پیشگفتار
مواد سازنده کشتیهای دریایی و سیستمهای لولهکشی آب دریا اساساً از فولاد هستند و آب دریا خاصیت خورندگی بالایی نسبت به فولاد دارد. بدون اقدامات حفاظتی مؤثر برای صفحات بدنه و خطوط لوله آب دریا، این مواد در حین استفاده دچار واکنشهای شیمیایی و/یا الکتروشیمیایی میشوند که منجر به خوردگی میشود و عمر مفید کشتی را تا حد زیادی کاهش میدهد. در حال حاضر، روشهای حفاظتی رایج شامل اعمال پوششهای ضد خوردگی در زیر خط آب کشتی، رنگآمیزی رنگ ضد زنگ در قسمت بیرونی خطوط لوله آب دریا، پوشش دیوارههای داخلی با پوششهای نازک فیلم ضد خوردگی یا استفاده از آسترهای ضد خوردگی است.
با این حال، هنگامی که کشتی پهلو میگیرد یا از اسکله حرکت میکند، بدنه کشتی به ناچار به اسکله، گلگیرها، یدککشها و غیره برخورد میکند و باعث آسیب به رنگ ضد زنگ یا پوشش ضد خوردگی بدنه میشود؛ هنگام جدا کردن موجودات دریایی چسبیده از بدنه، ممکن است رنگ ضد زنگ یا لایه محافظ ضد خوردگی بدنه در حین کنده شدن موجودات دریایی آسیب ببیند؛ بدنه و خطوط لوله آب دریا در معرض تنش حرارتی، تنش پیچشی، پیری لایه محافظ و سوراخهای ریز در پوشش قرار میگیرند؛ در طول عملیات تعمیر و نگهداری خطوط لوله آب دریا (به ویژه هنگامی که از جوشکاری الکتریکی استفاده میشود)، لایههای محافظ ضد خوردگی داخل و خارج خطوط لوله به راحتی آسیب میبینند؛ علاوه بر این، تیغههای سکان، پروانهها و شفتهای پروانه کشتی به ناچار با آب دریا در تماس قرار میگیرند. این آسیبها، نقصها و تخریبها در نهایت منجر به تماس مستقیم بین قطعات فلزی در معرض دید کشتی و آب دریا میشود و در نتیجه خوردگی شیمیایی و/یا الکتروشیمیایی موضعی ایجاد میگردد.
برای جلوگیری از خوردگی بدنههای آسیبدیده، خطوط لوله آب دریا با لایههای محافظ داخلی و خارجی آسیبدیده، و همچنین تیغههای سکان، شفتها، پروانهها و سایر قطعات در تماس با آب دریا، و برای افزایش طول عمر کشتی، دستگاههای محافظت در برابر خوردگی کشتی مانند سیستم حفاظت کاتدی جریان اعمالی (ICCP)، دستگاه اتصال شفت و سیستم جلوگیری از رشد دریایی (MGPS) پدیدار شدهاند.
واکنشهای الکتروشیمیایی
وقتی دو فلز یا فلزات حاوی ناخالصی در یک الکترولیت قرار میگیرند (آب دریا یک الکترولیت است)، فلزی که فعالیت بیشتری دارد (روی و Zn در شکل زیر) تمایل به از دست دادن الکترون، اکسیداسیون و تبدیل شدن به آند مصرفشده دارد؛ فلزی که فعالیت کمتری دارد (آهن و Fe در شکل زیر) الکترون میگیرد، کاهش مییابد و به یک کاتد محافظتشده تبدیل میشود.
با توجه به روشهای مختلف تأمین جریان کاتدی، حفاظت کاتدی کشتی به روش آند فداشونده و روش جریان اعمالی تقسیم میشود.
روش آند فداشونده، یک فلز فعالتر (مانند آلومینیوم، روی و غیره) را به سازه فلزی محافظتشده (مانند فولاد) متصل میکند. از طریق حل شدن و مصرف مداوم فلز فعالتر، جریان محافظ را برای سازه فلزی محافظتشده فراهم میکند و در نتیجه از آن محافظت میکند.
برای محافظت از آندهای فداشونده کشتی، معمولاً تعداد مشخصی از آلیاژهای بلوک روی به عنوان آندهای فداشونده در امتداد قسمت بیرونی بدنه در امتداد خط جریان تیرک آبگیر، جعبههای شیر آب دریا، کفهای دوتایی، نواحی داخلی محفظههای دو بدنه و پروانههای سکان نصب میشوند. در صورت استفاده از مواد آلیاژ آلومینیوم، اثر بهتر است، اما استفاده از آنها در مناطقی مانند موتورخانهها و مخازن روغن بار (به دلیل احتمال جرقه ناشی از اختلاف پتانسیل بیش از حد) ممنوع است. عمر مفید طراحی آندهای فداشونده عموماً 2-3 سال است و آنها باید در هر بار پهلوگیری خشک به طور کامل بازرسی و تعویض شوند.
