Voorwoord
De materialen waarvan zeeschepen en hun zeewaterleidingen zijn gemaakt, zijn in principe staal, en zeewater is zeer corrosief voor staal. Zonder effectieve beschermingsmaatregelen voor de rompbeplating en zeewaterleidingen zullen deze materialen tijdens gebruik chemische en/of elektrochemische reacties ondergaan, wat leidt tot corrosie en de levensduur van het schip aanzienlijk verkort. Gangbare beschermingsmethoden omvatten momenteel het aanbrengen van anticorrosiecoatings onder de waterlijn, het schilderen van roestwerende verf op de buitenkant van zeewaterleidingen, het coaten van de binnenwanden met anticorrosieve dunnefilmcoatings of het gebruik van anticorrosievoeringen.
Wanneer een schip aanmeert of vertrekt van de kade, schuurt de romp onvermijdelijk langs de kade, stootkussens, sleepboten, enz., waardoor de roestwerende verf of anticorrosielaag van de romp beschadigd raakt; bij het verwijderen van aangehechte zeeorganismen van de romp kan de roestwerende verf of anticorrosielaag beschadigd raken; de romp en zeewaterleidingen worden blootgesteld aan thermische spanning, torsiespanning, veroudering van de beschermlaag en kleine gaatjes in de coating; tijdens onderhoudswerkzaamheden aan zeewaterleidingen (vooral bij elektrisch lassen) raken de anticorrosielagen aan de binnen- en buitenkant van de leidingen gemakkelijk beschadigd; bovendien komen de roerbladen, schroeven en schroefassen van het schip onvermijdelijk in contact met zeewater. Deze beschadigingen, defecten en vernielingen zullen uiteindelijk leiden tot direct contact tussen de blootgestelde metalen onderdelen van het schip en zeewater, met als gevolg plaatselijke chemische en/of elektrochemische corrosie.
Om corrosie van beschadigde scheepsrompen, zeewaterleidingen met beschadigde interne en externe beschermlagen, evenals roerbladen, assen, schroeven en andere onderdelen die in contact komen met zeewater te voorkomen en de levensduur van het schip te verlengen, zijn er anticorrosiesystemen voor schepen ontwikkeld, zoals het Impressed Current Cathodic Protection (ICCP)-systeem, de Shaft Earthing Device en het Marine Growth Preventing System (MGPS).
Elektrochemische reacties
Wanneer twee metalen, of metalen met onzuiverheden, in een elektrolyt (zeewater is een elektrolyt) worden geplaatst, heeft het metaal met de hogere activiteit (zink Zn in de onderstaande afbeelding) de neiging elektronen te verliezen, te oxideren en een verbruikte anode te worden; het metaal met de lagere activiteit (ijzer Fe in de onderstaande afbeelding) neemt elektronen op, ondergaat reductie en wordt een beschermde kathode.
Afhankelijk van de verschillende manieren waarop kathodische stroom wordt geleverd, wordt de kathodische bescherming van schepen onderverdeeld in de opofferingsanodemethode en de methode met opgelegde stroom.
Bij de opofferingsanodemethode wordt een actiever metaal (zoals aluminium, zink, enz.) verbonden met de te beschermen metalen structuur (zoals staal). Door de continue oplossing en consumptie van het actievere metaal wordt een beschermende stroom geleverd aan de te beschermen metalen structuur, waardoor deze wordt beschermd.
Voor de bescherming van schepen met opofferingsanodes worden doorgaans een aantal zinkblokken als opofferingsanodes aangebracht langs de buitenzijde van de romp, langs de stroomlijn van de kimkiel, bij zeewaterkleppen, dubbele bodems, in de binnenruimtes van dubbelwandige compartimenten en bij roerpropellers. Het gebruik van aluminiumlegeringen is beter, maar deze zijn verboden in ruimtes zoals machinekamers en ladingtanks (vanwege het risico op vonken door een te groot potentiaalverschil). De verwachte levensduur van opofferingsanodes is doorgaans 2-3 jaar en ze moeten tijdens elke dokbeurt volledig worden geïnspecteerd en vervangen.
