèi)部的水流取決于表面開口的大小、數(shù)量和位置以及單樁外部的海況。為了估算合適的電流密度，需要對結(jié)構(gòu)內(nèi)的海水流速進行詳細研究，同時研究環(huán)境因素、溶解氧濃度、pH值、鹽度等。關(guān)于不同溶解氧含量所需電流的指南可見附錄C。8.7電連續(xù)性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無論采用螺栓法蘭連接還是采用導管架焊接，結(jié)構(gòu)的電連續(xù)性要滿足陽極到結(jié)構(gòu)的電流負載。在單樁和過渡件灌漿的情況下，應(yīng)在單樁和過渡件間建立電連續(xù)性，且在以下任一情況下也應(yīng)建立——外部犧牲陽極焊接到過渡件上，——內(nèi)部犧牲陽極連接到過渡件上，——外加電流系統(tǒng)使用陰極線或“匯流點”連接到過渡件，或全部。這些電連續(xù)性的設(shè)計應(yīng)確保來自外部和內(nèi)部陰極保護系統(tǒng)的全部電流可在單樁和過渡件之間傳輸，且連接點之間的電壓降不會對陰極保護系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。電連續(xù)性設(shè)計（橫截面、長度和接觸電阻）應(yīng)滿足陰極保護和電氣安全和防雷接地的要求。建議在電連續(xù)性設(shè)計方面增加裕量，連續(xù)性連接的設(shè)計可基于按最大設(shè)計陰極保護電流通過時所有并聯(lián)連接上的總電壓降為10mV（見8.6)。犧牲陽極系統(tǒng)與本建議也相關(guān)，在這種情況下，陽極設(shè)計驅(qū)動電壓應(yīng)相應(yīng)降低（見外加電流陰極保護系統(tǒng)的第10條）。如果采用螺栓連接，則應(yīng)采用適當?shù)姆椒ㄟM行連接，以避免因振動而松動和因腐蝕而劣化。注：直接針式釬焊是一種適宜的低電阻連接方法，可確保電纜銅芯與單樁和過由于存在較多并聯(lián)點，例如連續(xù)接點和楔形結(jié)構(gòu)等，使用交流或直流電阻測量方法測量的接觸電阻值不準確，因此應(yīng)結(jié)合焊點的外觀完整性檢查進行測量，流經(jīng)焊點的電流可使用高精度直流鉗形表測量。應(yīng)對連接點的選材和腐蝕防護措施進行選擇，以使連接在陰極保護設(shè)計壽命內(nèi)耐用、可靠且可維護，同時應(yīng)注意，這些連接通常位于水面以上接收不到保護電流，但卻處于潮濕、含鹽和受潮汐影響的區(qū)域。計算所得的過渡件與單樁之間及陽極籠或陽極陣列與單樁之間電纜連接的電壓降的程度，這些細節(jié)應(yīng)記錄在陰極保護設(shè)計方案中。該電壓降會降低犧牲陽極發(fā)生電流，在設(shè)計中為補救這一情況應(yīng)作出規(guī)定。8.8電流消耗和相互作用GB/TXXXXX—XXXX/ISO電流可能被未完全納入保護范圍的結(jié)構(gòu)或部分結(jié)構(gòu)所消耗——電纜保護系統(tǒng)——電纜鎧裝——需要全面保護的基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)的上下區(qū)域，以及 陰極保護設(shè)計中應(yīng)記錄并考慮這些項目，并計算額外的表面積，應(yīng)根據(jù)具體情況加上適當?shù)念~外電流需求。電流消耗取決于表面積和當?shù)丨h(huán)境。若沒有其他附近結(jié)構(gòu)的實際測量數(shù)據(jù)或經(jīng)驗，附錄C中給出了一些參考電流密度。數(shù)值模型可以給出可能消耗的電流，見附錄I。注2：理論上，典型風電場開發(fā)中的所有結(jié)構(gòu)將通過陣列電纜的鎧裝進行電氣互結(jié)構(gòu)之間存在顯著的電流流動；鋼絲鎧裝的電阻和外部陽極的局部分布決定的結(jié)構(gòu)之間的相互連接應(yīng)當被認識到，并且從理論上講，可能會影響未來的新型基礎(chǔ)設(shè)計或陰極保護系統(tǒng)。