คำนำ
วัสดุที่ใช้ในการผลิตเรือเดินทะเลและระบบท่อน้ำทะเลโดยพื้นฐานแล้วคือเหล็ก และน้ำทะเลมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กสูง หากไม่มีมาตรการป้องกันที่มีประสิทธิภาพสำหรับแผ่นตัวเรือและท่อน้ำทะเล วัสดุเหล่านี้จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีและ/หรือปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีในระหว่างการใช้งาน ทำให้เกิดการกัดกร่อน ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของเรือสั้นลงอย่างมาก ปัจจุบัน วิธีการป้องกันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การเคลือบสารป้องกันการกัดกร่อนใต้ระดับน้ำของเรือ การทาสีกันสนิมที่ด้านนอกของท่อน้ำทะเล การเคลือบผนังด้านในด้วยฟิล์มเคลือบป้องกันการกัดกร่อน หรือการใช้วัสดุบุรองป้องกันการกัดกร่อน
อย่างไรก็ตาม เมื่อเรือเทียบท่าหรือออกจากท่า ตัวเรือย่อมเสียดสีกับท่าเทียบเรือ กันชน เรือลากจูง ฯลฯ ทำให้สีกันสนิมหรือสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนของตัวเรือเสียหาย เมื่อกำจัดสิ่งมีชีวิตในทะเลที่เกาะติดอยู่บนตัวเรือ สีกันสนิมหรือชั้นป้องกันการกัดกร่อนของตัวเรืออาจเสียหายได้ในขณะที่ลอกสิ่งมีชีวิตในทะเลออก ตัวเรือและท่อส่งน้ำทะเลต้องเผชิญกับความเครียดจากความร้อน ความเครียดจากการบิด การเสื่อมสภาพของชั้นป้องกัน และรูเล็กๆ ในสารเคลือบ ในระหว่างการบำรุงรักษาท่อส่งน้ำทะเล (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้การเชื่อมไฟฟ้า) ชั้นป้องกันการกัดกร่อนทั้งภายในและภายนอกท่อจะเสียหายได้ง่าย นอกจากนี้ ใบหางเสือ ใบพัด และเพลาใบพัดของเรือย่อมสัมผัสกับน้ำทะเลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ความเสียหาย ข้อบกพร่อง และการทำลายเหล่านี้จะนำไปสู่การสัมผัสโดยตรงระหว่างชิ้นส่วนโลหะที่เปิดโล่งของเรือกับน้ำทะเลในที่สุด ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมีและ/หรือทางไฟฟ้าเคมีเฉพาะจุด
เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของตัวเรือที่เสียหาย ท่อส่งน้ำทะเลที่มีชั้นป้องกันภายในและภายนอกชำรุด รวมถึงใบหางเสือ เพลา ใบพัด และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่สัมผัสกับน้ำทะเล และเพื่อยืดอายุการใช้งานของเรือ จึงได้มีการพัฒนาอุปกรณ์ป้องกันการกัดกร่อนของเรือ เช่น ระบบป้องกันการกัดกร่อนด้วยกระแสไฟฟ้า (ICCP) อุปกรณ์ต่อลงดินของเพลา และระบบป้องกันการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตในทะเล (MGPS)
ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า
เมื่อนำโลหะสองชนิดหรือโลหะที่มีสิ่งเจือปนมาวางไว้ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (น้ำทะเลเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์) โลหะที่มีกิจกรรมสูงกว่า (สังกะสี Zn ในภาพด้านล่าง) มีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และกลายเป็นขั้วบวกที่ถูกใช้ไป ในขณะที่โลหะที่มีกิจกรรมต่ำกว่า (เหล็ก Fe ในภาพด้านล่าง) จะได้รับอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิริยารีดักชัน และกลายเป็นขั้วลบที่ได้รับการปกป้อง