روش اعمال جریان، فرآیند خوردگی الکتروشیمیایی را معکوس میکند. این روش پتانسیل محیط اطراف را از طریق یک منبع تغذیه خارجی تغییر میدهد و پتانسیل قطعه مورد محافظت را پایینتر از محیط اطراف نگه میدارد و در نتیجه آن را به کاتد در کل محیط تبدیل میکند. به این ترتیب، قطعه محافظت شده به دلیل از دست دادن الکترونها دچار خوردگی نخواهد شد.
(تصویر: قطعه محافظتشده «آب دریا» آند کمکی)
سیستم حفاظت کاتدی با اعمال جریان (ICCP)
سیستم ICCP از اصل خوردگی الکتروشیمیایی برای تبدیل جریان متناوب خارجی به جریان مستقیم ولتاژ پایین استفاده میکند و مقدار مشخصی از جریان مستقیم را از طریق آندهای کمکی به بدنه اعمال میکند. هنگامی که مدار متصل است، از یکسوکننده یا پتانسیواستات برای حفظ پتانسیل پایین بدنه استفاده میشود. با توجه به تغییر پتانسیل بدنه در آب دریا، الکترونها به طور فعال آزاد میشوند تا از بدنه، پروانههای سکان و غیره در برابر خوردگی محافظت کنند: آند متصل به منبع تغذیه جریان مستقیم خارجی مستقیماً جریان را به بدنه محافظت شده اعمال میکند و به طور مداوم الکترونها را برای غنیسازی سطح بدنه با الکترونها فراهم میکند. با کنترل پتانسیل بدنه یا شدت جریان، بدنه تحت قطبش کاتدی قرار میگیرد (کل بدنه را به کاتد تبدیل میکند). جریان یک حلقه بسته از آند کمکی از طریق آب دریا به بدنه تشکیل میدهد و به طور مؤثر فرآیند خوردگی و انحلال فلز روی سطح بدنه را مهار میکند. بنابراین، خوردگی الکتروشیمیایی قسمت غوطهور بدنه را کاهش میدهد یا حتی به طور کامل مهار میکند، که میتواند جایگزین بلوکهای روی یا آلومینیومی دستگاه حفاظت آند فداشونده برای محافظت از بدنه شود.
علاوه بر این، جریان از دستگاه حفاظت کاتدی نیز وارد سکان میشود. برای جلوگیری از خوردگی ناشی از بازگشت جریان به یکسوکننده از طریق یاتاقان سکان، تیغه سکان با یک کابل ثابت به بدنه متصل میشود که همان چیدمان اتصال زمین تیغه سکان است.
اجزای اصلی سیستم ICCP شامل جعبه کنترل ICCP، یک منبع تغذیه جریان مستقیم هوشمند کنترلشده، آندهای کمکی که خروجی جریان مستقیم را از منبع تغذیه جریان مستقیم به بدنه منتقل میکنند، الکترودهای مرجع برای مقایسه، کابلهای اتصال مربوطه و مواد محافظ عایق است. البته، آب دریا برای تشکیل یک حلقه کاری کامل ضروری است.
جعبه کنترل ICCP معمولاً در موتورخانه نصب میشود و شامل یک ترانسفورماتور کاهنده، یکسوکننده، سلف، فیوز، سوئیچ، فن خنککننده و صفحه نمایش LCD است. وظیفه اصلی آن نظارت بر پتانسیل بدنه از طریق الکترود مرجع و خروجی مقدار مشخصی جریان مستقیم جبرانی به آند کمکی است. بازرسیهای روزانه ولتاژ و جریان ICCP باید انجام و ثبت شود و همه پارامترها باید با الزامات دفترچه راهنما مطابقت داشته باشند.
در حال حاضر، دو نوع منبع تغذیه جریان مستقیم به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند: یکسوکنندهها و پتانسیواستاتها. وظیفه آنها تأمین جریان پایدار با مقدار مشخصی با توجه به تغییرات در ناحیه غوطهور بدنه، کیفیت آب و غیره است. هنگامی که ناحیه غوطهور بدنه و کیفیت آب تغییر زیادی نمیکنند، معمولاً از یکسوکننده با کنترل دستی استفاده میشود. هنگامی که ناحیه غوطهور بدنه و کیفیت آب مرتباً تغییر میکنند، معمولاً از یک پتانسیواستات با کنترل خودکار برای کنترل پتانسیل قسمت غوطهور بدنه در محدوده پتانسیل حفاظتی بهینه استفاده میشود.