8.9設(shè)計時安裝注意事項對于導管架結(jié)構(gòu)，可在下水前在制造場安裝犧牲陽極和外加電流陰極保護陽極及其電纜和導管。數(shù)值模型（見附錄I）可用于預(yù)測電位分布以及陽極位置的最佳選擇。對于單樁或過渡件結(jié)構(gòu)，由于打樁過程中的安裝限制，犧牲陽極和外加電流陰極保護陽極通常不會預(yù)先安裝在打入的單樁上。陽極固定在過渡件上，或單樁上的陽極套籠或海底的陽極陣列。打樁作業(yè)完成后，應(yīng)將其與海上現(xiàn)場的單樁進行電氣連接。在這種情況下，電位的均勻分布更加困難。外加電流陰極保護系統(tǒng)和犧牲陽極系統(tǒng)都可能存在單樁表面的陽極分布不適當以及電流和電位的衰減。設(shè)計階段的數(shù)學建?？梢詢?yōu)化整個結(jié)構(gòu)的電流和電位分布，見附錄I，從而實現(xiàn)陽極的最佳放置并最大限度地減少極化不足或過度的風險。陰極保護設(shè)計應(yīng)確保陽極和監(jiān)控系統(tǒng)安裝在外部干擾或損壞可能性最小的位置，并在適當情況下便于更換。對于單樁/過渡件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部保護，陽極可懸掛在過渡件甲板或下部內(nèi)部平臺上。并在單樁打入海底和過渡件安裝完成后進行。單樁和過渡件的安裝時間間隔可能很長，陽極與結(jié)構(gòu)的連接與安裝同步或安裝后完成。應(yīng)確認陰極保護系統(tǒng)未運行的時間段，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮其對結(jié)構(gòu)完整性的影響。如果犧牲陽極作為“串”或垂直陣列懸掛，應(yīng)特別注意陽極串的電阻、電壓降和衰減以及懸掛系統(tǒng)的耐久性，包括在水位以上使用的鋼絲繩。電纜芯尺寸選擇、連接電纜長度和低接觸電阻結(jié)構(gòu)連接細節(jié)應(yīng)詳細記錄在陰極保護設(shè)計報告第15條中。9犧牲陽極系統(tǒng)GB/TXXXXX—XXXX/ISO9.1一般規(guī)定犧牲陽極系統(tǒng)是通過在海水中電位比鋼更負的合金制造的陽極與鋼結(jié)構(gòu)直接連接，從而提供鋼結(jié)構(gòu)陰極保護所需的電流，犧牲陽極優(yōu)先腐蝕產(chǎn)生電流，而無需任何額外的電源。犧牲陽極的發(fā)生電流取決于陽極的材料特性、陽極的形狀、鋼結(jié)構(gòu)的極化程度及其運行的環(huán)境條件。因此，每個陽極都具有額定的電流輸出，可以在陰極保護系統(tǒng)設(shè)計中計算和使用。通過陽極周密的選擇和分布，可以實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的陰極保護電流需求。正確設(shè)計的犧牲陽極系統(tǒng)應(yīng)簡單、堅固、可靠、可自控。9.2陽極利用率在陰極保護設(shè)計中，犧牲陽極輸出電流的驅(qū)動電位被認為是鋼的極化電位與陽極合金的閉路電位之間的差值，該電位由陽極合金和陽極電流密度決定。當鋼結(jié)構(gòu)開始從其末期電位極化時，驅(qū)動電位最初會更高，但隨著結(jié)構(gòu)極化的增加，驅(qū)動電位會降低，陽極輸出電流（根據(jù)歐姆定律計算）會降低，從而實現(xiàn)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)。當陽極被犧牲消耗時，其尺寸會減小，從而增加了對遠端海水的電阻，從而降低了輸出電流。犧牲陽極的可用壽命取決于其整個生命周期的總輸出電流（電荷）、末期質(zhì)量、利用系數(shù)（并非100%的陽極質(zhì)量都可用于反應(yīng)）、電容量。附錄E詳細說明了陽極對遠距離接地（海水）電阻的計算過程，并描述了陽極利用系數(shù)。附錄E描述了陽極壽命的計算過程，或在陰極保護設(shè)計壽命內(nèi)提供所需總電流需要的陽極合金質(zhì)量。