CC BY
2УДК 620.19:629.5.023
Д.П. Ястребов, В.А. Швецов, Ю.В. Крутень, П.Г. Калин
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
К ВОПРОСУ РАЗВИТИЯ СТАНДАРТНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ СРАВНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ МОРСКИХ СУДОВ И КОРАБЛЕЙ
Согласно нормативным документам экипажи морских судов должны контролировать работоспособность систем коррозионной защиты судов от коррозии с помощью хлорсеребряного электрода сравнения (ХСЭ). Остро стоит вопрос обеспечения достоверности и точности результатов контроля коррозионной защиты судов. Поэтому необходимо использовать эффективные и надежные в работе ХСЭ. Существующие зачастую неудобны в эксплуатации или не предназначены для морских условий, и поэтому экипажи судов не могут эффективно осуществлять контроль своих судовых систем защиты от коррозии. Поэтому главное направление при оценке эффективности коррозионной защиты морских судов - это развитие технических устройств измерения, а именно электродов сравнения. В статье выполнен анализ результатов исследований в области разработки и испытаний усовершенствованных ХСЭ. В работе выделяются наиболее перспективные ХСЭ с последующими рекомендациями их использования для контроля коррозионной защиты морских судов и кораблей.
Ключевые слова: коррозионная защита, измерение потенциала, эффективность работы защиты от коррозии, хлорсеребряный электрод сравнения, протекторная зашита, поляризационный потенциал.
D.P. Yastrebov, V.A. Shvetsov, Yu.V. Kruten, P.G. Kalin
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: [email protected]
ON THE ISSUE OF STANDARD COMPARISON ELECTRODES DEVELOPMENT AND PROSPECTS FOR THEIR USE TO CONTROL TREAD PROTECTION OF MARINE VESSELS AND SHIPS
According to regulatory documents, crews of sea vessels must monitor the performance of ships' corrosion protection systems against corrosion using a silver chloride reference electrode (SRE). There is an urgent issue of ensuring the reliability and accuracy of the results of monitoring the corrosion protection of ships. Therefore, it is necessary to use efficient and reliable SRE. The existing ones are often inconvenient to operate or are not designed for marine conditions and therefore ship crews cannot effectively monitor their ship's corrosion protection systems. Therefore, the main direction in assessing the effectiveness of corrosion protection of sea vessels is the development of technical measuring devices, namely reference electrodes. The article analyzes the results of research in the field of development and testing of improved SRE. The work highlights the most promising SRE with subsequent recommendations for their use to monitor the corrosion protection of sea vessels and ships.
Key words: corrosion protection, potential measurement, corrosion protection performance efficiency, silver chloride reference electrode, tread protection, polarization potential.
Проблема коррозионной защиты является главной на флоте, т. к. интенсивные ее процессы приводят к ухудшению технического состояния и эксплуатационных характеристик, что влечет экономические потери и снижение безопасности мореплавания. В 2022 г. потери от разрушения металлических материалов под действием коррозии составили 4% от общего ВВП страны, поэтому данная проблема является приоритетной государственной задачей. Основная причина этого - отсутствие эффективных и доступных технических средств контроля. Поэтому главным направлением при оценке эффективности коррозионной защиты морских судов является развитие
технических устройств измерения, а именно электродов сравнения. В процессе эксплуатации кораблей и рыбопромысловых судов необходимо осуществление постоянной борьбы с коррозией стальных корпусов. При этом члены экипажа не в состоянии эффективно выполнять контроль работы систем антикоррозионной защиты в соответствии с методами из-за несовершенства существующих устройств.
Подготовленный оператор может осуществлять действительно качественные измерения с минимальной погрешностью при наличии простых и надежных технических средств, таких как хлорсеребряные электроды сравнения (ХСЭ). Выполнение контрольных измерений защитного потенциала судна электриком (наиболее квалифицированным в данной области членом экипажа) без специальной подготовки и удобных электродов сравнения может привести к снижению точности измерений.
Однако в случае использования предложений в области разработки и испытаний усовершенствованных электродов сравнения (ХСЭ) отечественных авторов может быть установлена возможность выполнения измерений антикоррозионной защиты судна любым членом экипажа (независимо от его специальной подготовки и/или квалификации) с повышенной эффективностью. При этом результаты измерений будут иметь хорошие метрологические характеристики. Поэтому целесообразно рассмотреть данный вопрос.
Рассмотрим основные результаты исследований в области разработки и испытаний усовершенствованных хлорсеребряных электродов сравнения (ХСЭ).
Известны разработки, патенты на изобретения и полезные модели [1-6], направленные на совершенствование ХСЭ. Например, Е.С. Покровский и А.А. Бачаев предлагают конструкцию электрода сравнения длительного действия (рис. 1) [1].
Этот электрод предназначен для измерения величины отклонения защитного потенциала на защищаемых катодным способом трубопроводах. Однако данный электрод не используют на морских судах.
