Предисловие
Материалы, используемые при изготовлении морских судов и их водопроводных систем, в основном представляют собой сталь, а морская вода обладает сильной коррозионной активностью по отношению к стали. Без эффективных мер защиты обшивки корпуса и водопроводных труб эти материалы будут подвергаться химическим и/или электрохимическим реакциям во время эксплуатации, что приведет к коррозии и значительно сократит срок службы судна. В настоящее время распространенные методы защиты включают нанесение антикоррозионных покрытий ниже ватерлинии судна, нанесение антикоррозийной краски на наружные поверхности водопроводных труб, покрытие внутренних стенок тонкопленочными антикоррозионными покрытиями или использование антикоррозионных облицовок.
Однако, когда судно пришвартовывается или отходит от причала, корпус неизбежно царапается о причал, кранцы, буксиры и т. д., что приводит к повреждению антикоррозийного покрытия корпуса; при удалении прикрепленных к корпусу морских организмов может быть повреждено антикоррозийное покрытие корпуса; корпус и трубопроводы морской воды подвергаются термическим и крутящим нагрузкам, старению защитного слоя и образованию мельчайших микроотверстий в покрытии; во время работ по техническому обслуживанию трубопроводов морской воды (особенно при использовании электросварки) легко повреждаются антикоррозийные защитные слои внутри и снаружи трубопроводов; кроме того, лопасти руля, винты и гребные валы судна неизбежно контактируют с морской водой. Эти повреждения, дефекты и разрушения в конечном итоге приведут к прямому контакту открытых металлических частей судна с морской водой, что вызовет локальную химическую и/или электрохимическую коррозию.
Для предотвращения коррозии поврежденных корпусов, трубопроводов морской воды с поврежденными внутренними и внешними защитными слоями, а также лопастей руля, валов, гребных винтов и других деталей, контактирующих с морской водой, и для продления срока службы судна, появились устройства защиты от коррозии, такие как система катодной защиты с принудительным током (ICCP), устройство заземления вала и система предотвращения обрастания морскими организмами (MGPS).
Электрохимические реакции
Когда два металла или металла, содержащие примеси, помещаются в электролит (морская вода является электролитом), металл с более высокой активностью (цинк Zn на рисунке ниже) стремится терять электроны, подвергаться окислению и становиться израсходованным анодом; металл с более низкой активностью (железо Fe на рисунке ниже) получает электроны, подвергается восстановлению и становится защищенным катодом.
В зависимости от способа подачи катодного тока, катодная защита судов подразделяется на метод жертвенного анода и метод принудительного тока.
Метод жертвенного анода предполагает соединение более активного металла (например, алюминия, цинка и т. д.) с защищаемой металлической конструкцией (например, сталью). Благодаря непрерывному растворению и расходованию более активного металла, обеспечивается защитный ток для защищаемой металлической конструкции, тем самым обеспечивая её защиту.
Для защиты судна с помощью жертвенных анодов обычно устанавливается определенное количество блоков цинковых сплавов в качестве жертвенных анодов вдоль внешней стороны корпуса по линии обтекания скулового киля, коробок клапанов подачи морской воды, двойного дна, внутренних участков отсеков двойного корпуса и рулевых винтов. При использовании алюминиевых сплавов эффект лучше, но их использование запрещено в таких местах, как машинные отделения и грузовые цистерны (из-за возможности возникновения искр, вызванных чрезмерной разностью потенциалов). Расчетный срок службы жертвенных анодов обычно составляет 2-3 года, и их необходимо полностью проверять и заменять при каждом доковом ремонте.
Метод с использованием принудительных токов обращает вспять электрохимический процесс коррозии. Он изменяет потенциал окружающей среды с помощью внешнего источника питания, поддерживая потенциал защищаемой детали ниже, чем потенциал окружающей среды, тем самым делая ее катодом во всей среде. Таким образом, защищаемая деталь не будет корродировать из-за потери электронов.
(Изображение: Защищенная часть – вспомогательный анод для морской воды)
Система катодной защиты с принудительным током (ICCP)
Система ICCP использует принцип электрохимической коррозии для преобразования внешнего переменного тока в низковольтный постоянный ток и подает определенное количество постоянного тока на корпус через вспомогательные аноды. При подключении цепи используется выпрямитель или потенциостат для поддержания низкого потенциала корпуса. В соответствии с изменением потенциала корпуса в морской воде, электроны активно высвобождаются для защиты корпуса, руля, гребных винтов и т. д. от коррозии: анод, подключенный к внешнему источнику постоянного тока, непосредственно подает ток на защищаемый корпус, непрерывно обеспечивая электроны для обогащения поверхности корпуса электронами. Путем регулирования потенциала корпуса или силы тока происходит катодная поляризация корпуса (превращая весь корпус в катод). Ток образует замкнутый контур от вспомогательного анода через морскую воду к корпусу, эффективно подавляя процессы коррозии и растворения металла на поверхности корпуса. Таким образом, это снижает или даже полностью подавляет электрохимическую коррозию подводной части корпуса, заменяя цинковые или алюминиевые блоки устройства защиты с жертвенным анодом для защиты корпуса.