9.3犧牲陽極合金鋁合金和鋅合金是開放海水中最常用的犧牲陽極材料。為海洋應(yīng)用開發(fā)的鋁基犧牲陽極合金經(jīng)過專門配制，可在pH值為弱堿、高鹽度和高含氧量的海水中使用。在某些區(qū)域，海水和海泥條件可能超出上述預(yù)定義范圍，在這些情況下，不應(yīng)使用鋁陽極。除非另有說明，鋁陽極不應(yīng)在電解質(zhì)電阻率超過2Ω·m的條件下使用。在某些情況下，例如單樁內(nèi)部，當新鮮含氧海水不能自由補充時，研究發(fā)現(xiàn)，由于鋁與海水的反應(yīng)，封閉隔間中水的pH值會顯著降低，這顯著影響了合金的效率和陰極保護的功效，見參考文獻[33]和[34]。某些鋁合金的性能也會因埋在海泥中而受到不利影響，特別是在電流輸出保持較低的情況下，見ISO15589-2[8]。鋅基陽極可用于海上結(jié)構(gòu)，但其較高的密度會導致較高的陰極保護系統(tǒng)質(zhì)量。鋅陽極可用于淡海水和淡水中。鋅在未補充的海水中不會引起明顯的酸化，在含氧水補給不確定的情況下，可用于結(jié)構(gòu)的內(nèi)部陰極保護。由于氫氣產(chǎn)生過多，鎂陽極不得用于含有海水的內(nèi)部空間。注：在港口和碼頭相對安靜的水域進行的一些研究表明，鋅陽極溶解會引起環(huán)境問題，見ZincinEstuaries。GB/TXXXXX—XXXX/ISOEN12496描述了犧牲陽極及其在海水中的電化學性能。如果正確記錄了包括相關(guān)陽極工作溫度和實際使用的陽極成分的這些數(shù)據(jù)，則犧牲陽極的閉路電位和電容量的可以使用EN12496中所述數(shù)據(jù)。然而，由于不同的操作條件，在考慮特定條件下（以及特定有限時間范圍內(nèi)）測試的合金時，應(yīng)謹慎行事。適用于保護大多數(shù)低碳錳結(jié)構(gòu)鋼的商用鋁犧牲陽極是EN12496中的A2合金，如果需要鋅合金，EN12496中的Z1合金是適合的。對于對氫脆敏感的鋼和耐腐蝕合金，ISO12473中給出了其他建議，如果沒有采用其他潛在的限制措施，EN12496中的A4合金可能是合適的選擇。9.4陽極選擇陽極（無論是鋁還是鋅）的形狀決定了其對遠端接地（海水）的電阻和選定驅(qū)動電位的電流輸出。大多數(shù)用于海上風電場基礎(chǔ)外部和內(nèi)部陰極保護的犧牲陽極都是梯形橫截面，并且長度比截面尺寸大很多。長度是陽極發(fā)生電流的主要決定因素，合金的質(zhì)量決定陽極壽命。陽極可以是支架式，也可以是平貼式安裝在結(jié)構(gòu)上。細長的支架式陽極通常具有更高的陽極利用率。平貼式陽極通常較短，其電阻增加，陽極利用率較低。如果單個陰極保護區(qū)域的所有陽極尺寸相同則更合適，例如單樁結(jié)構(gòu)上的外部陽極或單樁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽極。不同尺寸和類型的陽極混用是不合適的，因為不同的陽極在整個陰極保護系統(tǒng)生命周期內(nèi)消耗速率不同。當在單個陰極保護區(qū)不可避免地要使用不同尺寸和形狀的陽極時，應(yīng)考慮所有陽極的有效電荷（電流容量）。EN12495[18]和DNVGL-RP-B401[23]有進一步的詳細說明。在任何情況下選擇陽極形狀時，都應(yīng)適當考慮陰極保護設(shè)計和布置需求，以實現(xiàn)在受保護結(jié)構(gòu)上的均勻電位分布。直接安裝在結(jié)構(gòu)上的外部陽極會產(chǎn)生來自陽極的流體阻力和循環(huán)應(yīng)力，從而影響結(jié)構(gòu)設(shè)計。陽極的位置也可以根據(jù)需要來決定，以避免妨礙后續(xù)的操作。用于外部的陽極，暴露的陽極鐵芯通常焊接到陽極套籠或底座的結(jié)構(gòu)、過渡件或框架上。因此，鐵芯材料應(yīng)為可焊接的鋼材。平貼陽極可通過螺栓固定在支撐結(jié)構(gòu)上，尤其是需要更換的情況下，也可見8.3。