金属和合金的腐蚀 海上风能结构的阴极保护 征求意见稿

GB/TXXXXX—XXXX/ISO海上风能结构的阴极保护本文件规定了海上风电场结构外部和内部阴极保护的要求。适用于与海水或海底环境接触的结构及附属物。本文件涉及：——新型钢结构阴极保护系统的设计和实施；——评估现有阴极保护系统的剩余寿命；——设计和实施改造阴极保护系统，以提高保护水平或延长保护寿命；——对现有结构上安装的阴极保护系统进行检查和性能监测；——钢筋混凝土结构的阴极保护指南。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4208外壳防护等级（IP代码GB/T4208—2017，IEC60529:2013，IDT）GB/T8923.1涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级（GB/T8923.1—2011，ISO8501-1:2007，IDT）GB/T27025检测和校准实验室能力的通用要求（GB/T27025—2019，ISO/IEC17025:2017，IDT）GB/T31316海水阴极保护总则（GB/T31316—2014，ISO12473:2006，IDT）GB/T33629风力发电机组雷电保护（GB/T33629—2017，IEC61400-24:2010，IDT）GB/T39154金属和合金的腐蚀混凝土用钢筋的阴极保护（GB/T39154—2020，ISO12696:2016，IDT）IEC61000-1-2电磁兼容性（EMC）第1-2部分：总则实现电气和电子系统（包括与电磁现象有关的设备）功能安全的方法（Electromagneticcompatibility(EMC)—Part1-2:General—Methodologyfortheachievementoffunctionalsafetyofelectricalandelectronicsystemsincludingequipmentwithregardtoelectromagneticphenomena）EN12496用于海水和盐渍泥土中阴极保护的牺牲阳极（Galvanicanodesforcathodicprotectioninseawaterandsalinemud）EN60529外壳防护等级（IP代码Degreesofprotectionprovidedbyenclosures(IPCode)）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.1大气区atmosphericzone区域位于飞溅区上方。3.2海泥区buriedzone位于海底或预期冲刷水位以下的区域，以较低者为准。3.3阴极保护设计寿命CPdesignlife阴极保护设计用于保护结构的时间。3.4加强板doublerplate焊接在构件上的钢板，用于局部加固或隔离下一步的焊接工作。3.5电解质electrolyte电流通过离子传输的介质，在本文件中指海水或海泥。3.6常湿区frequentlywettedzoneFWZ水位，WL(t)，加上有效波高，Hmo3.7干舷高度freeboardlevel浮动结构的水位3.8最高天文潮highestastronomicaltideGB/TXXXXX—XXXX/ISOHAT最高天文潮位3.9联合阴极保护系统hybridcathodicprotectionsystem外加电流和牺牲阳极组成的系统。3.10检查inspection检查设备以确定其持续运行性能，无论是定期还是简单操作进行。3.11IR误差IRerror由保护电流或流经电阻环境的其他电流引起钢的电位测量误差。3.12导管架结构jacketstructure多腿网格支撑结构3.13J型管J-tube设计并安装在结构上的弯管导管，用于支撑和引导电缆。3.14最低天文潮lowestastronomicaltide最低天文潮位3.15海洋沉积物marinesediments由各种密度的水饱和固体物质组成的海底顶层3.16海洋气象数据metoceandataGB/TXXXXX—XXXX/ISO气象和海洋数据，通常按小时统计3.17监测monitoring在固定地点连续或间断监测，以确定阴极保护系统的性能及相关参数。3.18单桩monopile打入或钻入海床以支撑过渡件或塔筒的基础元件。3.19过度极化over-polarization结构电位比阴极保护所需的电位更负的现象。3.20业主owner结构所有者、开发商或运营商，所有或任何一方可能对与腐蚀防护相关的事宜负有责任。3.21一级钢primarysteel主要承载元件（单桩、导管架、船体和其他钢结构）。3.22复极化re-polarization钢去极化后再次发生极化的现象。3.23阴极保护改造retrofitcathodicprotection向现有结构增加完整或部分阴极保护系统设备，用来修复系统性能缺陷或延长系统使用寿命。3.24含盐度salinity溶解在海水中的无机盐的量。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.25冲刷scour由海流、波浪或破坏海底结构因素引起的海底土壤的自然流动状态。3.26海底seabed海水与海泥区（3.2）固体之间的界面，包括海洋沉积物（3.15）。3.27二级钢secondarysteel非一级钢材，一般用于通道（船平台、梯子、甲板和设备支架）。3.28浅水区shallowwater表面波动明显受底部地形影响的水深。3.29有效波高significantwaveheightHmo开放海域第三大波浪的平均水位。3.30浪溅区splashzone由于波浪和潮汐变化而经常受潮的支撑结构的外部区域。IEC61400-3-1[13]中给出了更详细的浪溅区定义。在本文件中，常湿区应包含阴极保护需求的上限。3.31结构使用寿命structureservicelife风电场结构的预期寿命。GB/TXXXXX—XXXX/ISO吸力筒suctionbucket吸入海底的基础元件。3.33检查surveying使用规定的程序进行检查的过程。注：在本文件中，检查还用于描述阴极保护测量的过程，不使用固定和数据记录的传3.34潮汐带tidalzone位于LAT和HAT之间的区域。3.35过渡件transitionpiece单桩和塔筒之间的中间结构。3.36波峰和波谷wavecrestandtrough由于波浪作用，静水位以上的海水高度和以下的海水深度。a）潮汐b）潮汐+风暴潮=静水位c）叠加在水位上的波浪剖面图1水深、潮汐和风暴潮，见ISO19901-1[10]）；GB/TXXXXX—XXXX/ISO）；）；海底——潮汐水位——涌浪或涌浪+水位4符号和缩写4.1符号A面积，m2C阳极横截面周长，mc涂层老化，%ΔU驱动电位，Vfc涂层破坏系数I电流，AI阳极(初期)单支阳极初期发生电流，AI阳极(末期)单支阳极末期发生电流，AI最大阴极保护区域的最大保护电流需求，AI总(初期)结构初期所需的总电流，AI总(末期)结构末期所需的总电流，AJ电流密度，A/m2L阳极体长度，mL初期阳极初期长度，mL末期阳极末期（或寿命结束）长度，mGB/TXXXXX—XXXX/ISON阳极数量Q考虑环境因素的阳极合金实际电化学容量，Ah/kg电解质的电阻率，Ω·m。