De methode met opgelegde stroom keert het elektrochemische corrosieproces om. Door middel van een externe stroombron wordt de potentiaal van de omgeving veranderd, waardoor de potentiaal van het te beschermen onderdeel lager blijft dan die van de omgeving. Hierdoor fungeert het onderdeel als kathode in de gehele omgeving. Op deze manier zal het beschermde onderdeel niet corroderen door verlies van elektronen.
(Afbeelding: Beschermd onderdeel – Zeewater – Hulpanode)
Opgedrukte stroom kathodische bescherming (ICCP) systeem
Het ICCP-systeem maakt gebruik van het principe van elektrochemische corrosie om externe wisselstroom om te zetten in laagspanningsgelijkstroom en brengt een bepaalde hoeveelheid gelijkstroom aan op de romp via hulp-anodes. Wanneer het circuit is aangesloten, wordt een gelijkrichter of potentiostaat gebruikt om de romp op een lage potentiaal te houden. Afhankelijk van de potentiaalverandering van de romp in zeewater worden actief elektronen vrijgegeven om de romp, roerpropellers, enz. te beschermen tegen corrosie: de anode die is aangesloten op de externe gelijkstroomvoeding brengt rechtstreeks stroom aan op de beschermde romp, waardoor continu elektronen worden aangevoerd om het rompoppervlak te verrijken. Door de romppotentiaal of stroomsterkte te regelen, ondergaat de romp kathodische polarisatie (waardoor de gehele romp een kathode wordt). De stroom vormt een gesloten circuit van de hulp-anode via zeewater naar de romp, waardoor het corrosie- en oplossingsproces van het metaal op het rompoppervlak effectief wordt geremd. Het vermindert of remt dus volledig de elektrochemische corrosie van het ondergedompelde deel van de romp, waardoor het de zink- of aluminiumblokken van de opofferingsanodebescherming kan vervangen en zo de romp kan beschermen.
Daarnaast komt de stroom van de kathodische beschermingsinrichting ook in het roer terecht. Om corrosie te voorkomen die wordt veroorzaakt door de stroom die via het roerlager naar de gelijkrichter terugkeert, is het roerblad met een vaste kabel aan de romp verbonden. Dit vormt de aardingsvoorziening van het roerblad.
De belangrijkste onderdelen van het ICCP-systeem zijn de ICCP-besturingskast, een intelligent geregelde gelijkstroomvoeding, hulp-anodes die de gelijkstroom van de voeding naar de romp overbrengen, referentie-elektroden voor vergelijking, de bijbehorende verbindingskabels en isolatiemateriaal. Zeewater is uiteraard onmisbaar voor een volledig functionerend circuit.
De ICCP-regelkast wordt doorgaans in de machinekamer geïnstalleerd en bevat een step-down transformator, gelijkrichter, spoel, zekering, schakelaar, koelventilator en LCD-display. De belangrijkste functie is het bewaken van de rompspanning via de referentie-elektrode en het leveren van een bepaalde hoeveelheid compenserende gelijkstroom aan de hulpanode. Dagelijkse controles van de spanning en stroom van de ICCP moeten worden uitgevoerd en vastgelegd, en alle parameters moeten voldoen aan de eisen in de handleiding.
Momenteel worden twee typen gelijkstroomvoedingen veel gebruikt: gelijkrichters en potentiostaten. Hun functie is het leveren van een stabiele stroom van een bepaalde grootte, afhankelijk van veranderingen in het ondergedompelde deel van de romp, de waterkwaliteit, enzovoort. Wanneer het ondergedompelde deel van de romp en de waterkwaliteit niet veel veranderen, wordt meestal een handmatig bediende gelijkrichter gebruikt; wanneer het ondergedompelde deel van de romp en de waterkwaliteit frequent veranderen, wordt over het algemeen een automatisch bediende potentiostaat gebruikt om de spanning van het ondergedompelde deel van de romp binnen het optimale beschermingsspanningsbereik te houden.