用于單樁或?qū)Ч芗軆?nèi)部的陽極通常比用于外部的陽極尺寸要小。如果使用內(nèi)部陽極，由于涉及到通道和搬運問題，可能會有尺寸限制。懸掛在單樁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽極應(yīng)具有吊耳、暴露的鐵芯也應(yīng)具有完整的電纜連接點。陽極鐵芯應(yīng)符合EN12496中規(guī)定的要求。鋁陽極的鐵芯應(yīng)進行噴砂處理，表面光潔度至少符合ISO8501-1的Sa2?級。這種光潔度應(yīng)一直保持到鑄造時，不允許在鑄造前出現(xiàn)任何表面污染。鋅陽極的鐵芯可以與鋁陽極相同處理，也可以按照ISO1461[1]進行熱浸鍍鋅。在鑄造之前，不允許出現(xiàn)任何明顯的污染。電鍍鋅涂層不適用于陽極鐵芯，鐵芯噴砂表面的最小表面粗糙度為75微米，不允許使用鋼丸或冷鐵丸進行噴砂。GB/TXXXXX—XXXX/ISO陽極制造的檢驗標準詳見EN12496和DNVGL-RP-B401[23]。然而，這些是基于單一結(jié)構(gòu)相對較大噸位的采購，這在海上石油和天然氣行業(yè)很常見。陽極的檢驗標準、物理和電化學測試的頻率和類型，應(yīng)根據(jù)海上項目及其單個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的總體陽極要求加以考慮，并應(yīng)構(gòu)成陽極供應(yīng)要求和文件的一部分。9.5陽極要求為滿足陰極保護設(shè)計，應(yīng)通過所選擇的陽極類型和合理分布的安裝數(shù)量使所需電流（見8.6.2）始終得到滿足。所需電流包括末期極化所需的電流，以及在陰極保護設(shè)計壽命期間任何增加的復極化所需的電流，當達到充分利用時，陽極應(yīng)能夠在其使用壽命結(jié)束時滿足復極化的要求。這通常被稱為“末期”電流需求，它是在陽極設(shè)計壽命結(jié)束時提供的電流，而不一定是結(jié)構(gòu)使用壽命結(jié)束時的電流。附錄E中給出了關(guān)于特定形狀、尺寸的陽極的發(fā)生電流計算方法的指導。陽極的壽命將取決于其質(zhì)量、發(fā)生電流、利用系數(shù)和合金的電容量，詳見附錄E。根據(jù)附錄E中給出的公式，由平均電流需求計算出在整個陰極保護設(shè)計壽命期間運行所需的合金質(zhì)量。所需的合金質(zhì)量可以根據(jù)整個結(jié)構(gòu)或每個單獨構(gòu)件或每個表面區(qū)域來確定所選類型所需的陽極數(shù)量（N）可由公式（3）至（5）計算：N≥W總/W陽極（3）N≥I總(初期)/I陽極(初期)（4）N≥I總(末期)/I陽極(末期)其中m總所需的犧牲陽極材料的最小總凈質(zhì)量，單位為千克（kg）m陽極單個犧牲陽極材料的凈質(zhì)量，單位為千克（kg）I總(初期)初期所需的總電流，單位為安培（A）I陽極(初期)單個犧牲陽極材料的初期發(fā)生電流，單位為安培（A）I總(末期)末期所需的總電流，單位為安培（A）I陽極(末期)單個犧牲陽極材料的末期發(fā)生電流，單位：安培（A）合格的陰極保護設(shè)計應(yīng)滿足以上全部三個準則。對于涂層良好的結(jié)構(gòu)，末期或維持期電流需求可能是設(shè)計控制因素。9.6陽極分布安裝在導管架的犧牲陽極通常焊接在結(jié)構(gòu)上，并應(yīng)合理分布，以提供足夠均勻的電流分布和相應(yīng)的均勻防護，使所有受保護的表面都符合陰極保護標準。陽極分布對犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)的成功設(shè)計至關(guān)重要，應(yīng)完整記錄在陰極保護設(shè)計方案中，見第15章。所有單個陽極的位置應(yīng)標注在施工圖和竣工圖上。GB/TXXXXX—XXXX/ISO犧牲陽極通常不預(yù)先安裝在單樁上，而是安裝在過渡件上、后安裝在單樁或海底的套籠上。