А.Н. Улихин, Д.С. Сирота, Д.Н. Запевалов и др. предлагают усовершенствовать стандартные электроды сравнения (ХСЭ). Во всех этих работах прослеживается общий принцип - необходимо взять стандартный хлорсеребряный электрод сравнения и поместить его в диэлектрическую емкость (корпус), содержащую электролит.
Все предлагаемые варианты ХСЭ повышают точность контрольных измерений, но сложны в изготовлении и недостаточно прочны. Поэтому эти устройства не используют на морских судах. Конструкции усовершенствованных ХСЭ приведены на рис. 2-4.
9
8
Рис. 1. Электрод сравнения длительного действия: 1 - диэлектрический корпус; 2, 8 - электролит; 3 - диафрагма; 4, 6 - кольца; 5 - ионообменная мембрана; 7 - датчик потенциала; 9 - стержень (электрод); 10 - проводники
Рис. 2. Схема электрода для оценки работы защиты от коррозии металлических трубопроводов и подземных металлических сооружений по смещению от естественного потенциала
Устройство электрода для оценки работы защиты от коррозии металлических трубопроводов и подземных металлических сооружений по смещению от естественного потенциала, представленное на рис. 2, включает в себя: корпус основного тела электрода 1, разъем 2, рабочее тело электрода 3, тритавр 4, корпуса сенсоров 5 со встроенными датчиками потенциала 6- 7, соединительные кабели 8 и 9, герметик 10, изолированный кабель 11, капиллярные отверстия 12, раствор 13 [2].
Рис. 3. Схема улучшенного ХСЭ
Изображенный на рис. 3 электрод сравнения [3] включает детали различного назначения: от корпуса 1; сенсор потенциала 2; винтовой набалдашник 3, рабочее тело (хлорсеребряный стержень) 4 и керамическая коронки 5. Данный электрод [3] также включает в свою конструкцию: электрические кабели 10, отверстия в резьбовой пробке 11, электрический провод 12 и сквозные отверстия 13 в резьбовой пробке. Кроме того, особенностью этого электрода [3] является наличие бокового отверстия 6 с капиллярными отверстиями 8, проходящими через него, а также центрального отверстия 9 в нижней части корпуса.
Корпус 1 данного электрода сравнения [3] создан из диэлектрического материала, верхняя часть корпуса содержит резьбовую пробку 3, на внутренней поверхности которой укреплен хлорсеребряный стержень 4, покрытый пористой керамической коронкой 5. «Чтобы гарантировать стабильность и точность измерения поляризационного потенциала, на поверхность серебряного стержня 4 электрохимическим способом нанесена нерастворимая соль AgCl» [3]. Для того чтобы увеличить время эксплуатации данного электрода сравнения используют смесь агар-агара 7 и помешают в капиллярные отверстия. Керамическая коронка 5 в устройстве электрода сравнения служит для защиты от осыпания нерастворимой соли AgCl со стержня 4 [3]. Данное устройство не предназначено для использования в морской воде.
На рис. 4 представлен электрод сравнения [4], включающий в себя различные элементы, такие как корпус 1, определитель потенциала 2, резьбовая пробка 3, хлорсеребряный стержень 4, пористая керамическая коронка 5, боковое отверстие 6, электролит 7, сквозные капиллярные отверстия 8, центральное отверстие 9, находящейся в дне корпуса 1, кабель 10, отверстия в резьбовой пробке 11, кабель 12, сквозное отверстие 13 в резьбовой пробке и изоляционный материал 14 [4].
Рис. 4. Усовершенствованный ХСЭ
Данный электрод сравнения (ХСЭ) является улучшенной версией [3], причем отличается новым корпусом электрода сравнения 1, который выполнен из диэлектрика [4]. Сконструирован новый вид стрежня 4, выполненный из хлорида серебра с коронкой керамической пористого типа 5. Сам датчик потенциала 2 выполнен из нового материала стали с изоляционным материалом 14. Кабели 10 проходят в нижней части нового корпуса через специальное отверстие 9, отверстия 8 являются капиллярными. Датчик потенциала 11 размещен через структуру на корпусе.
Боковое отверстие 6 в боковой стенке ящика служит для заливки внутрь ящика электролита 7. Это вещество представляет из себя раствор калий-хлора, который загущается смесью агар-агара. Кроме того, покрытие пористой керамической коронкой 5 предотвращает рассыпание соли AgCl со стержня 4 [4]. Предлагаемое устройство не предназначено для использования в морской воде.
Недостатки ХСЭ привели к тому, что нефтегазовая отрасль (ЗАО «Катод») разработала ряд биметаллических электродов сравнения длительного действия. ЗАО «Катод» организовало серийное производство этих электродов и внедрение их на газопроводах. Однако следует отметить, что стоимость этого электрода достаточно высока.
Представляет практический интерес изготовление электродов сравнения из нержавеющей стали. Такие электроды могут быть изготовлены на любом судне. Однако это предположение требует экспериментальной проверки. Необходимо выполнить натурные испытания электродов сравнения, изготовленных из нержавеющей стали.