De hulpanode bestaat uit een inerte metalen plaat (zoals geplatineerd titanium, gemengd metaaloxide, enz.) ingebed in een isolerende basis, geïnstalleerd in een waterdichte isolatiecabine, waarbij de positieve pool is verbonden met de ICCP-regelkast. De functie ervan is het overbrengen van de compensatiestroom die door de gelijkstroomvoeding wordt gegenereerd naar de romp via het zeewater, waardoor de rompspanning op een normaal niveau wordt gehouden. Dit beschermt effectief het grote en complexe onderwatergedeelte van de romp.
De referentie-elektrode wordt gebruikt om de potentiaal van de romp te meten. Op basis van de meetresultaten geeft deze stuursignalen aan de gelijkrichter of automatisch geregelde potentiostaat en past de uitgangsstroom aan door middel van vergelijking en referentie om de romp in een goede beschermingstoestand te houden. Het potentiaalverschil tussen de referentie-elektrode en de romp wordt beïnvloed door vele factoren, zoals het zoutgehalte van het zeewater, de snelheid van het schip, de temperatuur en de zeestromingen. Als de referentie-elektrode beschadigd raakt of kortsluiting veroorzaakt, verschijnt er een foutmelding op het ICCP-bedieningspaneel.
Aansluitkabels: De stroom vloeit vanuit de positieve pool van de gelijkstroomtransformator, loopt via de anodekabel naar de hulpanode, bereikt vervolgens via het zeewater de beschadigde romp en stroomt via de kathodekabel terug naar de negatieve pool van de voeding, waardoor een werkcircuit ontstaat. Op dezelfde manier vloeit de stroom vanuit de positieve pool van de gelijkstroomtransformator, loopt via de meetkabel door de referentie-elektrode en stroomt via de kathodekabel terug naar de negatieve pool van de voeding.
Rond de hulpanode wordt isolatiemateriaal aangebracht om volledige elektrische isolatie van de romp te realiseren, de vorming van corrosiestroom te remmen en zo rompcorrosie te voorkomen. Dit zorgt er dus voor dat de uitgangsstroom van de hulpanode niet in de buurt van de hulpanode kortsluiting veroorzaakt en verder gelegen delen van de romp kan bereiken.
Als het ICCP-systeem uitvalt of gedurende lange tijd uitgeschakeld is, leidt dit tot ernstige corrosie van de rompbeplating (met name de lasnaden tussen de platen), waardoor de levensduur van het schip aanzienlijk wordt verkort.
Om ervoor te zorgen dat de romp altijd goed beschermd is, moet de stroomtoevoer ingeschakeld blijven en moet het systeem in de automatische modus werken, meestal zonder handmatige aanpassing. Als de automatische modus echter uitvalt (bijvoorbeeld als de besturingsprintplaat vervangen moet worden) of bij het binnenvaren van zoet water, moet het systeem overschakelen naar de handmatige modus of worden uitgeschakeld. Het uitschakelen van het systeem gedurende enkele uren heeft weinig effect, maar als het systeem langdurig uitgeschakeld is, duurt het enige tijd voordat het na herstart de optimale beschermingsstatus heeft bereikt.
Regelmatig preventief onderhoud verlengt de levensduur van de apparatuur, verkort de stilstandtijd van het systeem en vermindert schade aan systeemcomponenten. Open tijdens het verblijf in de haven de isolatiekappen van de hulp- en referentie-elektroden (zorg ervoor dat er geen waterdruk aanwezig is) om de waterdichtheid met de romp te controleren en lekkage van zeewater of condensvorming te voorkomen. Inspecteer, indien mogelijk, de hulp- en referentie-elektroden, de isolatieafscherming en de omgeving ervan vanaf de buitenkant.
Plaats een reactie