如果有必要將陽極組合在一起，可在過渡件上，及在單樁上的一個或多個套籠上，也可在海底的基座上，使電流均勻分布到結(jié)構(gòu)上。根據(jù)水深以及是否是涂層與陰極保護的聯(lián)合使用，可能需要在不同的高度安裝陽極，以便使所有受保護的表面達到陰極保護標準。如果結(jié)構(gòu)上的陽極分布不均勻，則應(yīng)評估陽極之間相互干擾引起的陽極發(fā)生電流的減少。在設(shè)計計算中，可使用數(shù)學建模技術(shù)來考慮相互干擾的影響。如果使用建模來計算陽極相互干擾引起的陽極發(fā)生電流的減少，則應(yīng)由建模專家進行。然而，輸入?yún)?shù)特別是陽極和陰極極化曲線，應(yīng)由陰極保護設(shè)計人員根據(jù)第5條進行選擇。在海水（電解質(zhì)）中發(fā)生電流的計算是基于陽極對遠端電阻的計算。發(fā)生電流由于以下部位靠近而減?。骸枠O到陽極；——陽極到結(jié)構(gòu)；——陽極到海水/空氣界面，以及——陽極到海底。建議將陽極放置在?1mLAT以下，使其始終處于浸沒狀態(tài)。關(guān)于靠近海水表面時發(fā)生電流的減少，見參考文獻[37]。即使陽極低于?1mLAT，這些影響也是顯著的，建議評估這些影響并在設(shè)計中予以考慮。陽極應(yīng)布置在盡量減少其受到機械損壞的位置，例如不要靠近船只著陸點。對于用于操作或維護的物品，如電纜、系繩或臍帶纜，陽極不應(yīng)存在被鉤住的風險。當陽極連接到中間結(jié)構(gòu)，如安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上或遠離基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的陽極套籠或底座時，應(yīng)通過電纜確保電連接。電纜從陽極支撐結(jié)構(gòu)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接可以通過特定的連接點來實現(xiàn)。安裝前可將電纜預(yù)安裝在陽極組件上，只需要制作基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連接附錄當電纜用于陽極連接時，這些電纜可能比跨接電纜長，見8.7，并且應(yīng)適當考慮電纜尺寸和電纜壓降，見附錄F。電纜連接點易因海流引起的移動受損，應(yīng)適當考慮兩端電纜連接的安全性。建議使用中間連接板和彎曲限制器或電纜夾具。8.9中描述了其他常規(guī)安裝要求。EN17243提供了管道內(nèi)表面電位分布信息。安裝在浸水單樁內(nèi)部的陽極需要符合特定的設(shè)計要求。如果安裝陽極“串”，則應(yīng)計算并記錄沿串的電流衰減；第11條規(guī)定，通常需要將陽極與絕緣護套銅芯電纜連接，將其連接到過渡件或單樁。單樁及其內(nèi)的水柱形成一個有限的電解質(zhì)體積，陽極在該體積內(nèi)將電流輸送到單樁表面；海水中的垂直電壓降不可忽略，并且在海底以下明顯更大。陽極到陽極和陽極到陰極（鋼）的間距應(yīng)較小，這將降低陽極發(fā)生電流。建議對布置進行數(shù)學建模。10外加電流系統(tǒng)GB/TXXXXX—XXXX/ISO10.1一般規(guī)定外加電流系統(tǒng)通過將結(jié)構(gòu)連接到可控直流電源的負極，并將電源的正極連接到浸入或埋在與結(jié)構(gòu)相同的電解質(zhì)中的一個或多個外加電流陽極，提供鋼結(jié)構(gòu)陰極保護所需的直流電流?？刂朴呻娫刺峁┑闹绷麟娏鬏敵?，以在結(jié)構(gòu)的整個鋼表面獲得并保持足夠的保護電位水平，應(yīng)確定陽極的電流、數(shù)量和位置以及參比電極數(shù)量和位置，以便達到保護電位標準，并在預(yù)期的陰極保護使用壽命內(nèi)，保持結(jié)構(gòu)的整個表面獲得“完全”陰極保護，區(qū)域見圖2、圖3、圖4和圖5。