在本文件中，可以是电解质（海洋或ρ或导体材料的电阻率Ra阳极对远端接地电阻，Ω。在本文件中，远端位于海水或海底r阳极半径，米R回路电阻，ΩS阳极长度和宽度的算术平均值，mT温度，°CT阳极阳极的有效寿命，年T设计所需设计寿命，年U流速（米/秒）u阴极保护设计计算的利用系数V初期阳极合金初期净体积（不含铁芯），m3V铁芯阳极体内铁芯的体积，m3V末期阳极合金的末期（或寿命结束）净体积，m3V总阳极体的总体积，包括阳极体内的铁芯部分，m3m阳极单支牺牲阳极的净质量，kgm总牺牲阳极的最小总净质量，kg4.2缩写ABS海底以下区域AC交流电BEM边界元法CA腐蚀裕量CP阴极保护CPdesignlife阴极保护设计寿命GB/TXXXXX—XXXX/ISOCPS电缆保护系统CSPE氯磺化聚乙烯；缩写为CSPDC直流电DO溶解氧EMF电动势EPR乙丙橡胶FAT工厂验收测试FBL干舷高度FEM有限元法FWZ常湿区GACP牺牲阳极阴极保护HAT最高天文潮位HDPE高密度聚乙烯HMMPE高分子量聚乙烯HSC氢致应力开裂ICCP外加电流阴极保护IEC国际电工委员会IMCA国际海事承包商协会IP防护等级ISO国际标准化组织ITP检验和测试计划LAT最低天文潮位MIC微生物影响的腐蚀MMO混合金属氧化物MP单桩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美国腐蚀工程师协会NDFT额定干膜厚度PTFE聚四氟乙烯PVDF聚偏氟乙烯PVC聚氯乙烯RCD剩余电流保护器RMS均方根ROV遥控潜水器S-N应力与循环次数SMS额定最小屈服强度TP过渡件TR变压整流器WTG风力发电机XLPE交联聚乙烯5人员能力从事阴极保护系统的设计（阴极保护设计人员）、安装监督、调试、运行监督、检查、测量、监测和维护监督的人员应具有相应的能力水平，以完成所承担的任务。应独立评估和记录这种能力。阴极保护设计人员根据结构类型、暴露情况和海洋气象数据，能够评估和确定阴极保护的设计参数（如钢的保护电流密度、阳极电位和阳极电化学容量）。ISO15257[7]定义了一种可用于评估和认证阴极保护人员能力的方法。阴极保护人员胜任所承担任务的能力应通过ISO15257[7]或其他等效资格预审程序的认证来证明。6结构形式6.1被保护的结构基础结构设计用于支撑塔筒、含有风力发电机的机舱和风机叶片。结构受到疲劳载荷的影响，在许多情况下是设计的驱动因素。GB/TXXXXX—XXXX/ISO本文件也适用于海上风力发电相关的其他基础的阴极保护，例如升压站和气象桅杆基础。海上风力发电机基础结构可以包括各种主要钢结构，例如打入海底的大管径单桩基础、固定到海底的网格结构、漂浮式结构和混凝土重力结构。注：术语“导管架”通常用于描述由横梁加固的管状腿组成的格子式结构。由于该结构使用封闭导管，所以称导管架，也是海上石油和天然气工业中使用的术语。本文件规定了与海水、海底或沉积物接触的海上风电结构的外表面和内表面的阴极保护要求。涉及以下结构：——单桩和过渡件基础——单桶基础，——带有打入桩或吸力桶的导管架结构——漂浮式结构——重力式钢筋混凝土结构——与海上风力发电相关的其他基础本文件介绍了上述结构类型的具体特征。性能要求适用于所有与风力发电相关的海上结构。常见的各种类型的基础结构及其腐蚀策略如图2、图3、图4和图5所示。单桩结构（图2）是海上风力发电机最常见的基础结构类型之一，具有独特的特点，需要特别考虑。将单个大管径钢桩（单桩）打入海底指定深度，顶部通常高于平局海平面（MSL）。风力发电机塔筒安装在称为过渡件（TP）的中间结构上或直接安装在单桩（MP）上。过渡件安装在单桩上，延伸到一定深度，在重叠处密封，并用水泥砂浆灌浆。或者过渡件配套底部法兰，通过单桩顶部法兰使用螺栓固定在一起。过渡件伸出水面，不在阴极保护区域的范围内时通常进行涂覆，因此涂层和腐蚀裕量一起构成了腐蚀防护策略。一般来说，基础运行所需的设施都预先安装在过渡件或导管架上，包括靠船平台和梯子、注浆系统、船舷等。导管架基础与许多海上钢平台类似，本文件和EN12495[18]对阴极保护的规定进行了说明。漂浮式结构，如图4所示，顾名思义就是浮动的结构。他们使用链条或系绳将结构固定在海底锚上。基于重力的混凝土结构，如图5所示，放置在海底，如果满足以下条件，通常不需要阴极保护： 根据EN206[14]以及相关暴露等级的规范性附录设计； 根据EN1992-1-1[15]设计和建造； 根据EN13670[20]并结合规范性附录生产。本文件提供了在混凝土结构中进行阴极保护的指南，如果观察到过早恶化的情况或存在不可接受的腐蚀风险。本文件还阐述了连接到未包裹在混凝土中的钢构件对阴极保护的需求，例如钢筋混凝土重力基础的钢单桩。GB/TXXXXX—XXXX/ISO打入、钻孔或吸入海底的结构元件，如钢桩或吸力桶，通常在安装过程中不安装阳极或其他附件，主要为了防止其位于海底平面以下。6.2材料海上风电结构主要由裸碳锰钢或涂层碳锰钢建造，其规定的最低屈服强度（SMYS）不超过550MPa。结构的某些部分可以由碳锰钢以外的金属材料制成。阴极保护系统的设计应确保控制任何电偶腐蚀及氢脆风险，见ISO12473。基础结构，如单桩、导管架和漂浮结构，可在浸没区进行涂层或部分涂层，阴极保护的设计应考虑到这一点。重力结构通常由钢筋混凝土基础构成，结构放置在海底，因此称为重力结构，塔筒安装在地基的顶6.3腐蚀防护策略海上风力发电机基础结构选择的策略非常重要，因为不同结构区域的保护级别（见图2至图4）会影响结构设计，其中结构设计中使用的S-N曲线的选择要与结构使用寿命期间预期的环境相匹配。注：海上风电钢制基础受疲劳载荷作用，其设计寿命可能受到疲劳限制有三种可能的腐蚀缓解措施：腐蚀裕量、涂层和阴极保护阴极保护的作用是最大限度地减少腐蚀损失并减轻腐蚀对疲劳结构设计计算的影响。对于没有阴极适用腐蚀裕量的典型区域如图2至图4所示。阴极保护通常与涂层结合设计。阴极保护不需要用涂层就能使用，也可以与涂层结合使用，如图2至图4所示。如果不使用涂层，则需要更高的电流来保护浸没和潮湿区域的结构。ISO12944-9[5]为海上使用的涂层提供了指导和要求，并在附录D中进行了进一步描述。在完全浸没的区域，不能仅依靠涂层，因为在整个结构使用寿命内，可能会出现一些渐进的破坏。附录D给出了与阴极保护结合使用时涂层击穿系数的指南，应要求业主接受设计中使用的击穿系数。如果阴极保护完全有效（满足保护标准），则适用“海水保护”的S-N曲线。海上风电基础的阴极保护可以通过牺牲阳极阴极保护系统或外加电流阴极保护系统或两者的结合来提供。在选择阴极保护系统时，应进行风险和后果评估，其中至少应包括以下方面的评估：——从基础安装到阴极保护系统开始工作的时间：——备用阴极保护系统的可靠性估计，在结构使用寿命内对每个基础进行阴极保护性能评估、阴极保护系统维护和阴极保护系统维修或更换的预期次数；——非功能性阴极保护系统的资金成本、运营成本和结构性风险。