선박용 ICCP(강제전류 음극 보호) 및 부식 방지 시스템 소개

머리말

선박과 해수 배관 시스템의 주요 제조 재료는 강철이며, 해수는 강철에 강한 부식성을 가지고 있습니다. 선체 강판과 해수 배관에 효과적인 보호 조치가 없다면, 이러한 재료들은 사용 중에 화학적 및/또는 전기화학적 반응을 일으켜 부식을 유발하고, 이는 선박의 수명을 크게 단축시킵니다. 현재 일반적인 보호 방법으로는 선박 흘수선 아래 부분에 방청 코팅을 적용하거나, 해수 배관 외부에 방청 페인트를 칠하거나, 내벽에 방청 박막 코팅을 하거나, 방청 라이너를 사용하는 것 등이 있습니다.

그러나 선박이 부두에 정박하거나 출항할 때 선체는 필연적으로 부두, 펜더, 예인선 등에 긁히면서 선체의 방청 페인트나 부식 방지 코팅이 손상될 수 있습니다. 또한 선체에 부착된 해양 생물을 제거할 때에도 해양 생물이 벗겨지면서 선체의 방청 페인트나 부식 방지층이 손상될 수 있습니다. 선체와 해수 배관은 열 응력, 비틀림 응력, 보호층의 노화, 코팅의 미세한 구멍 발생 등에 노출될 수 있습니다. 해수 배관 유지 보수 작업(특히 전기 용접을 사용하는 경우) 중에는 배관 내외부의 부식 방지층이 쉽게 손상됩니다. 게다가 선박의 방향타, 프로펠러, 프로펠러 축은 필연적으로 해수와 접촉하게 됩니다. 이러한 손상, 결함 및 파괴는 결국 선박의 노출된 금속 부분과 해수가 직접 접촉하게 되어 국부적인 화학적 및/또는 전기화학적 부식을 초래할 것입니다.

손상된 선체, 내외부 보호층이 손상된 해수 배관, 방향타, 축, 프로펠러 등 해수와 접촉하는 부품의 부식을 방지하고 선박의 수명을 연장하기 위해 강제 전류 음극 보호(ICCP) 시스템, 축 접지 장치, 해양 생물 부착 방지 시스템(MGPS)과 같은 선박 부식 방지 장치가 개발되었다.

전기화학 반응

두 금속 또는 불순물을 포함하는 금속을 전해질(해수는 전해질임)에 넣으면, 활성이 더 높은 금속(아래 그림의 아연 Zn)은 전자를 잃고 산화되어 소모되는 양극이 되고, 활성이 더 낮은 금속(아래 그림의 철 Fe)은 전자를 얻고 환원되어 보호되는 음극이 됩니다.

선박의 음극 보호는 음극 전류를 공급하는 방식에 따라 희생양극 방식과 강제전류 방식으로 나뉜다.

희생양극 방식은 보호 대상 금속 구조물(예: 강철)에 활성이 더 높은 금속(예: 알루미늄, 아연 등)을 연결하는 방식입니다. 활성이 높은 금속이 지속적으로 용해되고 소모되면서 보호 대상 금속 구조물에 보호 전류를 공급하여 보호 효과를 발휘합니다.

선박의 희생양극 보호를 위해 일반적으로 아연 블록 합금을 선체 외측의 빌지 킬 유선, 해수 밸브 박스, 이중 바닥, 이중 선체 구획 내부, 방향타 프로펠러 등에 희생양극으로 설치합니다. 알루미늄 합금을 사용하면 효과가 더 좋지만, 엔진실이나 화물유 탱크와 같은 곳에서는 과도한 전위차로 인한 스파크 발생 가능성 때문에 사용이 금지됩니다. 희생양극의 설계 수명은 일반적으로 2~3년이며, 매번 드라이도킹 시 전체 점검 및 교체를 실시해야 합니다.

강제 전류 방식은 전기화학적 부식 과정을 역전시키는 방법입니다. 외부 전원을 통해 주변 환경의 전위를 변화시켜 보호 대상 부품의 전위를 주변 환경보다 낮게 유지함으로써, 보호 대상 부품을 전체 환경에서 음극으로 만듭니다. 이렇게 하면 보호 대상 부품은 전자 손실로 인한 부식을 방지할 수 있습니다.

(이미지: 보호 부품 - 해수 - 보조 양극)

강제 전류 음극 보호(ICCP) 시스템

ICCP 시스템은 전기화학적 부식 원리를 이용하여 외부 교류를 저전압 직류로 변환하고, 보조 양극을 통해 선체에 일정량의 직류를 공급합니다. 회로가 연결되면 정류기 또는 전위차계를 사용하여 선체를 저전위로 유지합니다. 해수 중 선체의 전위 변화에 따라 전자가 활발하게 방출되어 선체, 방향타, 프로펠러 등의 부식을 방지합니다. 외부 직류 전원에 연결된 양극은 보호 대상 선체에 직접 전류를 공급하여 선체 표면에 전자를 풍부하게 공급합니다. 선체 전위 또는 전류 강도를 제어함으로써 선체는 음극 분극(선체 전체가 음극으로 변함)을 일으킵니다. 전류는 보조 양극에서 해수를 거쳐 선체로 흐르는 폐쇄 루프를 형성하여 선체 표면 금속의 부식 및 용해 과정을 효과적으로 억제합니다. 따라서 이는 선체 수중 부분의 전기화학적 부식을 줄이거나 완전히 억제할 수 있으며, 선체 보호를 위한 희생양극 보호 장치의 아연 또는 알루미늄 블록을 대체할 수 있습니다.