通常，外加電流系統(tǒng)陽極的尺寸和質(zhì)量比犧牲陽極小，而由于控制電源的驅(qū)動電壓通常在0V到24VDC范圍內(nèi)，因此能夠提供大電流輸出控制。外加電流系統(tǒng)需要電源和相關(guān)電纜才能運行，并且需要進行調(diào)整以確保極化極限在要求范圍內(nèi)。同時需要使用參比電極進行自動電位控制，以測量并保持在標準范圍內(nèi)，包括鋼對電解質(zhì)（海水）的最大負電位和最小負電位。如果斷電、連接電纜或參比電極損壞，或兩者兼而有之，將無法工作。海上風電場多無人值守，這使得運營和維護困難且昂貴。在電源故障、保險絲或斷路器跳閘、參比電極故障、電氣或軟件系統(tǒng)故障以及陽極或電纜故障的情況下，會導致陰極保護失效的風險。此外，由于雷電事件，陽極通過電源作為接地系統(tǒng)的一部分，也存在系統(tǒng)故障的風險。外加電流陰極保護系統(tǒng)可靠性的主要特點是：——數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施能確保所有者獲得持續(xù)的性能數(shù)據(jù)，并能夠及時響應(yīng)；——所有者及時操作、維護和維修的組織能力和投入；——前期操作和維護手冊、故障響應(yīng)計劃；操作和維護手冊應(yīng)包括如何維修、何時維修的說明。外加電流陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計非常復雜。見第14章，應(yīng)為每個外加電流系統(tǒng)提供運維手冊。電纜故障在某種程度上是可以預(yù)見的，設(shè)計應(yīng)考慮到這一點。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部布線是可能降低電纜故障風險的一種方式。應(yīng)仔細評估電子元件的平均故障間隔時間（MTBF），并建議在安裝時制定更換程序。外加電流系統(tǒng)在封閉空間內(nèi)應(yīng)用將產(chǎn)生氫氣和氯氣（腐蝕性和爆炸性），見。當使用外加電流陰極保護時，應(yīng)采取預(yù)防措施，避免出現(xiàn)腐蝕性或爆炸性情況。氯氣和氫氣的安全通風是必要的。這些氣體具有潛在的爆炸風險，氯氣會帶來腐蝕和人員傷害。應(yīng)評估、記錄和減輕水位以上加速腐蝕的風險，特別是對“密閉”甲板、梯子、下部工作平臺和支撐梁的腐蝕風險。10.2設(shè)計要素10.2.1一般規(guī)定對于大型風電場來說，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安裝需要時間，通常在基礎(chǔ)安裝后6個月或更長時間內(nèi)，塔筒、機艙和機翼/葉片才安裝完畢并并網(wǎng)，該時間內(nèi)無電力供應(yīng)。在通電之前應(yīng)提供臨時防腐措施，例如使用：GB/TXXXXX—XXXX/ISO——可以使用其他電力，例如太陽能電池板、柴油發(fā)電機或類似設(shè)備。設(shè)計計算及材料、安裝、調(diào)試和操作規(guī)范應(yīng)完整記錄在設(shè)計方案中，見第15章。10.2.2外加電流陰極保護系統(tǒng)的快速恢復能力設(shè)計為了提供一定程度的快速恢復能力并提高外加電流陰極保護系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計人員（見第5條）應(yīng)考慮是否應(yīng)在每個基礎(chǔ)上安裝和運行多個電源。對于無涂層結(jié)構(gòu)在末期極化之后，電源通常在<50%的額定電流下運行就達到預(yù)期的維持電流需求。如果兩臺機組并行運行，其中一個發(fā)生故障，至少在非風暴條件下，通過適當?shù)脑O(shè)計，則在只有一個機組運行的情況下，也能夠達到陰極保護標準要求。為維修或更換故障的直流電源提供了時間。同樣，設(shè)計人員應(yīng)考慮并記錄每個直流電源是否應(yīng)安裝兩個以上的參比電極，以便在其中一個發(fā)生故障時，可以遠程或就地選擇另一個，以控制最小或最大的保護條件。