GB/TXXXXX—XXXX/ISO图2单桩、左侧灌浆、右侧螺栓连接过渡件（包括裙板）的防腐策略6——常湿区FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO图3桩式导管架或吸力桶式导管架基础的腐蚀防护策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常湿区FWZ（高于HAT图4漂浮式基础、左侧漂浮式翼梁、右侧漂浮式TLP的腐蚀防护策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常湿区FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO图5钢筋混凝土重力基础的腐蚀防护策略5——常湿区FWZ（高于HAT7阴极保护标准7.1临时保护为达到保护标准（见7.2和7.3），应在阴极保护施工和开始运行期间对图2、图3、图4和图5中详述的水下区和海泥区表面提供临时阴极保护（外加电流或牺牲阳极除非能够证明在阴极保护之前造成的任何腐蚀不会损害结构完整性。一种策略可以在疲劳敏感区域进行涂覆，如焊缝和节点，以保护它们免受腐蚀，直到通电运行。如果在施加阴极保护之前单独使用涂层，则有必要对可能的涂层损伤、分布和腐蚀进行评估。7.2钢结构ISO12473详细说明了海水中一系列金属和合金所需结构的电位极限。注1：在本文件中，除非另有说明，所有电位在曝气海水中保护碳锰钢的公认标准是保护电位负于-0.80V（相对于Ag/AgCl/海水参比电极）。当使用纯锌电极（例如EN12496第2条中定义的Z2型合金）测量时，大约相当于+0.23V，或者使用由EN12496中定义的Z1、Z3或Z4型牺牲阳极合金制成的锌电极测量时，大约相当于+0.25V。当不同的金属和阳极接触时，保护电位应足够负，以控制其中较活泼金属的电偶腐蚀。在实践中，较活泼的金属通常是碳钢，其中保护电位−0.80V是最合适的。Ag/AgCl/海水参比电极对海水盐度敏感。当不在3.5%海水盐度中使用时，应采用修正系数。ISO12473:2017附录C中给出了参比电极和修正系数之间的转换说明。在厌氧以及存在微生物影响腐蚀（MIC）风险的环境中，钢的保护电位宜比−0.90V（相对于Ag/AgCl/海水参比电极）更负，除非有其他标准。GB/TXXXXX—XXXX/ISO建议将Ag/AgCl/海水的负限值设置为−1.10V，以避免涂层剥离。对于最小屈服强度（SMYS）等于或低于550MPa（根据EN10025[17]的S355级）的传统钢材，在此负限值下不会增加开裂风险。受锌或铝牺牲阳极保护的结构不会超过此限值，见ISO12473。如果存在氢致应力开裂（HISC）和氢脆的可能性，阴极保护电位过负可能会对其产生不利影响，则应采用安全的、负电位较小的限值。如果给定材料没有足够的支撑文件，则应通过极化电位极限下的机械测试来确定相对于冶金和机械条件的特定负电位极限。这些潜在限制适用于所有阴极保护结构部件，包括紧固件。根据相关标准制造和制造的额定最小屈服强度达到550MPa的铁素体和铁素体-珠光体结构钢已被证明与阴极保护系统兼容。然而实验室测试表明，在极端屈服条件下易产生氢致应力开裂敏感。所有焊接应按照合格程序进行，合格的最大硬度在300HV10至350HV10范围内时，应采取设计措施避免局部屈服。通常认为奥氏体不锈钢和镍基合金在固溶退火条件下不受氢致应力开裂的影响。类似地，按照适当程序进行焊接或热成型不会产生氢致应力开裂敏感性。符合ISO3506-1[2]的美国钢铁协会（AISI）316不锈钢螺栓，A4级，性能等级80及以下，即最小屈服强度640MPa以下，已证明对氢致应力开裂具有免疫力，负极限为-0.10V（相对Ag/AgCl/海水参比电极）。马氏体碳钢、低合金钢和不锈钢在实际屈服强度（YS）分别为约700MPa和硬度约350HV10的材料中，在低于-1.10V（相对于Ag/AgCl/海水参比电极）的电位下，可以在钢中呈现氢致应力开裂。未回火马氏体特别容易产生氢致应力开裂，对容易形成马氏体的材料进行焊接后，应进行焊后热处理，以降低热影响区（HAZ）硬度和焊接残余应力。硬度极限和设计措施建议与铁素体钢相同。经最小屈服强度热处理至720MPa的马氏体钢中的螺栓，例如ASTMA193[21]B7级和ASTMA320[22]L7级已证明对氢致应力开裂具有免疫力，其负极限为-0.10V（相对Ag/AgCl/海水参比电极）。由于热处理不充分而导致的故障时有发生，对于关键应用，应采用批量测试来验证350HV10的最大硬度。铁素体-奥氏体（双相）不锈钢可能容易受氢致应力开裂的影响，与最小屈服强度无关，通常为400MPa至550Mpa或额定最大硬度。焊接可能导致焊接金属和熔合线附近热影响区中氢致应力开裂敏感性增加。这与铁素体含量的增加有关，与硬度无关。焊接评定应证明焊接金属和内部热影响区（约0.1mm宽）中的最大铁素体含量可以有效控制。铁素体含量通常规定为最大60%至70%。粗微观结构更易受影响，因为氢致应力开裂优先在铁氧体相中传播。设计预防措施应包括避免局部塑性屈服的措施[26]。注2：没有普遍认可的测试方法来验证不同金属材料的阴极保护兼容性。恒定拉伸速率试验，也称为慢应变速率试验，适用于比较同类型材料的氢致应力开裂敏感性，例如马氏体钢的相对敏感性。为了进极保护条件下应用了具有恒定载荷的单轴加根据ISO12473的规定，对于最小屈服强度高于550MPa的钢，应采用−0.83V至−0.95V（相对Ag/AgCl/海水参比电极）范围内的负电位限值。如果ISO12473中没有定义电位极限，则应通过在GB/TXXXXX—XXXX/ISO极化电位极限下测试材料/环境组合来确定相对于冶金和机械条件的特定负电位极限。这些潜在限制适用于所有阴极保护结构部件，包括紧固件。高强度钢的潜在极限也可能适用于紧固件材料。根据上述保护标准，高强度钢、耐腐蚀合金（不锈钢和铜合金特别是高强度和高硬度材料可能会受到阴极保护的不利影响。ISO12473提供了参考文献[53][28]和[26]同样的指导。一般指导意见是，如果最小屈服强度≤550Mpa且硬度低于350HV10，则阴极保护在上述标准限值范围内是安全的。但特定材料及其冶金条件下，在较低电位下可能对氢致应力开裂敏感。7.3钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构或混凝土中的钢结构部件可能不需要阴极保护，见6.1。但是，如果它们的钢筋与需要阴极保护的钢结构部分电连接，则钢筋将成为阴极保护系统的“排流管”。在这种情况下，阴极保护电流的提供应符合ISO12696“阴极保护”的规定。如果需要混凝土中钢的阴极保护来保证结构或部件的耐久性，则应根据ISO12696进行设计。对于普通钢筋，不允许钢与电解质（混凝土）之间的电位负值超过-1.10V（相对于Ag/AgCl/0.5MKCl），不允许应力钢负值超过-0.90V。ISO12696中详细介绍了混凝土结构中钢筋所需的电位限值。ISO12696还详细介绍了用于钢筋混凝土的适当参比电极。8阴极保护设计阴极保护系统的目的是为需要保护的结构和附件的每个部位提供足够的电流，以满足电位标准。阳极的分布应确保在整个阴极保护设计寿命内，使需要保护的每个部位的电位在标准规定的范围内，见第设计目的可以通过使用外加电流、牺牲阳极或两者联合的阴极保护系统的设计来实现。