آند کمکی از یک صفحه فلزی بیاثر (مانند تیتانیوم پلاتینیزه، اکسید فلزی مخلوط و غیره) تشکیل شده است که در یک پایه عایق تعبیه شده و در یک کابین عایق ضد آب نصب شده است و ترمینال مثبت آن به جعبه کنترل ICCP متصل است. وظیفه آن انتقال جریان جبرانی خروجی توسط منبع تغذیه جریان مستقیم به بدنه از طریق آب دریا و حفظ پتانسیل بدنه در سطح نرمال است که میتواند به طور مؤثر از قسمت غوطهور بدنه با مساحت بزرگ و ساختار پیچیده محافظت کند.
الکترود مرجع برای اندازهگیری پتانسیل بدنه کشتی استفاده میشود. بر اساس نتایج اندازهگیری، این الکترود سیگنالهای کنترلی را به یکسوکننده یا پتانسیواستات کنترلشده خودکار ارسال میکند و جریان خروجی را از طریق مقایسه و مرجع تنظیم میکند تا بدنه کشتی در وضعیت حفاظتی خوبی قرار گیرد. اختلاف پتانسیل بین الکترود مرجع و بدنه کشتی تحت تأثیر عوامل زیادی مانند شوری آب دریا، سرعت کشتی، دما و جریانهای اقیانوسی قرار میگیرد. اگر الکترود مرجع آسیب دیده یا اتصال کوتاه شده باشد، یک پیام خطا روی پنل کنترل ICCP ظاهر میشود.
کابلهای اتصال: جریان از قطب مثبت یکسوساز ترانسفورماتور منبع تغذیه DC خارج میشود، از طریق کابل آند به آند کمکی عبور میکند، سپس از طریق آب دریا به بدنه آسیبدیده میرسد و از طریق کابل کاتد از بدنه به قطب منفی منبع تغذیه برمیگردد و یک حلقه کاری تشکیل میدهد. به طور مشابه، جریان از قطب مثبت یکسوساز ترانسفورماتور منبع تغذیه DC خارج میشود، از طریق کابل اندازهگیری از الکترود مرجع عبور میکند و از طریق کابل کاتد به قطب منفی منبع تغذیه برمیگردد.
برای دستیابی به عایق الکتریکی کامل و ایزولاسیون بدنه، جلوگیری از تولید جریان خوردگی و در نتیجه جلوگیری از خوردگی بدنه، اطراف آند کمکی، محافظ عایق نصب میشود. به عبارت دیگر، محافظ عایق تضمین میکند که جریان خروجی از آند کمکی در نزدیکی آند کمکی اتصال کوتاه نشود و بتواند به قسمتهای دورتر بدنه برسد.
اگر سیستم ICCP از کار بیفتد یا برای مدت طولانی خاموش باشد، منجر به خوردگی شدید صفحات بدنه (به خصوص جوشهای بین صفحات) میشود که عمر مفید کشتی را تا حد زیادی کاهش میدهد.
برای اطمینان از اینکه بدنه همیشه در وضعیت محافظتشده خوبی قرار دارد، منبع تغذیه باید روشن نگه داشته شود و سیستم باید در حالت خودکار، معمولاً بدون تنظیم دستی، کار کند. با این حال، هنگامی که حالت خودکار از کار میافتد (مثلاً، نیاز به تعویض برد کنترل باشد) یا هنگام ورود به مناطق آب شیرین، سیستم باید به حالت دستی تغییر یابد یا خاموش شود. خاموش کردن سیستم برای چند ساعت تأثیر کمی دارد، اما اگر سیستم برای مدت طولانی خاموش باشد، پس از راهاندازی مجدد، مدتی طول میکشد تا سیستم به حالت محافظت بهینه خود برسد.
نگهداری پیشگیرانه منظم، عمر مفید تجهیزات را افزایش میدهد، زمان خاموشی سیستم را کوتاه میکند و آسیب به اجزای سیستم را کاهش میدهد؛ در طول مدت اقامت در بندر، پوششهای کابین ایزوله آندهای کمکی و الکترودهای مرجع را باز کنید (مطمئن شوید که هیچ فشار آبی در داخل وجود ندارد) تا آببندی آنها با بدنه بررسی شود و از نشت آب دریا یا تجمع میعان جلوگیری شود؛ در صورت امکان، آندهای کمکی، الکترودهای مرجع، محافظ عایق و شرایط اطراف آنها را از بیرون به صورت بصری بررسی کنید.
ارسال نظر