此外，如果所有參比電極都發(fā)生故障，直流電源則可以在恒流或恒壓模式下運行。即使所有參比電極發(fā)生故障，直流電源輸出電流也不會為零或最大，應(yīng)自動或通過遠程控制設(shè)置適當?shù)暮愣ㄖ?，以保持極化并防止過度極化，這雖不能實現(xiàn)最佳性能，但陰極保護系統(tǒng)會在失效到更換參比電極的時間內(nèi)維持一定程度上的運行。如果外加電流陰極保護系統(tǒng)處于恒電位模式，建議對整流系統(tǒng)中的電壓和電流進行限制，以避免過保護。由于外加電流陰極保護系統(tǒng)的運行和維護需求，應(yīng)向中央監(jiān)控室實時提供運行和性能數(shù)據(jù)，一般在陸地上并與風機中央監(jiān)控室相連。這將為超出最佳性能時警報。操作程序、人員要求以及必要時所尋求的專家意見，應(yīng)形成文件在陰極保護設(shè)計要求符合保護電位的情況下，可考慮將固定參比電極放置在海底下方。根據(jù)本標準設(shè)計的陽極系統(tǒng)應(yīng)能夠提供初期極化所需的高電流密度，因此在正常工作條件下，當維持電流密度足以維持結(jié)構(gòu)的極化時，通?？梢越邮荜枠O輸出電流的一些損耗。陰極保護方案和陽極分布應(yīng)進行評估，以提供初期電流密度或極化電流密度，并確保結(jié)構(gòu)的最遠區(qū)域也能完全極化到設(shè)計標準。要使整個結(jié)構(gòu)達到設(shè)計電位，對于裸露結(jié)構(gòu)預(yù)計在陰極保護系統(tǒng)開始工作的2至3個月內(nèi)，對于涂層良好的結(jié)構(gòu)，需要2到3周。對于裸結(jié)構(gòu)，在近似穩(wěn)定和穩(wěn)定電流密度下，完全極化可能需要長達12個月，對于涂層良好的結(jié)構(gòu)，可能需要長達3個月。平均或維持電流密度，通常小于初期電流密度或極化電流密度的50%，通過這種“備用”容量提供快速恢復能力。陰極保護設(shè)計人員（見第5章）應(yīng)記錄參比電極和陽極是否可以在水下由潛水員或ROV更換。10.2.3外加電流陰極保護系統(tǒng)的電流要求陰極保護的最大保護電流需求（I最大）應(yīng)根據(jù)8.6的公式進行計算。陰極保護系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計有安全系數(shù)，以便能夠提供電流I總，比計算出的最大保護電流需求I最大至少高出25%，具體取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀和涂層?？梢愿鶕?jù)8.9中推薦的數(shù)值模型來增加該系數(shù)。單樁過渡件上僅有陽極的陰極保護系統(tǒng)可能需要超過1.25的系數(shù)，并且應(yīng)進行建模以獲得最佳評估，如公式（6）所示：GB/TXXXXX—XXXX/ISOI總≥1.25I最大（6）10.2.4外加電流陰極保護系統(tǒng)組件——外加電流系統(tǒng)的組件應(yīng)包括，——陽極，——參比電極，——陽極屏蔽層，如果陽極和鋼結(jié)構(gòu)之間不能保持足夠的距離，——陽極電纜、陰極電纜及其連接，見第11條，——以及密封圈，電纜貫穿水密部位所需要的。10.2.5直流電源直流電源通常是將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸出的變壓整流器（TR）。也可以使用高頻開關(guān)、太陽能、風能等替代電源，但它們應(yīng)具備在整個陰極保護設(shè)計壽命內(nèi)連續(xù)提供直流電壓和電流的能力，應(yīng)在陰極保護設(shè)計方案中進行評估和記錄。然而，集成數(shù)據(jù)記錄和遠程監(jiān)測與控制帶來的額外復雜性直流電源輸出電壓的計算應(yīng)考慮電路（電纜、陽極和陰極）的電阻、海水中的歐姆電壓降以及工作條件下陽極和陰極界面產(chǎn)生的電動勢（通常為2V）以及陽極的推薦工作電壓，見附錄