8.2设计考虑因素8.2.1一般规定阴极保护系统可以与涂层系统结合使用，以减少所需的保护电流并使电流分布更均匀。ISO12944-9[5]规定了在ISO12944-2[4]中定义的腐蚀性等级CX（海上）和浸没条件Im4中使用的海上和相关结构的防护涂料系统的性能要求。本文件引入了常湿区（FWZ）的概念，以区别水流速度、潮差和波高对阴极保护要求的全面影响。这一概念对海上风力发电机基础结构非常重要。它是所需阴极保护设计计算的重要组成部分，见8.6和附录B。由于潮汐变化和波浪作用，海上风力发电机基础暴露在变化的海水速度下。此外，结构构件在流水中的位置也会导致其周围的流速增加。GB/TXXXXX—XXXX/ISO就这些特征而言，由于每个海上风电场具有独有地理位置，因此阴极保护设计应基于该特定地点特有的海洋气象数据为基础，见附录B。阴极保护系统的设计应充分考虑环境条件，见8.6。在计算阴极保护电流需求时，应考虑到海底平面以下和完全保护区之上（包括常湿区域）的所有表面的电流消耗。在计算阴极保护电流需求时，还应考虑无法直接安装阳极的结构（如锚和系泊链）的电流消耗。应评估并确保电流分布、衰减以及阴极保护系统向所有浸没表面提供相对均匀电流密度的能力。通过对阴极保护系统进行数学建模，使用适当且经过验证的输入参数，来反映阴极保护全设计寿命条件下的电流和电位的分布。第15条，特别是第6.3条详细说明了应考虑和记录的设计所需输入。阴极保护系统设计的每一步都应根据完整的设计计划进行检查，最终阴极保护设计应完整记录在阴极保护设计报告中。质量管理体系和环境管理体系应与本文件结合使用。ISO9001[3]构成了合适可用的质量管理体系标准，ISO14001[6]为环境管理体系的选择和使用提供了指导。阴极保护设计应接受质量管理和环境影响评估。对于螺栓连接的单桩/过渡件，过渡件裙板内表面和单桩外表面之间的环形空间（见图2）可能会给阴极保护设计带来特殊困难。环内的环境可能具有“外部”阴极保护和“内部”阴极保护的特征。阴极保护设计应记录此类环的具体设计参数。腐蚀评估应考虑环内高于水位的任何区域。8.2.2外部阴极保护阴极保护应用于钢结构外部浸没或部分浸没的表面。单桩和管状桩导管架可涂覆、部分涂覆或裸露。在单桩结构的情况下，过渡件通常是有涂层的。牺牲阳极、外加电流阴极保护系统都可以保护海上风力发电机基础结构免受腐蚀。对于采用牺牲阳极系统的单桩，应尽量减少基础安装和阴极保护保护开始运行之间的时间，或采用其他减缓腐蚀的措施。早期腐蚀可能会对结构完整性产生影响。对于外加电流阴极保护（ICCP）系统，阴极保护设计人员（见第5章）宜结合结构建造确定是否需要在基础安装和外加电流阴极保护系统开始运行期间内采用临时阴极保护。还应考虑临时或永久外加电流阴极保护系统发生电源中断或间歇性故障的可能性。8.2.3内部阴极保护单桩经验表明，当J型导管布置在单桩内部时，很难完全密封单桩的内部空间，应考虑水的氧化作用。即使完全密封，进入检查时也会引入氧气。如果阴极保护安装在封闭空间中，结构设计中应考虑通风，以防止产生气体聚集和爆炸性混合物的风险。所有阴极保护系统都会产生氢气，铝阳极比锌阳极更易产生氢气。外加电流辅助阳极在受保护的GB/TXXXXX—XXXX/ISO钢材上会产生氯气和氢气，可能对封闭甲板正下方的“顶部空间”具有特别的腐蚀性。氢气（与空气中的氧气）和氯气（与氢气）都可能存在燃烧的风险。由于已知的酸化问题[33][34]和氢气的产生，在没有补充水的封闭式单桩中不应使用铝牺牲阳极，由于氯气或氢气产生的潜在安全隐患，不应使用外加电流阴极保护系统。锌牺牲阳极可在采取防止氢气聚集风险措施时使用。当在单桩中需通过开孔以确保含氧海水流动时，开孔的尺寸应足够大，以防止被海洋生物或钙质沉积物意外封闭。单桩内部水柱的补水程度宜根据水流确定。如果内部不采用阴极保护，应考虑使用保护涂层，并对内部环境和敏感部位的腐蚀速率进行固定监测，还应考虑代表性结构的水上和水下以及海底/沉积物水位以下部位。检查程序应适当，以确保局部腐蚀在影响结构使用寿命之前被检测到。内部阴极保护设计需要特别注意受限电解质体积内表面上电位的结构分布，见9.6和EN17243。建议对阴极保护系统进行数学建模（见附录I）。导管架的浸没舱室对于具有焊接和阀门密封的浸没舱室的导管架腿，密封后没有氧气进入，氧气将在完全消耗之前相对较短的时间内产生腐蚀。应考虑这一时期的腐蚀水平和程度以及腐蚀对结构完整性的影响。注：仅以氧气的影响示例：对于直径为2m、水柱为10m（溶解氧浓度为8ppm）、空气为5m（氧气浓度为20.9%）的垂直管，在可用氧气完全耗尽之前，基于均匀腐蚀，预计壁厚将减少26μm。如果腐蚀主要发生在立柱的顶端1米处，则壁厚相应减少260μm。当导管架未密封的舱室被淹没且不断补充含氧海水时，需要进行阴极保护。与外部条件相比，由于海水流速降低，所需阴极保护电流密度降低。在这种情况下，安装阳极的位置可能使得电位分布不均匀和衰减的可能性很大，这一点应予考虑，EN17243中提供了更多信息。8.3阴极保护设计寿命阴极保护的设计寿命通常由业主指定。由于风电场中海上风力发电机结构的无人化、多点、远程，定期前往较为困难。通常情况下，阴极保护设计寿命为海上风力发电机结构的整个预期寿命。阴极保护系统的设计寿命应包括安装期和海上风电场发电机的运行寿命。如果在阴极保护系统安装和调试或通电（对于外加电流系统）之前没有保护，则应在结构设计中考虑这一点。此外，还可以考虑退役阶段的使用寿命。如果预计阴极保护系统的有效寿命短于结构（包括安装和退役期）的有效寿命，则应在设计报告中加以解释并记录，见15.1，并在设计中增加更换或改装规定（视情况而定）。8.4表面区域考虑因素8.4.1一般规定GB/TXXXXX—XXXX/ISO要计算阴极保护电流需求，首先确定需要保护结构的表面积。包括标准规定需要保护的区域和消耗电流的区域。受保护结构的设计图纸应作为表面积计算的依据。阴极保护设计方案中应包括涂层范围和类型（如有）以及相关附件的信息。在计算复杂结构部件的表面积时，可以采用一些简化方法。但是，此类简化应保守，以确保计算得出的当前需求不会被低估。如果所有浸没部件的确切尺寸不确定，则应考虑额外的安全系数。8.4.2结构细分需要保护的结构应划分为单独的阴极保护区，尽管是电连接的，也可独立考虑阴极保护设计。由于安装深度特性而需要单独考虑的不同区域，如图2、图3、图4和图5所示。附录C给出了海泥区和不同海水流速的电流密度和数据的设计指导（见8.6）阴极保护设计方案应记录表面积计算及不同区域的划分。参考结构图纸，应包括修订版，并且所有影响阴极保护电流需求的因素均应包含在计算中。对于包括单桩基础的桩式结构，应考虑所有阴极保护电流能到达的表面区域，无需考虑海泥区钢桩腐蚀速率或腐蚀风险较低的评估。由于阴极保护电流将分布到所有表面，如果不在阴极保护设计中全部考虑，则整个阴极保护系统设计中会出现电流不足的情况。这适用于内部和外部阴极保护设计。海底/冲刷深度以下的涂层由设计人员（见第5条）决定。任何全部和局部冲刷都应纳入阴极保护设计，浸没区的表面积计算应包括海底标高加最大冲刷深度。在内部设置冲刷保护时，由于电解质受限，可能会影响电解质的电阻率，应考虑这一点。从外部来看，由于电解质的体积巨大，则不存在任何问题。漂浮式海上风电结构上的锚固系统应视为单独的区域，并应具有独立的阴极保护系统。8.5环境因素8.5.1一般规定本文件适用于位于各种成分的海水以及各种类型土壤中的所有海上风力发电机结构的浸没和埋设部分。对于交替浸没和暴露在大气中的表面，阴极保护只有在浸没时间足够长、使钢极化并保持极化时才有效。阴极保护对裸露（无涂层）钢有效。还经常与保护涂层（涂料）联合使用，可有效降低所需阴极保护电流需求并改善电流分布。结构的安装部分和土壤之间的摩擦会损坏结构上的涂层。附录D提供了可能适用的涂层破损系数的指导。由于结构元件与海底（例如吸力筒）之间需要摩擦，不能涂覆涂层。设计电流密度和总阴极保护电流需求取决于海水流速、海水温度、侵蚀、溶解氧含量以及在裸金属表面形成和维持保护性钙质沉积物的能力。附录C中给出了相关指导信息。GB/TXXXXX—XXXX/ISO以下列出的环境因素会影响阴极保护电流需求以及阴极保护系统提供该电流的能力，应当进行评估。这些影响对于确定海上风电基础采用适当阴极保护具有重要意义。应计算由于阳极相互接近而引起的阳极电流输出显著减少的影响，见E.1.8。应计算从靠近阳极到距离阳极最远点的电流和潜在衰减对钢结构的影响，见附录E。8.5.2海水流速初期极化和整个寿命期间维持极化的阴极保护电流密度需求随海水流速显著变化。图6描述了从海底/冲刷平面垂直向上速度增加的情况，B.7描述了水平流速的影响。水平流速会在垂直管状结构周围加速，为了阴极保护设计的目的，应根据附录B和图6所示，对在不同深度的测定流速（见8.6.2）进行标记，以确定所需的适当阴极保护电流密度。8.5.3电解质电阻率电解质电阻率在牺牲阳极系统设计中的重要性在于它是计算阳极到远端海水电阻的一个因素，从而影响阳极电流输出，见附录E。对于外加电流系统，在系统设计期间应考虑电阻率，以提供足够的输出电压。然而，电解质电阻率也会影响阳极电流的分布，从而影响结构极化的程度。电阻率越高，极化距离越短。海水电阻率(ρ,单位：Ωm）取决于海水盐度和温度。如附录E所示，在开放海水中，盐度值在较小的范围内保持合理的恒定。但是，在一些海上风电场位置，例如近岸区域（尤其是靠近河口和潮流显著的区域）或受冰雪融化/季节性淡水进入影响的区域（例如波罗的海和里海），电阻率可能随位置和时间发生很大变化。在某些条件下，不同深度处可能存在不同盐度的分层，导致电阻率随深度变化。阴极保护设计中应考虑这些所有因素。电阻率值应基于特定位置的实际数据，该数据应反映年度期间的平均值、变化以及随深度的变化。设计中应使用一年中最冷月份（或由于温度和淡水盐度稀释而造成的电阻率最高的月份）的平均温度相对应的电阻率。在没有测量海水电阻率的情况下，应使用当地盐度和温度测量值以及附录E进行准确评估。如果阳极安装在海底沉积物中，在没有测量值的情况下，海底电阻率应由阴极保护设计人员确定或估计（见第5条）。如果沉积物电阻率没有实际数据，设计时采用海水电阻率的5倍为默认值。8.5.4海水温度温度对海水电阻率（见8.5.3）以及溶解氧水平和钙质沉积物形成有显著影响。阴极保护设计中应考虑可预见的温度范围。提高水温会降低氧溶解度，从而降低所需的阴极保护电流密度。但也会增加腐蚀速率并增加所需的阴极保护电流密度。因此，海水温度对阴极保护设计的影响是复杂的，应详细说明。附录C提供了有关温度对阴极保护设计参数影响的信息指南。GB/TXXXXX—XXXX/ISO降低温度会增加钙质沉积物的溶解度，并影响其形成速率和形态，从而降低ISO12473中所述沉积物的保护性。8.5.5钙质沉积物结构表面的钙质沉积物是阴极保护过程中阴极反应的结果，见ISO12473。当钙质沉积物形成时，当前保护结构的要求就会降低。平均电流密度在很大程度上取决于海水中钢的钙质沉积物的性质。应考虑水流、悬浮淤泥、沙子、冰或冰流对钙质沉积物稳定性的影响。钙质沉积物的稳定性也会受到风暴的影响。附录D和参考文献[35]中给出了指导。8.6保护电流需求8.6.1一般规定结构中每个金属部件的所需电流是其暴露于电解质的表面积和所选电流密度的乘积。在适当的情况下，可以通过增加涂层来减少需求。术语“电流密度”是指被保护结构的单位裸露面积的阴极保护电流。选定的电流密度是实现和维持被保护结构的极化所需的电流密度。电流密度应根据同一地点类似设施的经验，根据全面测试，或根据测量的与电流密度有关的环境条件公开数据选择，如附录C。如果未准确评估以往项目的阴极保护性能，则应谨慎使用以往项目的“经过验证的设计实践”。评估应包括电位、固定电位（数据记录）、电流或电流密度测量或检查，以验证设计在一年中任何时候、所有环境条件下完全符合阴极保护设计标准的有效性。电流需求计算应包括初期（或极化）、平均（或平均值）和末期（或复极化）电流密度，以及附录C中给出的信息值。对于牺牲阳极，应根据初期和末期电流要求，根据阳极电阻计算来确定阳极数量和几何形状，见附录E通常称为维持电流的平均电流需求来确定牺牲阳极总质量的要求，即设计寿命所需的铸造合金的净质量。对于外加电流，阳极设计应根据初期和末期电流值的最大值计算电流需求，并加安全系数。建议最小系数为25%，见10.2.2。虽然涂层不是有效阴极保护所必需的，但通常与阴极保护联合使用，以减少电流需求并改善电流分布/减少衰减，见附录E。对于涂层体系，阴极保护设计应考虑随着涂层失去其电阻有效性而随时间增加的电流需求。在当前电流需求计算公式中用涂层破损系数来实现，见8.6.2。附录D解释了涂层破坏的过程，并建议了适用于海上风力发电机基础结构的一系列涂层系统的涂层破损系数和破损率。8.6.2外表面所需电流计算设计应考虑结构外表面的浸湿频率。GB/TXXXXX—XXXX/ISO对于海底下方打入的桩、吸力筒或锚，阴极保护设计应该考虑全部外表面积，见8.4。表C.4提供了关于部件作为阴极保护或作为阴极保护系统“排流管”的设计指南。阴极保护所需电流计算也应包含所有的阳极支撑结构。为考虑海水流速的影响，应使用海洋气象数据得出的穿过水深的标记海水流速剖面。推荐方法见附录B。上水位应为50%非超标水位下的常湿区，FWZ50%。为了考虑海水流速的影响，应使用海洋气象数据来推导出水深范围内的标记海水流速剖面。推荐的方法论在附录B中描述。上层水位应设置为50%未超越水平的频繁湿润区域，即FWZ50%。电流需求应根据包含从常湿区（FWZ）至钢桩或吸力筒底部在内的表面积来计算。结构至少应分为以下区域：a）FWZ50%至FWZ5%b）FWZ5%至海底/冲刷区c）海底/冲刷区至桩趾/吸力筒高度应计算初期、平均和末期（复极化）的电流需求。总电流需求应计算每个区域的电流需求之和，这些区域定义从FWZ50%到趾部高度。所需的总电流Itotal应按公式（1）计算：I总=I区域(FWZ50%至FWZ5%)+I区域(FWZ5%至海底-冲刷深度)+I区域(海底-冲刷深度至趾部高度)（1）即各个区域的总和。FWZ5%至海底/冲刷区应细分为最大深度10m的区域，以考虑标记海水流速的变化，见图6。如果标记的流速曲线具有合理性，可以调整10米增量，例如在曲线非常陡峭的情况下，可以使用更大的增量。FWZ5%至海底/冲刷区的电流按式（2）计算：I区域=j区域·A区域其中I区域电流，单位AJ区域电流密度，单位A/m2A区域区域表面积，单位m2fc涂层破损系数，无涂层裸钢部件，fc=1应计算结构钢基础的初期、平均和末期（复极化）的电流密度：—海底/冲刷区下方：例如，按照C.4中的指导。