Prefazione
I materiali di costruzione delle navi e dei loro sistemi di tubazioni dell'acqua di mare sono fondamentalmente acciaio, e l'acqua di mare è un agente fortemente corrosivo per l'acciaio. Senza efficaci misure di protezione per le lamiere dello scafo e le tubazioni dell'acqua di mare, questi materiali subiranno reazioni chimiche e/o elettrochimiche durante l'uso, provocando corrosione e riducendo drasticamente la vita utile della nave. Attualmente, i metodi di protezione più comuni includono l'applicazione di rivestimenti anticorrosione al di sotto della linea di galleggiamento, la verniciatura con vernice antiruggine sulla superficie esterna delle tubazioni dell'acqua di mare, il rivestimento delle pareti interne con film sottili anticorrosione o l'utilizzo di rivestimenti anticorrosione.
Tuttavia, quando la nave attracca o lascia il molo, lo scafo inevitabilmente raschia contro il molo, i parabordi, i rimorchiatori, ecc., causando danni alla vernice antiruggine o al rivestimento anticorrosione dello scafo; durante la rimozione di organismi marini attaccati allo scafo, la vernice antiruggine o lo strato protettivo anticorrosione dello scafo possono danneggiarsi mentre gli organismi marini vengono staccati; lo scafo e le condotte dell'acqua di mare sono soggetti a stress termico, stress torsionale, invecchiamento dello strato protettivo e minuscoli fori nel rivestimento; durante le operazioni di manutenzione sulle condotte dell'acqua di mare (specialmente quando si utilizza la saldatura elettrica), gli strati protettivi anticorrosione all'interno e all'esterno delle condotte si danneggiano facilmente; inoltre, le pale del timone, le eliche e gli alberi dell'elica della nave entrano inevitabilmente in contatto con l'acqua di mare. Questi danni, difetti e distruzioni porteranno infine al contatto diretto tra le parti metalliche esposte della nave e l'acqua di mare, con conseguente corrosione chimica e/o elettrochimica localizzata.
Per prevenire la corrosione degli scafi danneggiati, delle condotte dell'acqua di mare con strati protettivi interni ed esterni danneggiati, nonché delle pale del timone, degli alberi, delle eliche e di altre parti a contatto con l'acqua di mare, e per prolungare la vita utile della nave, sono emersi dispositivi di protezione anticorrosione navale come il sistema di protezione catodica a corrente impressa (ICCP), il dispositivo di messa a terra dell'albero e il sistema di prevenzione della crescita di organismi marini (MGPS).
Reazioni elettrochimiche
Quando due metalli o metalli contenenti impurità vengono posti in un elettrolita (l'acqua di mare è un elettrolita), il metallo con maggiore attività (zinco Zn nella figura sottostante) tende a perdere elettroni, subire ossidazione e diventare un anodo consumato; il metallo con minore attività (ferro Fe nella figura sottostante) acquista elettroni, subisce riduzione e diventa un catodo protetto.
In base alle diverse modalità di erogazione della corrente catodica, la protezione catodica delle navi si divide in metodo ad anodo sacrificale e metodo a corrente impressa.
Il metodo dell'anodo sacrificale collega un metallo più attivo (come alluminio, zinco, ecc.) alla struttura metallica da proteggere (come l'acciaio). Attraverso la continua dissoluzione e il consumo del metallo più attivo, viene fornita una corrente protettiva alla struttura metallica da proteggere, salvaguardandola.
Per la protezione delle navi con anodi sacrificali, un certo numero di blocchi di lega di zinco vengono generalmente installati come anodi sacrificali lungo il lato esterno dello scafo, in corrispondenza della linea di flusso della chiglia di sentina, delle scatole delle valvole dell'acqua di mare, dei doppi fondi, delle aree interne dei compartimenti a doppio scafo e delle eliche del timone. L'utilizzo di materiali in lega di alluminio offre un effetto migliore, ma questi sono vietati in aree come sale macchine e serbatoi di carico dell'olio (a causa della possibilità di scintille causate da un'eccessiva differenza di potenziale). La durata di vita prevista per gli anodi sacrificali è generalmente di 2-3 anni e devono essere ispezionati e sostituiti completamente durante ogni bacino di carenaggio.