การป้องกันการกัดกร่อนของเรือแบ่งออกเป็นสองประเภทตามวิธีการจ่ายกระแสไฟฟ้าแคโทดที่แตกต่างกัน ได้แก่ วิธีการใช้ขั้วบวกเสียสละ และวิธีการใช้กระแสไฟฟ้าแบบบังคับ
วิธีการใช้ขั้วบวกเสียสละนั้นเชื่อมต่อโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยามากกว่า (เช่น อะลูมิเนียม สังกะสี เป็นต้น) เข้ากับโครงสร้างโลหะที่ต้องการป้องกัน (เช่น เหล็ก) โดยการละลายและการบริโภคอย่างต่อเนื่องของโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยามากกว่า จะสร้างกระแสไฟฟ้าป้องกันให้กับโครงสร้างโลหะที่ต้องการป้องกัน ทำให้โครงสร้างนั้นได้รับการปกป้อง
สำหรับการป้องกันสนิมบนเรือ โดยทั่วไปจะติดตั้งแท่งโลหะผสมสังกะสีจำนวนหนึ่งเป็นขั้วบวกเสียสละตามแนวนอกของตัวเรือตามแนวลื่นไหลของกระดูกงูท้องเรือ กล่องวาล์วน้ำทะเล พื้นสองชั้น บริเวณภายในของห้องต่างๆ ในโครงสร้างตัวเรือสองชั้น และใบพัดหางเสือ หากใช้โลหะผสมอะลูมิเนียมจะมีประสิทธิภาพดีกว่า แต่ห้ามใช้ในบริเวณเช่นห้องเครื่องยนต์และถังน้ำมันบรรทุกสินค้า (เนื่องจากอาจเกิดประกายไฟจากความต่างศักย์สูงเกินไป) อายุการใช้งานของขั้วบวกเสียสละโดยทั่วไปคือ 2-3 ปี และต้องตรวจสอบและเปลี่ยนใหม่ทั้งหมดทุกครั้งที่เข้าอู่แห้ง
วิธีการใช้กระแสไฟฟ้าภายนอกเป็นวิธีการย้อนกลับกระบวนการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า โดยการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าของสภาพแวดล้อมโดยรอบผ่านแหล่งจ่ายไฟภายนอก ทำให้ศักย์ไฟฟ้าของชิ้นส่วนที่ต้องการป้องกันต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้าของสภาพแวดล้อมโดยรอบ ส่งผลให้ชิ้นส่วนนั้นกลายเป็นแคโทดในสภาพแวดล้อมทั้งหมด ด้วยวิธีนี้ ชิ้นส่วนที่ได้รับการป้องกันจะไม่เกิดการกัดกร่อนเนื่องจากการสูญเสียอิเล็กตรอน
(ภาพ: ส่วนที่ได้รับการคุ้มครอง • น้ำทะเล • ขั้วบวกเสริม)
ระบบป้องกันการกัดกร่อนด้วยกระแสไฟฟ้า (ICCP)
ระบบ ICCP ใช้หลักการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าในการแปลงกระแสสลับภายนอกให้เป็นกระแสตรงแรงดันต่ำ และจ่ายกระแสตรงในปริมาณที่กำหนดให้กับตัวเรือผ่านขั้วบวกเสริม เมื่อเชื่อมต่อวงจรแล้ว จะใช้ตัวเรียงกระแสหรือโพเทนซิโอสแตทเพื่อรักษาระดับศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือให้อยู่ในระดับต่ำ ตามการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือในน้ำทะเล อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องเพื่อปกป้องตัวเรือ หางเสือ ใบพัด ฯลฯ จากการกัดกร่อน: ขั้วบวกที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงภายนอกจะจ่ายกระแสไปยังตัวเรือที่ได้รับการปกป้องโดยตรง ทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มอิเล็กตรอนบนพื้นผิวตัวเรือ โดยการควบคุมศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือหรือความเข้มของกระแส ตัวเรือจะเกิดการโพลาไรซ์แบบแคโทด (เปลี่ยนตัวเรือทั้งหมดให้เป็นแคโทด) กระแสจะก่อตัวเป็นวงปิดจากขั้วบวกเสริมผ่านน้ำทะเลไปยังตัวเรือ ซึ่งช่วยยับยั้งกระบวนการกัดกร่อนและการละลายของโลหะบนพื้นผิวตัวเรือได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยเหตุนี้ จึงช่วยลดหรือแม้กระทั่งยับยั้งการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำของตัวเรือได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งสามารถใช้แทนบล็อกสังกะสีหรืออะลูมิเนียมของอุปกรณ์ป้องกันขั้วบวกเสียสละเพื่อปกป้องตัวเรือได้