В КамчатГТУ функционирует научная школа, занимающаяся вопросами оценки эффективности коррозионной защиты морского судна. Она объединяет курсантов, студентов, аспирантов и преподавателей КамчатГТУ. За время работы школы выполнен большой объем научных исследований, результаты которых опубликованы в работах.
Предлагается использовать устройство для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов (ДВ-2) [5]. Инновационный результат достигается благодаря применению специального электрода из углеродосодержащего материала в устройстве для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов, где этот электрод находится в контакте с морской водой. Конструкция устройства приведена на рис. 5. Эксплуатация устройства приведена в работе[5].
--: МВ }---- / Ч У 4 й - * V. 6 / /
И2Й
\ 5
Рис. 5. Устройство для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов (ДВ-3): 1 - корпус судна; 2 - фальшборт судна; 3 - милливольтметр;
4 - прижимной контакт; 5 - токопроводящий электрод; 6 - морская вода
Улучшенный тип этого устройства (ДВ-3) приведен в работе [6]. Путем улучшения точности оценки эффективности работы судовых коррозионных защитных систем и достигается снижение необходимости использования большего количества технических средств. Устройство [6] для контроля этих систем включает в себя переносной электроизмерительный прибор и два переносных электрода, разделенных электроизоляционной прокладкой.
Внедрение электродов сравнения ДВ-2 и ДВ-3 на судах рыбопромыслового флота Камчатского края показало, что экипажи судов необходимо снабдить этими электродами. Таким образом, из анализа ранее выполненных исследований [7-13] в области разработки и внедрения усовершенствованных электродов сравнения, в частности ХСЭ, вытекает необходимость исследования нестандартных электродов сравнения. В качестве объекта исследования можно рассмотреть медный электрод сравнения.
Литература
1. Электрод сравнения длительного действия: Патент №. 1601199 СССР, МКИ С 01 Б 13/00. № 4635797; заявл. 12.01.1989; опубл. 23.10.1990 / Сурис М.А., Кузнецова Е.Г., Левин В.М. и др.
2. Устройство для оценки защищенности от коррозии по величине смещения от естественного потенциала: Патент № 2471171 С1 РФ, МПК в0Ш 17/02. № 2011121761/28: заявл. 31.05.2011: опубл. 27.12.2012 / Д.С. Сирота, А.Н. Улихин, Н.К. Шамшетдинова.
3. Электрод сравнения: Патент на полезную модель № 78319 Ш РФ, МПК в0Ш 17/02. № 2008128623/22: заявл. 14.07.2008: опубл. 20.11.2008 / А.Н. Улихин, Д.С. Сирота, Д.Н. Запева-лов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ» (ООО «ВНИИГАЗ»).
4. Электрод сравнения: Патент на полезную модель № 78317 Ш РФ, МПК в0Ш 17/02. № 2008128626/22: заявл. 14.07.2008: опубл. 20.11.2008 / А.Н. Улихин, Д.С. Сирота, Д.Н. Запева-лов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ»(ООО «ВНИИГАЗ»).
5. Устройство для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов: Патент № 153280 МКИ в 01 N 17/02. № 2014142289; заявл. 20.10.2014; опубл. 07.10.2015 / В.А. Швецов, П.А. Белозеров, Д.В. Шунькин и др.
6. Обоснование возможности исключения внешнего осмотра систем протекторной защиты стальных корпусов судов / В.А. Швецов, О.А. Белов, О.А. Белавина, Д.П. Ястребов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2017. - Вып. 1. - С. 29-38.
7. О выборе электродов для контроля систем протекторной защиты стальных судов и кораблей / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, О.А. Белавина // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2019. - Вып. 4. - С. 39-45.
8. О целесообразности использования хлорсеребряных электродов для контроля систем протекторной защиты стального корпуса судна / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, А.П. Ушаке-вич, Г.В. Кузнецов // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Второй междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2020.- С. 121-124.
9. К вопросу использования цинковых электродов для контроля протекторной защиты судов и кораблей / Д.П. Ястребов, Д.В. Шунькин, А.О. Рогожников, Г.В. Кузнецов // Вестник Астраханского государственного технического университета. - Астрахань, 2021. - Вып. 2. - С. 16-23.
10. К вопросу использования стальных пластин для контроля протекторной защиты корпусов судов и кораблей / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, О.А. Белавина, С.А. Зайцев // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Второй междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2020. - С. 125-129.
11. К вопросу использования электродов из судокорпусной стали для контроля защищенности от коррозии корпусов судов и кораблей / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, Б.В. Тара-банов, С.А. Зайцев // Вестник Астраханского государственного технического университета. -2020.- С. 15-21.
12. К вопросу использования алюминиевых электродов для контроля защищенности от коррозии стальных корпусов судов и кораблей / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, А.П. Уша-кевич, Г.В. Кузнецов, Б.В. Тарабанов // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2021. - Вып. 3. - С. 23-32.
13. Ястребов Д.П. К вопросу использования медных электродов для контроля защищенности от коррозии стальных корпусов судов и кораблей // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2021. - Вып. 4. - С. 43-51.