Il metodo a corrente impressa inverte il processo di corrosione elettrochimica. Modifica il potenziale dell'ambiente circostante tramite un alimentatore esterno, mantenendo il potenziale della parte da proteggere inferiore a quello dell'ambiente circostante, rendendola così il catodo dell'intero ambiente. In questo modo, la parte protetta non si corroderà a causa della perdita di elettroni.
(Immagine: Parte protetta – Acqua di mare – Anodo ausiliario)
Sistema di protezione catodica a corrente impressa (ICCP)
Il sistema ICCP utilizza il principio della corrosione elettrochimica per convertire la corrente alternata esterna in corrente continua a bassa tensione e applica una certa quantità di corrente continua allo scafo tramite anodi ausiliari. Quando il circuito è collegato, un raddrizzatore o un potenziostato viene utilizzato per mantenere lo scafo a un basso potenziale. In base alla variazione di potenziale dello scafo in acqua di mare, gli elettroni vengono rilasciati attivamente per proteggere lo scafo, il timone, le eliche, ecc., dalla corrosione: l'anodo collegato all'alimentatore esterno di corrente continua applica direttamente corrente allo scafo protetto, fornendo continuamente elettroni per arricchire la superficie dello scafo. Controllando il potenziale dello scafo o l'intensità della corrente, lo scafo subisce una polarizzazione catodica (trasformando l'intero scafo in un catodo). La corrente forma un circuito chiuso dall'anodo ausiliario attraverso l'acqua di mare fino allo scafo, inibendo efficacemente il processo di corrosione e dissoluzione del metallo sulla superficie dello scafo. In questo modo, si riduce o addirittura si inibisce completamente la corrosione elettrochimica della parte sommersa dello scafo, e si possono sostituire i blocchi di zinco o alluminio del dispositivo di protezione anodica sacrificale per la protezione dello scafo.
Inoltre, la corrente proveniente dal dispositivo di protezione catodica entra anche nel timone. Per prevenire la corrosione causata dal ritorno della corrente al raddrizzatore attraverso il cuscinetto del timone, la pala del timone è collegata allo scafo con un cavo fisso, che costituisce il sistema di messa a terra della pala del timone.
I componenti principali del sistema ICCP includono la centralina di controllo ICCP, un alimentatore a corrente continua a controllo intelligente, anodi ausiliari che trasmettono la corrente continua in uscita dall'alimentatore allo scafo, elettrodi di riferimento per il confronto, i relativi cavi di collegamento e materiali di schermatura isolanti. Naturalmente, l'acqua di mare è indispensabile per la realizzazione di un circuito di funzionamento completo.
La centralina di controllo ICCP è generalmente installata in sala macchine e contiene un trasformatore di riduzione, un raddrizzatore, un induttore, un fusibile, un interruttore, una ventola di raffreddamento e un display LCD. La sua funzione principale è quella di monitorare il potenziale dello scafo attraverso l'elettrodo di riferimento e di erogare una determinata quantità di corrente continua di compensazione all'anodo ausiliario. È necessario effettuare e registrare quotidianamente i controlli di tensione e corrente dell'ICCP e tutti i parametri devono essere conformi ai requisiti del manuale.
Attualmente, due tipi di alimentatori a corrente continua sono ampiamente utilizzati: i raddrizzatori e i potenziostati. La loro funzione è quella di fornire una corrente stabile di una determinata intensità in base alle variazioni dell'area sommersa dello scafo, della qualità dell'acqua, ecc. Quando l'area sommersa dello scafo e la qualità dell'acqua non variano molto, si utilizza solitamente un raddrizzatore a controllo manuale; quando invece l'area sommersa dello scafo e la qualità dell'acqua cambiano frequentemente, si utilizza generalmente un potenziostato a controllo automatico per mantenere il potenziale della parte sommersa dello scafo entro l'intervallo ottimale di protezione.