—海底/冲刷区上方：应使用如C.2所示的海水流速曲线图确定上述各区域的电流密度，以区域垂直中心标记的海水流速作为基准。GB/TXXXXX—XXXX/ISO图6钢结构面积和区域与海水流速的关系4——A，m；5——A1.，m；6——A2.m；7——Az.m；图6左侧显示了y轴上结构各区域：趾部，海底/冲刷和常湿区域的高度(FWZ5%，FWZ50%和FWZ95%)。A代表各个区域的表面积，将结构细分为：——AFWZ(50%–5%)；——AFWZ(5%-FWZ5%以下最大10m)；——AFWZ(FWZ5%以下最大20m-FWZ5%以下最大10m)，直到海底或冲刷深度；——ABS适用于海底以下；GB/TXXXXX—XXXX/ISOX轴表示附录B中详细定义和推导的海水流速。海底/冲刷区上方，应使用X轴上所示的海水流速（UCP（FWZ50%–5%）、UCP1、UCP2等）来确定给定区域的电流密度，如C.2所示。UCP是用于计算的区域垂直中心。在海底下方，表面积可按C.4所示细分，并显示相应的电流密度。钢筋混凝土基础的电流密度计算指南可见C.5。8.6.3内表面电流需求计算具有自由流动海水的内部舱间的表面积应延伸到最高的内部水位，对于自由流动的条件，应为HAT。单桩内部的水流取决于表面开口的大小、数量和位置以及单桩外部的海况。为了估算合适的电流密度，需要对结构内的海水流速进行详细研究，同时研究环境因素、溶解氧浓度、pH值、盐度等。关于不同溶解氧含量所需电流的指南可见附录C。8.7电连续性基础结构无论采用螺栓法兰连接还是采用导管架焊接，结构的电连续性要满足阳极到结构的电流负载。在单桩和过渡件灌浆的情况下，应在单桩和过渡件间建立电连续性，且在以下任一情况下也应建立——外部牺牲阳极焊接到过渡件上，——内部牺牲阳极连接到过渡件上，——外加电流系统使用阴极线或“汇流点”连接到过渡件，或全部。这些电连续性的设计应确保来自外部和内部阴极保护系统的全部电流可在单桩和过渡件之间传输，且连接点之间的电压降不会对阴极保护系统性能产生不利影响。电连续性设计（横截面、长度和接触电阻）应满足阴极保护和电气安全和防雷接地的要求。建议在电连续性设计方面增加裕量，连续性连接的设计可基于按最大设计阴极保护电流通过时所有并联连接上的总电压降为10mV（见8.6)。牺牲阳极系统与本建议也相关，在这种情况下，阳极设计驱动电压应相应降低（见外加电流阴极保护系统的第10条）。如果采用螺栓连接，则应采用适当的方法进行连接，以避免因振动而松动和因腐蚀而劣化。注：直接针式钎焊是一种适宜的低电阻连接方法，可确保电缆铜芯与单桩和过由于存在较多并联点，例如连续接点和楔形结构等，使用交流或直流电阻测量方法测量的接触电阻值不准确，因此应结合焊点的外观完整性检查进行测量，流经焊点的电流可使用高精度直流钳形表测量。应对连接点的选材和腐蚀防护措施进行选择，以使连接在阴极保护设计寿命内耐用、可靠且可维护，同时应注意，这些连接通常位于水面以上接收不到保护电流，但却处于潮湿、含盐和受潮汐影响的区域。计算所得的过渡件与单桩之间及阳极笼或阳极阵列与单桩之间电缆连接的电压降的程度，这些细节应记录在阴极保护设计方案中。该电压降会降低牺牲阳极发生电流，在设计中为补救这一情况应作出规定。8.8电流消耗和相互作用GB/TXXXXX—XXXX/ISO电流可能被未完全纳入保护范围的结构或部分结构所消耗——电缆保护系统——电缆铠装——需要全面保护的基础或结构的上下区域，以及 阴极保护设计中应记录并考虑这些项目，并计算额外的表面积，应根据具体情况加上适当的额外电流需求。电流消耗取决于表面积和当地环境。若没有其他附近结构的实际测量数据或经验，附录C中给出了一些参考电流密度。数值模型可以给出可能消耗的电流，见附录I。注2：理论上，典型风电场开发中的所有结构将通过阵列电缆的铠装进行电气互结构之间存在显著的电流流动；钢丝铠装的电阻和外部阳极的局部分布决定的结构之间的相互连接应当被认识到，并且从理论上讲，可能会影响未来的新型基础设计或阴极保护系统。8.9设计时安装注意事项对于导管架结构，可在下水前在制造场安装牺牲阳极和外加电流阴极保护阳极及其电缆和导管。数值模型（见附录I）可用于预测电位分布以及阳极位置的最佳选择。对于单桩或过渡件结构，由于打桩过程中的安装限制，牺牲阳极和外加电流阴极保护阳极通常不会预先安装在打入的单桩上。阳极固定在过渡件上，或单桩上的阳极套笼或海底的阳极阵列。打桩作业完成后，应将其与海上现场的单桩进行电气连接。在这种情况下，电位的均匀分布更加困难。外加电流阴极保护系统和牺牲阳极系统都可能存在单桩表面的阳极分布不适当以及电流和电位的衰减。设计阶段的数学建模可以优化整个结构的电流和电位分布，见附录I，从而实现阳极的最佳放置并最大限度地减少极化不足或过度的风险。阴极保护设计应确保阳极和监控系统安装在外部干扰或损坏可能性最小的位置，并在适当情况下便于更换。对于单桩/过渡件基础结构的内部保护，阳极可悬挂在过渡件甲板或下部内部平台上。并在单桩打入海底和过渡件安装完成后进行。单桩和过渡件的安装时间间隔可能很长，阳极与结构的连接与安装同步或安装后完成。应确认阴极保护系统未运行的时间段，并在结构设计中考虑其对结构完整性的影响。如果牺牲阳极作为“串”或垂直阵列悬挂，应特别注意阳极串的电阻、电压降和衰减以及悬挂系统的耐久性，包括在水位以上使用的钢丝绳。电缆芯尺寸选择、连接电缆长度和低接触电阻结构连接细节应详细记录在阴极保护设计报告第15条中。9牺牲阳极系统GB/TXXXXX—XXXX/ISO9.1一般规定牺牲阳极系统是通过在海水中电位比钢更负的合金制造的阳极与钢结构直接连接，从而提供钢结构阴极保护所需的电流，牺牲阳极优先腐蚀产生电流，而无需任何额外的电源。牺牲阳极的发生电流取决于阳极的材料特性、阳极的形状、钢结构的极化程度及其运行的环境条件。因此，每个阳极都具有额定的电流输出，可以在阴极保护系统设计中计算和使用。通过阳极周密的选择和分布，可以实现该结构的阴极保护电流需求。正确设计的牺牲阳极系统应简单、坚固、可靠、可自控。9.2阳极利用率在阴极保护设计中，牺牲阳极输出电流的驱动电位被认为是钢的极化电位与阳极合金的闭路电位之间的差值，该电位由阳极合金和阳极电流密度决定。当钢结构开始从其末期电位极化时，驱动电位最初会更高，但随着结构极化的增加，驱动电位会降低，阳极输出电流（根据欧姆定律计算）会降低，从而实现系统自我调节。当阳极被牺牲消耗时，其尺寸会减小，从而增加了对远端海水的电阻，从而降低了输出电流。牺牲阳极的可用寿命取决于其整个生命周期的总输出电流（电荷）、末期质量、利用系数（并非100%的阳极质量都可用于反应）、电容量。附录E详细说明了阳极对远距离接地（海水）电阻的计算过程，并描述了阳极利用系数。附录E描述了阳极寿命的计算过程，或在阴极保护设计寿命内提供所需总电流需要的阳极合金质量。9.3牺牲阳极合金铝合金和锌合金是开放海水中最常用的牺牲阳极材料。为海洋应用开发的铝基牺牲阳极合金经过专门配制，可在pH值为弱碱、高盐度和高含氧量的海水中使用。在某些区域，海水和海泥条件可能超出上述预定义范围，在这些情况下，不应使用铝阳极。