또한, 음극 보호 장치에서 나오는 전류는 방향타에도 유입됩니다. 방향타 베어링을 통해 정류기로 되돌아가는 전류로 인한 부식을 방지하기 위해 방향타 날개는 고정 케이블로 선체에 연결되어 있으며, 이것이 방향타 날개 접지 장치입니다.

ICCP 시스템의 주요 구성 요소에는 ICCP 제어 박스, 지능형 제어 직류 전원 공급 장치, 직류 전원 공급 장치에서 선체로 직류 출력을 전달하는 보조 양극, 비교용 기준 전극, 관련 연결 케이블 및 절연 차폐 재료가 ​​포함됩니다. 물론 완전한 작동 회로를 구성하기 위해서는 해수가 필수적입니다.

ICCP 제어 박스는 일반적으로 엔진룸에 설치되며, 강압 변압기, 정류기, 인덕터, 퓨즈, 스위치, 냉각 팬 및 LCD 디스플레이를 포함합니다. 주요 기능은 기준 전극을 통해 선체 전위를 모니터링하고 보조 양극에 일정량의 보상 직류를 출력하는 것입니다. ICCP의 전압과 전류는 매일 점검하고 기록해야 하며, 모든 매개변수는 매뉴얼의 요구 사항을 준수해야 합니다.

현재 직류 전원 공급 장치에는 정류기와 전위차계 두 가지 유형이 널리 사용되고 있습니다. 이들은 선체 수중 면적, 수질 등의 변화에 ​​따라 일정한 크기의 안정적인 전류를 공급하는 역할을 합니다. 선체 수중 면적과 수질 변화가 크지 않은 경우에는 수동식 정류기가 주로 사용되고, 선체 수중 면적과 수질 변화가 잦은 경우에는 자동식 전위차계를 사용하여 선체 수중 부분의 전위를 최적의 보호 전위 범위 내로 유지합니다.

보조 양극은 절연 베이스에 내장된 불활성 금속판(예: 백금 도금 티타늄, 혼합 금속 산화물 등)으로 구성되며, 방수 격리실 내에 설치되고 양극 단자는 ICCP 제어 박스에 연결됩니다. 보조 양극의 기능은 직류 전원 공급 장치에서 출력되는 보상 전류를 해수를 통해 선체로 전달하여 선체 전위를 정상 수준으로 유지하는 것입니다. 이를 통해 선체의 넓고 복잡한 구조를 가진 수중 부분을 효과적으로 보호할 수 있습니다.

기준 전극은 선체 전위를 측정하는 데 사용됩니다. 측정 결과에 따라 정류기 또는 자동 제어 전위차계에 제어 신호를 제공하고, 비교 및 ​​기준값을 통해 출력 전류를 조정하여 선체를 양호한 보호 상태로 유지합니다. 기준 전극과 선체 사이의 전위차는 해수 염도, 선박 속도, 온도, 해류 등 여러 요인의 영향을 받습니다. 기준 전극이 손상되거나 단락되면 ICCP 제어판에 오류 메시지가 표시됩니다.

연결 케이블: 전류는 직류 전원 공급 변압기 정류기의 양극에서 흘러나와 양극 케이블을 통해 보조 양극으로 이동한 후, 해수를 거쳐 손상된 선체에 도달합니다. 그리고 선체에서 음극 케이블을 통해 전원 공급 장치의 음극으로 되돌아가 작동 루프를 형성합니다. 마찬가지로, 전류는 직류 전원 공급 변압기 정류기의 양극에서 흘러나와 측정 케이블을 통해 기준 전극을 통과한 후, 음극 케이블을 통해 전원 공급 장치의 음극으로 되돌아갑니다.

보조 양극 주변에 절연 차폐막을 설치하여 선체의 완전한 전기 절연 및 격리를 달성하고 부식 전류 발생을 억제하여 선체 부식을 방지합니다. 즉, 절연 차폐막은 보조 양극에서 출력되는 전류가 보조 양극 근처에서 단락되지 않고 선체의 더 먼 곳까지 도달할 수 있도록 합니다.

ICCP 시스템이 고장 나거나 장기간 가동이 중단되면 선체 강판(특히 강판 사이의 용접 부위)에 심각한 부식이 발생하여 선박의 수명이 크게 단축될 수 있습니다.

선체를 항상 안전하게 보호하려면 전원을 켜둔 상태로 유지하고, 일반적으로 수동 조정 없이 자동 모드로 시스템을 작동시켜야 합니다. 그러나 자동 모드가 작동하지 않거나(예: 제어 보드를 교체해야 하는 경우) 담수 지역에 진입할 때는 시스템을 수동 모드로 전환하거나 전원을 꺼야 합니다. 시스템을 몇 시간 동안 꺼두는 것은 큰 영향을 미치지 않지만, 장시간 꺼둔 후에는 재가동 시 최적의 보호 상태에 도달하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.

정기적인 예방 정비는 장비의 수명을 연장하고 시스템 가동 중지 시간을 단축하며 시스템 구성 요소의 손상을 줄입니다. 항구에 정박하는 동안 보조 양극 및 기준 전극의 격리실 덮개를 열어(내부에 수압이 없는지 확인) 선체와의 방수 상태를 점검하여 해수 누출이나 결로 현상을 방지하십시오. 여건이 허락한다면 보조 양극, 기준 전극, 절연 차폐 및 주변 상태를 외부에서 육안으로 검사하십시오.