L'anodo ausiliario è composto da una piastra di metallo inerte (come titanio platinato, ossido di metallo misto, ecc.) inglobata in una base isolante, installata in una cabina di isolamento stagna, con il terminale positivo collegato alla centralina di controllo ICCP. La sua funzione è quella di trasmettere la corrente di compensazione in uscita dall'alimentatore in corrente continua allo scafo attraverso l'acqua di mare, mantenendo il potenziale dello scafo a un livello normale, il che può proteggere efficacemente la parte sommersa dello scafo, di grandi dimensioni e dalla struttura complessa.
L'elettrodo di riferimento viene utilizzato per misurare il potenziale dello scafo. In base ai risultati della misurazione, fornisce segnali di controllo al raddrizzatore o al potenziostato a controllo automatico e regola la corrente di uscita tramite confronto e riferimento per mantenere lo scafo in un buono stato di protezione. La differenza di potenziale tra l'elettrodo di riferimento e lo scafo è influenzata da molti fattori come la salinità dell'acqua di mare, la velocità della nave, la temperatura e le correnti oceaniche. Se l'elettrodo di riferimento è danneggiato o in cortocircuito, sul pannello di controllo ICCP verrà visualizzato un messaggio di errore.
Collegamenti dei cavi: La corrente fluisce dal polo positivo del trasformatore raddrizzatore dell'alimentatore CC, passa attraverso il cavo anodico fino all'anodo ausiliario, quindi raggiunge lo scafo danneggiato attraverso l'acqua di mare e ritorna al polo negativo dell'alimentatore dallo scafo attraverso il cavo catodico, formando un circuito di lavoro. Analogamente, la corrente fluisce dal polo positivo del trasformatore raddrizzatore dell'alimentatore CC, passa attraverso l'elettrodo di riferimento tramite il cavo di misura e ritorna al polo negativo dell'alimentatore attraverso il cavo catodico.
Attorno all'anodo ausiliario viene installata una schermatura isolante per garantire un isolamento elettrico completo dello scafo, inibendo la generazione di corrente di corrosione e prevenendo così la corrosione dello scafo stesso. In altre parole, la schermatura isolante assicura che la corrente in uscita dall'anodo ausiliario non vada in cortocircuito in prossimità dell'anodo stesso e possa raggiungere le parti più distanti dello scafo.
Se il sistema ICCP si guasta o rimane spento per un lungo periodo, ciò provocherà una grave corrosione delle lamiere dello scafo (in particolare delle saldature tra le lamiere), riducendo drasticamente la vita utile della nave.
Per garantire che lo scafo sia sempre ben protetto, l'alimentazione elettrica deve rimanere attiva e il sistema deve funzionare in modalità automatica, solitamente senza necessità di regolazioni manuali. Tuttavia, in caso di guasto della modalità automatica (ad esempio, per la sostituzione della scheda di controllo) o quando si entra in acque dolci, il sistema deve essere commutato in modalità manuale o spento. Spegnere il sistema per poche ore ha un impatto minimo, ma se il sistema rimane spento per un periodo prolungato, ci vorrà del tempo prima che raggiunga il suo stato di protezione ottimale una volta riavviato.
Una regolare manutenzione preventiva prolungherà la durata utile delle apparecchiature, ridurrà i tempi di fermo del sistema e limiterà i danni ai componenti del sistema; durante la sosta in porto, aprire i coperchi delle cabine di isolamento degli anodi ausiliari e degli elettrodi di riferimento (assicurandosi che non vi sia pressione dell'acqua all'interno) per verificarne la tenuta stagna con lo scafo, prevenendo infiltrazioni di acqua di mare o accumulo di condensa; se le condizioni lo consentono, ispezionare visivamente dall'esterno gli anodi ausiliari, gli elettrodi di riferimento, la schermatura isolante e le condizioni circostanti.
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