除非另有说明，铝阳极不应在电解质电阻率超过2Ω·m的条件下使用。在某些情况下，例如单桩内部，当新鲜含氧海水不能自由补充时，研究发现，由于铝与海水的反应，封闭隔间中水的pH值会显著降低，这显著影响了合金的效率和阴极保护的功效，见参考文献[33]和[34]。某些铝合金的性能也会因埋在海泥中而受到不利影响，特别是在电流输出保持较低的情况下，见ISO15589-2[8]。锌基阳极可用于海上结构，但其较高的密度会导致较高的阴极保护系统质量。锌阳极可用于淡海水和淡水中。锌在未补充的海水中不会引起明显的酸化，在含氧水补给不确定的情况下，可用于结构的内部阴极保护。由于氢气产生过多，镁阳极不得用于含有海水的内部空间。注：在港口和码头相对安静的水域进行的一些研究表明，锌阳极溶解会引起环境问题，见ZincinEstuaries。GB/TXXXXX—XXXX/ISOEN12496描述了牺牲阳极及其在海水中的电化学性能。如果正确记录了包括相关阳极工作温度和实际使用的阳极成分的这些数据，则牺牲阳极的闭路电位和电容量的可以使用EN12496中所述数据。然而，由于不同的操作条件，在考虑特定条件下（以及特定有限时间范围内）测试的合金时，应谨慎行事。适用于保护大多数低碳锰结构钢的商用铝牺牲阳极是EN12496中的A2合金，如果需要锌合金，EN12496中的Z1合金是适合的。对于对氢脆敏感的钢和耐腐蚀合金，ISO12473中给出了其他建议，如果没有采用其他潜在的限制措施，EN12496中的A4合金可能是合适的选择。9.4阳极选择阳极（无论是铝还是锌）的形状决定了其对远端接地（海水）的电阻和选定驱动电位的电流输出。大多数用于海上风电场基础外部和内部阴极保护的牺牲阳极都是梯形横截面，并且长度比截面尺寸大很多。长度是阳极发生电流的主要决定因素，合金的质量决定阳极寿命。阳极可以是支架式，也可以是平贴式安装在结构上。细长的支架式阳极通常具有更高的阳极利用率。平贴式阳极通常较短，其电阻增加，阳极利用率较低。如果单个阴极保护区域的所有阳极尺寸相同则更合适，例如单桩结构上的外部阳极或单桩结构内部的阳极。不同尺寸和类型的阳极混用是不合适的，因为不同的阳极在整个阴极保护系统生命周期内消耗速率不同。当在单个阴极保护区不可避免地要使用不同尺寸和形状的阳极时，应考虑所有阳极的有效电荷（电流容量）。EN12495[18]和DNVGL-RP-B401[23]有进一步的详细说明。在任何情况下选择阳极形状时，都应适当考虑阴极保护设计和布置需求，以实现在受保护结构上的均匀电位分布。直接安装在结构上的外部阳极会产生来自阳极的流体阻力和循环应力，从而影响结构设计。阳极的位置也可以根据需要来决定，以避免妨碍后续的操作。用于外部的阳极，暴露的阳极铁芯通常焊接到阳极套笼或底座的结构、过渡件或框架上。因此，铁芯材料应为可焊接的钢材。平贴阳极可通过螺栓固定在支撑结构上，尤其是需要更换的情况下，也可见8.3。用于单桩或导管架内部的阳极通常比用于外部的阳极尺寸要小。如果使用内部阳极，由于涉及到通道和搬运问题，可能会有尺寸限制。悬挂在单桩结构内部的阳极应具有吊耳、暴露的铁芯也应具有完整的电缆连接点。阳极铁芯应符合EN12496中规定的要求。铝阳极的铁芯应进行喷砂处理，表面光洁度至少符合ISO8501-1的Sa2½级。这种光洁度应一直保持到铸造时，不允许在铸造前出现任何表面污染。锌阳极的铁芯可以与铝阳极相同处理，也可以按照ISO1461[1]进行热浸镀锌。在铸造之前，不允许出现任何明显的污染。电镀锌涂层不适用于阳极铁芯，铁芯喷砂表面的最小表面粗糙度为75微米，不允许使用钢丸或冷铁丸进行喷砂。GB/TXXXXX—XXXX/ISO阳极制造的检验标准详见EN12496和DNVGL-RP-B401[23]。然而，这些是基于单一结构相对较大吨位的采购，这在海上石油和天然气行业很常见。阳极的检验标准、物理和电化学测试的频率和类型，应根据海上项目及其单个基础结构的总体阳极要求加以考虑，并应构成阳极供应要求和文件的一部分。9.5阳极要求为满足阴极保护设计，应通过所选择的阳极类型和合理分布的安装数量使所需电流（见8.6.2）始终得到满足。所需电流包括末期极化所需的电流，以及在阴极保护设计寿命期间任何增加的复极化所需的电流，当达到充分利用时，阳极应能够在其使用寿命结束时满足复极化的要求。这通常被称为“末期”电流需求，它是在阳极设计寿命结束时提供的电流，而不一定是结构使用寿命结束时的电流。附录E中给出了关于特定形状、尺寸的阳极的发生电流计算方法的指导。阳极的寿命将取决于其质量、发生电流、利用系数和合金的电容量，详见附录E。根据附录E中给出的公式，由平均电流需求计算出在整个阴极保护设计寿命期间运行所需的合金质量。所需的合金质量可以根据整个结构或每个单独构件或每个表面区域来确定所选类型所需的阳极数量（N）可由公式（3）至（5）计算：N≥W总/W阳极（3）N≥I总(初期)/I阳极(初期)（4）N≥I总(末期)/I阳极(末期)其中m总所需的牺牲阳极材料的最小总净质量，单位为千克（kg）m阳极单个牺牲阳极材料的净质量，单位为千克（kg）I总(初期)初期所需的总电流，单位为安培（A）I阳极(初期)单个牺牲阳极材料的初期发生电流，单位为安培（A）I总(末期)末期所需的总电流，单位为安培（A）I阳极(末期)单个牺牲阳极材料的末期发生电流，单位：安培（A）合格的阴极保护设计应满足以上全部三个准则。对于涂层良好的结构，末期或维持期电流需求可能是设计控制因素。9.6阳极分布安装在导管架的牺牲阳极通常焊接在结构上，并应合理分布，以提供足够均匀的电流分布和相应的均匀防护，使所有受保护的表面都符合阴极保护标准。阳极分布对牺牲阳极阴极保护系统的成功设计至关重要，应完整记录在阴极保护设计方案中，见第15章。所有单个阳极的位置应标注在施工图和竣工图上。GB/TXXXXX—XXXX/ISO牺牲阳极通常不预先安装在单桩上，而是安装在过渡件上、后安装在单桩或海底的套笼上。如果有必要将阳极组合在一起，可在过渡件上，及在单桩上的一个或多个套笼上，也可在海底的基座上，使电流均匀分布到结构上。根据水深以及是否是涂层与阴极保护的联合使用，可能需要在不同的高度安装阳极，以便使所有受保护的表面达到阴极保护标准。如果结构上的阳极分布不均匀，则应评估阳极之间相互干扰引起的阳极发生电流的减少。在设计计算中，可使用数学建模技术来考虑相互干扰的影响。如果使用建模来计算阳极相互干扰引起的阳极发生电流的减少，则应由建模专家进行。然而，输入参数特别是阳极和阴极极化曲线，应由阴极保护设计人员根据第5条进行选择。在海水（电解质）中发生电流的计算是基于阳极对远端电阻的计算。发生电流由于以下部位靠近而减小：——阳极到阳极；——阳极到结构；——阳极到海水/空气界面，以及——阳极到海底。建议将阳极放置在−1mLAT以下，使其始终处于浸没状态。关于靠近海水表面时发生电流的减少，见参考文献[37]。即使阳极低于−1mLAT，这些影响也是显著的，建议评估这些影响并在设计中予以考虑。阳极应布置在尽量减少其受到机械损坏的位置，例如不要靠近船只着陆点。对于用于操作或维护的物品，如电缆、系绳或脐带缆，阳极不应存在被钩住的风险。当阳极连接到中间结构，如安装在基础结构上或远离基础结构的阳极套笼或底座时，应通过电缆确保电连接。