นอกจากนี้ กระแสไฟฟ้าจากอุปกรณ์ป้องกันการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้ายังไหลเข้าสู่หางเสือด้วย เพื่อป้องกันการกัดกร่อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลกลับไปยังตัวแปลงกระแสไฟฟ้าผ่านแบริ่งหางเสือ ใบหางเสือจึงเชื่อมต่อกับตัวเรือด้วยสายเคเบิลคงที่ ซึ่งเป็นการต่อลงดินของใบหางเสือ
ส่วนประกอบหลักของระบบ ICCP ประกอบด้วย กล่องควบคุม ICCP, แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงที่ควบคุมอย่างชาญฉลาด, ขั้วบวกเสริมที่ส่งกระแสตรงจากแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงไปยังตัวเรือ, ขั้วอ้างอิงสำหรับเปรียบเทียบ, สายเคเบิลเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้อง และวัสดุฉนวนป้องกัน แน่นอนว่า น้ำทะเลเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการสร้างวงจรการทำงานที่สมบูรณ์
โดยทั่วไปแล้ว กล่องควบคุม ICCP จะติดตั้งอยู่ในห้องเครื่องยนต์ ซึ่งประกอบด้วยหม้อแปลงลดแรงดัน วงจรเรียงกระแส ตัวเหนี่ยวนำ ฟิวส์ สวิตช์ พัดลมระบายความร้อน และจอแสดงผล LCD หน้าที่หลักคือการตรวจสอบศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือผ่านอิเล็กโทรดอ้างอิง และส่งกระแสตรงชดเชยในปริมาณที่กำหนดไปยังขั้วบวกเสริม ควรทำการตรวจสอบแรงดันและกระแสของ ICCP ทุกวันและบันทึกไว้ และพารามิเตอร์ทั้งหมดควรเป็นไปตามข้อกำหนดในคู่มือ
ปัจจุบัน แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงสองประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ วงจรเรียงกระแสและโพเทนชิโอสแตท หน้าที่ของมันคือการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดคงที่ตามการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ใต้น้ำของตัวเรือ คุณภาพน้ำ ฯลฯ เมื่อพื้นที่ใต้น้ำของตัวเรือและคุณภาพน้ำไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก มักจะใช้วงจรเรียงกระแสแบบควบคุมด้วยมือ เมื่อพื้นที่ใต้น้ำของตัวเรือและคุณภาพน้ำเปลี่ยนแปลงบ่อย มักจะใช้โพเทนชิโอสแตทแบบควบคุมอัตโนมัติเพื่อควบคุมศักย์ไฟฟ้าของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำของตัวเรือให้อยู่ในช่วงศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดเพื่อการป้องกัน
ขั้วบวกเสริมประกอบด้วยแผ่นโลหะเฉื่อย (เช่น ไทเทเนียมเคลือบแพลทินัม โลหะผสมออกไซด์ ฯลฯ) ฝังอยู่ในฐานฉนวน ติดตั้งในห้องแยกส่วนกันน้ำ โดยต่อขั้วบวกเข้ากับกล่องควบคุม ICCP หน้าที่ของมันคือการส่งกระแสชดเชยที่ส่งออกมาจากแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงไปยังตัวเรือผ่านน้ำทะเล เพื่อรักษาระดับศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือให้อยู่ในระดับปกติ ซึ่งสามารถปกป้องส่วนใต้น้ำของตัวเรือที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่และโครงสร้างซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ขั้วไฟฟ้าอ้างอิงใช้สำหรับวัดศักย์ไฟฟ้าของตัวเรือ โดยอาศัยผลการวัด ขั้วไฟฟ้าอ้างอิงจะส่งสัญญาณควบคุมไปยังวงจรเรียงกระแสหรือโพเทนซิโอสแตทควบคุมอัตโนมัติ และปรับกระแสเอาต์พุตโดยการเปรียบเทียบและอ้างอิง เพื่อรักษาสภาพการป้องกันตัวเรือให้ดีอยู่เสมอ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าอ้างอิงและตัวเรือได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย เช่น ความเค็มของน้ำทะเล ความเร็วของเรือ อุณหภูมิ และกระแสน้ำในมหาสมุทร หากขั้วไฟฟ้าอ้างอิงเสียหายหรือลัดวงจร ข้อความแสดงข้อผิดพลาดจะปรากฏบนแผงควบคุม ICCP
การเชื่อมต่อสายเคเบิล: กระแสไฟฟ้าไหลออกจากขั้วบวกของหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรง ผ่านสายแอโนดไปยังแอโนดเสริม จากนั้นไปถึงตัวเรือที่เสียหายผ่านน้ำทะเล และไหลกลับไปยังขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟจากตัวเรือผ่านสายแคโทด ทำให้เกิดวงจรการทำงาน ในทำนองเดียวกัน กระแสไฟฟ้าไหลออกจากขั้วบวกของหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรง ผ่านอิเล็กโทรดอ้างอิงทางสายวัด และไหลกลับไปยังขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟผ่านสายแคโทด
มีการติดตั้งฉนวนหุ้มรอบขั้วบวกเสริมเพื่อให้เกิดฉนวนไฟฟ้าและการแยกตัวของตัวเรืออย่างสมบูรณ์ ยับยั้งการเกิดกระแสกัดกร่อน และป้องกันการกัดกร่อนของตัวเรือ กล่าวคือ ฉนวนหุ้มจะช่วยให้กระแสไฟฟ้าที่ออกจากขั้วบวกเสริมไม่ลัดวงจรใกล้กับขั้วบวกเสริม และสามารถไหลไปยังส่วนต่างๆ ของตัวเรือได้ไกลขึ้น
หากระบบ ICCP เกิดขัดข้องหรือถูกปิดใช้งานเป็นเวลานาน จะทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงของแผ่นเหล็กตัวเรือ (โดยเฉพาะรอยเชื่อมระหว่างแผ่นเหล็ก) ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของเรือสั้นลงอย่างมาก
เพื่อให้แน่ใจว่าตัวเรืออยู่ในสภาพที่ได้รับการปกป้องอย่างดีเสมอ ควรเปิดแหล่งจ่ายไฟไว้ และระบบควรทำงานในโหมดอัตโนมัติ โดยปกติแล้วไม่ต้องปรับแต่งด้วยตนเอง อย่างไรก็ตาม เมื่อโหมดอัตโนมัติล้มเหลว (เช่น แผงควบคุมต้องเปลี่ยน) หรือเมื่อเข้าสู่พื้นที่น้ำจืด ควรเปลี่ยนระบบเป็นโหมดแมนนวลหรือปิดระบบ การปิดระบบเพียงไม่กี่ชั่วโมงมีผลกระทบน้อย แต่หากปิดระบบเป็นเวลานาน ระบบจะใช้เวลาสักระยะในการกลับสู่สภาวะการปกป้องที่ดีที่สุดเมื่อเริ่มต้นใหม่
การบำรุงรักษาเชิงป้องกันอย่างสม่ำเสมอจะช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ลดระยะเวลาการหยุดทำงานของระบบ และลดความเสียหายต่อชิ้นส่วนของระบบ ในระหว่างการจอดเทียบท่า ให้เปิดฝาครอบห้องแยกของขั้วบวกเสริมและขั้วอ้างอิง (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีแรงดันน้ำอยู่ภายใน) เพื่อตรวจสอบความแน่นหนาของตัวเรือ ป้องกันการรั่วไหลของน้ำทะเลหรือการสะสมของไอน้ำ หากสภาพแวดล้อมเอื้ออำนวย ให้ตรวจสอบขั้วบวกเสริม ขั้วอ้างอิง ฉนวนป้องกัน และสภาพแวดล้อมโดยรอบจากภายนอกด้วยสายตา
แสดงความคิดเห็น