Кроме того, ток от катодного защитного устройства также поступает в руль. Для предотвращения коррозии, вызванной возвратом тока к выпрямителю через подшипник руля, лопасть руля соединена с корпусом с помощью неподвижного кабеля, что представляет собой систему заземления лопасти руля.
Основные компоненты системы ICCP включают в себя блок управления ICCP, интеллектуально управляемый источник постоянного тока, вспомогательные аноды, передающие выходной постоянный ток от источника постоянного тока на корпус судна, эталонные электроды для сравнения, соответствующие соединительные кабели и изоляционные экранирующие материалы. Разумеется, морская вода необходима для формирования полного рабочего контура.
Блок управления ICCP обычно устанавливается в машинном отделении и содержит понижающий трансформатор, выпрямитель, индуктор, предохранитель, выключатель, вентилятор охлаждения и ЖК-дисплей. Его основная функция заключается в контроле потенциала корпуса через опорный электрод и подаче определенного количества компенсирующего постоянного тока на вспомогательный анод. Ежедневные проверки напряжения и тока ICCP должны проводиться и регистрироваться, а все параметры должны соответствовать требованиям руководства.
В настоящее время широко используются два типа источников постоянного тока: выпрямители и потенциостаты. Их функция заключается в обеспечении стабильного тока определенной величины в зависимости от изменений площади затопленной части корпуса, качества воды и т. д. Когда площадь затопленной части корпуса и качество воды мало изменяются, обычно используется выпрямитель с ручным управлением; когда площадь затопленной части корпуса и качество воды часто меняются, обычно используется потенциостат с автоматическим управлением для регулирования потенциала затопленной части корпуса в оптимальном диапазоне защитного потенциала.
Вспомогательный анод состоит из инертной металлической пластины (например, платинированного титана, смешанного оксида металла и т. д.), встроенной в изоляционное основание и установленной в водонепроницаемой изоляционной кабине, с положительным выводом, подключенным к блоку управления ICCP. Его функция заключается в передаче компенсационного тока, вырабатываемого источником постоянного тока, на корпус через морскую воду, поддерживая потенциал корпуса на нормальном уровне, что позволяет эффективно защитить большие и сложные по конструкции подводные части корпуса.
Опорный электрод используется для измерения потенциала корпуса. На основе результатов измерения он подает управляющие сигналы на выпрямитель или автоматически управляемый потенциостат и регулирует выходной ток путем сравнения и опорного напряжения, чтобы поддерживать корпус в хорошем защитном состоянии. На разность потенциалов между опорным электродом и корпусом влияют многие факторы, такие как соленость морской воды, скорость судна, температура и океанские течения. Если опорный электрод поврежден или закорочен, на панели управления ICCP появится сообщение об ошибке.
Соединительные кабели: ток вытекает из положительного полюса выпрямительного трансформатора постоянного тока, проходит по анодному кабелю к вспомогательному аноду, затем достигает поврежденного корпуса через морскую воду и возвращается к отрицательному полюсу источника питания от корпуса через катодный кабель, образуя рабочий контур. Аналогичным образом, ток вытекает из положительного полюса выпрямительного трансформатора постоянного тока, проходит через опорный электрод по измерительному кабелю и возвращается к отрицательному полюсу источника питания через катодный кабель.
Вокруг вспомогательного анода устанавливается изоляционная защита для обеспечения полной электрической изоляции корпуса, предотвращения генерации коррозионного тока и, следовательно, защиты от коррозии корпуса. Иными словами, изоляционная защита гарантирует, что выходной ток от вспомогательного анода не будет закорочен вблизи него и сможет достигать более отдаленных частей корпуса.
В случае отказа или длительного простоя системы ICCP это приведет к сильной коррозии обшивки корпуса (особенно сварных швов между плитами), что значительно сократит срок службы судна.
Для обеспечения постоянной надежной защиты корпуса необходимо постоянно поддерживать электропитание и работу системы в автоматическом режиме, как правило, без ручной регулировки. Однако при сбое автоматического режима (например, при необходимости замены платы управления) или при входе в пресноводные районы систему следует перевести в ручной режим или отключить. Отключение системы на несколько часов оказывает незначительное влияние, но при длительном отключении потребуется некоторое время для восстановления оптимального уровня защиты после перезапуска.
Регулярное профилактическое техническое обслуживание продлит срок службы оборудования, сократит время простоя системы и уменьшит повреждения компонентов системы; во время стоянки в порту откройте крышки изоляционных кабин вспомогательных анодов и эталонных электродов (убедитесь в отсутствии давления воды внутри), чтобы проверить их водонепроницаемость относительно корпуса, предотвращая утечку морской воды или скопление конденсата; если позволяют условия, визуально осмотрите вспомогательные аноды, эталонные электроды, изоляционную защиту и их окружающее состояние снаружи.
Оставить комментарий