电缆从阳极支撑结构到基础结构的连接可以通过特定的连接点来实现。安装前可将电缆预安装在阳极组件上，只需要制作基础结构连接附录当电缆用于阳极连接时，这些电缆可能比跨接电缆长，见8.7，并且应适当考虑电缆尺寸和电缆压降，见附录F。电缆连接点易因海流引起的移动受损，应适当考虑两端电缆连接的安全性。建议使用中间连接板和弯曲限制器或电缆夹具。8.9中描述了其他常规安装要求。EN17243提供了管道内表面电位分布信息。安装在浸水单桩内部的阳极需要符合特定的设计要求。如果安装阳极“串”，则应计算并记录沿串的电流衰减；第11条规定，通常需要将阳极与绝缘护套铜芯电缆连接，将其连接到过渡件或单桩。单桩及其内的水柱形成一个有限的电解质体积，阳极在该体积内将电流输送到单桩表面；海水中的垂直电压降不可忽略，并且在海底以下明显更大。阳极到阳极和阳极到阴极（钢）的间距应较小，这将降低阳极发生电流。建议对布置进行数学建模。10外加电流系统GB/TXXXXX—XXXX/ISO10.1一般规定外加电流系统通过将结构连接到可控直流电源的负极，并将电源的正极连接到浸入或埋在与结构相同的电解质中的一个或多个外加电流阳极，提供钢结构阴极保护所需的直流电流。控制由电源提供的直流电流输出，以在结构的整个钢表面获得并保持足够的保护电位水平，应确定阳极的电流、数量和位置以及参比电极数量和位置，以便达到保护电位标准，并在预期的阴极保护使用寿命内，保持结构的整个表面获得“完全”阴极保护，区域见图2、图3、图4和图5。通常，外加电流系统阳极的尺寸和质量比牺牲阳极小，而由于控制电源的驱动电压通常在0V到24VDC范围内，因此能够提供大电流输出控制。外加电流系统需要电源和相关电缆才能运行，并且需要进行调整以确保极化极限在要求范围内。同时需要使用参比电极进行自动电位控制，以测量并保持在标准范围内，包括钢对电解质（海水）的最大负电位和最小负电位。如果断电、连接电缆或参比电极损坏，或两者兼而有之，将无法工作。海上风电场多无人值守，这使得运营和维护困难且昂贵。在电源故障、保险丝或断路器跳闸、参比电极故障、电气或软件系统故障以及阳极或电缆故障的情况下，会导致阴极保护失效的风险。此外，由于雷电事件，阳极通过电源作为接地系统的一部分，也存在系统故障的风险。外加电流阴极保护系统可靠性的主要特点是：——数据基础设施能确保所有者获得持续的性能数据，并能够及时响应；——所有者及时操作、维护和维修的组织能力和投入；——前期操作和维护手册、故障响应计划；操作和维护手册应包括如何维修、何时维修的说明。外加电流阴极保护系统的设计非常复杂。见第14章，应为每个外加电流系统提供运维手册。电缆故障在某种程度上是可以预见的，设计应考虑到这一点。在结构内部布线是可能降低电缆故障风险的一种方式。应仔细评估电子元件的平均故障间隔时间（MTBF），并建议在安装时制定更换程序。外加电流系统在封闭空间内应用将产生氢气和氯气（腐蚀性和爆炸性），见。当使用外加电流阴极保护时，应采取预防措施，避免出现腐蚀性或爆炸性情况。氯气和氢气的安全通风是必要的。这些气体具有潜在的爆炸风险，氯气会带来腐蚀和人员伤害。应评估、记录和减轻水位以上加速腐蚀的风险，特别是对“密闭”甲板、梯子、下部工作平台和支撑梁的腐蚀风险。10.2设计要素10.2.1一般规定对于大型风电场来说，基础结构的安装需要时间，通常在基础安装后6个月或更长时间内，塔筒、机舱和机翼/叶片才安装完毕并并网，该时间内无电力供应。在通电之前应提供临时防腐措施，例如使用：GB/TXXXXX—XXXX/ISO——可以使用其他电力，例如太阳能电池板、柴油发电机或类似设备。设计计算及材料、安装、调试和操作规范应完整记录在设计方案中，见第15章。10.2.2外加电流阴极保护系统的快速恢复能力设计为了提供一定程度的快速恢复能力并提高外加电流阴极保护系统的可靠性，设计人员（见第5条）应考虑是否应在每个基础上安装和运行多个电源。对于无涂层结构在末期极化之后，电源通常在<50%的额定电流下运行就达到预期的维持电流需求。如果两台机组并行运行，其中一个发生故障，至少在非风暴条件下，通过适当的设计，则在只有一个机组运行的情况下，也能够达到阴极保护标准要求。为维修或更换故障的直流电源提供了时间。同样，设计人员应考虑并记录每个直流电源是否应安装两个以上的参比电极，以便在其中一个发生故障时，可以远程或就地选择另一个，以控制最小或最大的保护条件。此外，如果所有参比电极都发生故障，直流电源则可以在恒流或恒压模式下运行。即使所有参比电极发生故障，直流电源输出电流也不会为零或最大，应自动或通过远程控制设置适当的恒定值，以保持极化并防止过度极化，这虽不能实现最佳性能，但阴极保护系统会在失效到更换参比电极的时间内维持一定程度上的运行。如果外加电流阴极保护系统处于恒电位模式，建议对整流系统中的电压和电流进行限制，以避免过保护。由于外加电流阴极保护系统的运行和维护需求，应向中央监控室实时提供运行和性能数据，一般在陆地上并与风机中央监控室相连。这将为超出最佳性能时警报。操作程序、人员要求以及必要时所寻求的专家意见，应形成文件在阴极保护设计要求符合保护电位的情况下，可考虑将固定参比电极放置在海底下方。根据本标准设计的阳极系统应能够提供初期极化所需的高电流密度，因此在正常工作条件下，当维持电流密度足以维持结构的极化时，通常可以接受阳极输出电流的一些损耗。阴极保护方案和阳极分布应进行评估，以提供初期电流密度或极化电流密度，并确保结构的最远区域也能完全极化到设计标准。要使整个结构达到设计电位，对于裸露结构预计在阴极保护系统开始工作的2至3个月内，对于涂层良好的结构，需要2到3周。对于裸结构，在近似稳定和稳定电流密度下，完全极化可能需要长达12个月，对于涂层良好的结构，可能需要长达3个月。平均或维持电流密度，通常小于初期电流密度或极化电流密度的50%，通过这种“备用”容量提供快速恢复能力。阴极保护设计人员（见第5章）应记录参比电极和阳极是否可以在水下由潜水员或ROV更换。10.2.3外加电流阴极保护系统的电流要求阴极保护的最大保护电流需求（I最大）应根据8.6的公式进行计算。阴极保护系统应设计有安全系数，以便能够提供电流I总，比计算出的最大保护电流需求I最大至少高出25%，具体取决于结构的几何形状和涂层。可以根据8.9中推荐的数值模型来增加该系数。单桩过渡件上仅有阳极的阴极保护系统可能需要超过1.25的系数，并且应进行建模以获得最佳评估，如公式（6）所示：GB/TXXXXX—XXXX/ISOI总≥1.25I最大（6）10.2.4外加电流阴极保护系统组件——外加电流系统的组件应包括，——阳极，——参比电极，——阳极屏蔽层，如果阳极和钢结构之间不能保持足够的距离，——阳极电缆、阴极电缆及其连接，见第11条，——以及密封圈，电缆贯穿水密部位所需要的。10.2.5直流电源直流电源通常是将交流输入转换为直流输出的变压整流器（TR）。也可以使用高频开关、太阳能、风能等替代电源，但它们应具备在整个阴极保护设计寿命内连续提供直流电压和电流的能力，应在阴极保护设计方案中进行评估和记录。然而，集成数据记录和远程监测与控制带来的额外复杂性直流电源输出电压的计算应考虑电路（电缆、阳极和阴极）的电阻、海水中的欧姆电压降以及工作条件下阳极和阴极界面产生的电动势（通常为2V）以及阳极的推荐工作电压，见附录