CC BY
25СЕКЦИЯ 4. ТРАНСПОРТНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 620.19:629.5.023
О.А. Белов, Е.П. Белова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И ОПЫТ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ
Коррозия является основной причиной износа и разрушения металлических корпусов кораблей и судов, а также других плавучих инженерных сооружений. В результате воздействия коррозии значительно ухудшаются эксплуатационные показатели этих объектов, снижается их надежность и безопасность. Борьба с коррозией представляет собой актуальную проблему, решению которой уделяется достаточно большое внимание во всем мире. С учетом актуальности данного вопроса существует объективная необходимость изучения достижений и мирового опыта обеспечения защиты кораблей и судов от коррозии. В данной статье рассматриваются основные достижения в области защиты от коррозии морских плавучих инженерных сооружений и проводится краткий анализ эксплуатации антикоррозионных систем.
Ключевые слова: электрохимическая коррозия, катодная защита, протекторная защита, техническое обслуживание, техническая эксплуатация, надежность, безопасность, защитный потенциал, защитный ток, электрод сравнения.
O.A. Belov, E.P. Belova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 e-mail: [email protected]
MODERN CORROSION PROTECTION TECHNOLOGIES AND EXPERIENCE OF THEIR APPLICATION IN MARINE TRANSPORT
Corrosion is the main cause of wear and destruction of metal hulls of ships and vessels, as well as other floating engineering structures. The operational performance of these facilities deteriorates significantly as a result of corrosion, their reliability and safety decreases. Corrosion control is an urgent problem, the solution of which is given quite a lot of attention around the world. Given the urgency of this issue, there is an objective need to study the achievements and world experience in ensuring the protection of ships and vessels from corrosion. This article discusses the main achievements in the field of corrosion protection of marine floating engineering structures and provides a brief analysis of the operation of anticorrosive systems.
Key words: galvanic corrosion, cathodic protection, tread protection, maintenance, technical operation, reliability, safety, protective potential, protective current, reference electrode.
Коррозионные процессы, представляющие собой постепенное ухудшение качества материала или его свойств в результате электрохимической реакции с окружающей средой, являются неизбежным явлением, сопровождающим эксплуатацию кораблей, судов и других плавучих инженерных сооружений (плавучие пирсы, плавучие доки, плавучие платформы и т. д). Существует несколько общепринятых методов защиты металлических конструкций от коррозии в морской воде [1-3]. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества и недостатки. Опыт эксплуатации морских инженерных сооружений показывает, что с точки зрения снижения влияния коррозионных процессов оптимальным вариантом является сочетание нескольких методов. Как правило, наиболее эффективным средством является применение электрохимической защиты (ЭХЗ) в сочетании с качественными лакокрасочными покрытиями (ЛКП). Эта комбинация может обеспечить очень хорошую защиту в течение длительного периода времени.
В современных научных исследованиях особое внимание уделяется катодной защите, а точнее ее усовершенствованной версии, которая известна как система импрессионной токовой катодной защиты - Impressed Current Cathodic Protection - (ICCP). Структурная схема данного вида защиты представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема системы ICCP: 1 - источник питания постоянного тока; 2 - рабочий ток; 3 - агрессивная (коррозионная) среда;
4 - защищаемый объект; 5 - защитный ток; 6 - импрессионный анод
В источниках [4, 5] указывается, что конструктивно данная система состоит из установленных на корпусе анодов и опорных ячеек, соединенных с панелью управления. Система производит более мощный внешний ток для подавления естественной электрохимической активности на смоченной поверхности корпуса и тем самым исключает образование агрессивных коррозионных элементов на корпусе. Это также позволяет избежать проблем, которые могут существовать там, где разнородные металлы вводятся через сварку или сближаются с другими компонентами, например, гребными винтами. Системы ICCP обеспечивают процесс автоматизации вывода тока при изменении входного напряжения, что позволяет поддерживать заданный уровень защиты от коррозии при любых значениях удельного сопротивления морской воды. Таким образом, использование систем ICCP обеспечивает стабильный уровень защиты в диапазоне стандартных характеристик морской воды.
Это свойство катодной защиты приводится как основное преимущество перед протекторной защитой SACP (Sacrificed Anode Cathodic Protection), в которой увеличение удельного сопротивления морской воды может привести к уменьшению активности анода и уменьшению объема обеспечиваемой защиты. Структурная схема протекторной защиты представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема системы БЛСР: 1 - рабочий ток; 2 - защищаемый объект; 3 - защитный ток; 4 - протектор (жертвенный анод)
Следует обратить внимание на тот факт, что системы ICCP были разработаны не только для защиты и контроля коррозии корпуса судна в целом, но и для защиты отдельных, наиболее уязвимых с точки зрения коррозионных процессов элементов корпуса, например носовых и кормовых шахт подруливающих устройств.
Кроме того, приводятся исследовательские данные о том, что система ICCP является более экономичной по сравнению с протекторной системой защиты (SACP - Sacrificed Anode Cathodic Protection). Результаты экономической оценки систем защиты ICCP и SACP представлены на рис. 3. При этом протекторная защита SACP рассматривается в двух вариантах, на основе цинкового и алюминиевого сплавов.
Как видно из рис. 3, первоначальные затраты несколько выше для 1ССР, в то время как затраты на эксплуатацию систем SACP возрастают постепенно и через 10-12 лет превышают начальные затраты в 5-6 раз. Кроме того, если провести сравнение между протекторами (жертвенными анодными сплавами), то на диаграмме ясно видно, что протектор из сплава алюминия более экономичен, чем протектор из сплава цинка. Несмотря на то, что затраты на данном рисунке представлены в относительных единицах, общая динамика их изменения за двадцатилетний период эксплуатации судна наглядно демонстрирует соотношение экономических показателей различных систем защиты корпуса судна от коррозии.
Более высокий уровень затрат при использовании системы SACP можно объяснить отсутствием эффективных функций контроля и управления данной системой в период эксплуатации судна. С одной стороны, это требует ее полного восстановления при каждом доковом ремонте судна, а с другой снижает эффективность ее работы.
Также следует отметить, что авторами исследования [6, 7] при проведении экономической оценки системы 1ССР не учтены затраты эксплуатационного характера, связанные с необходимостью обеспечения электропитанием данной системы, а также привлечением квалифицированного персонала в период ее эксплуатации. В связи с этим можно предположить, что динамика роста затрат на эксплуатацию у системы 1ССР несколько выше, чем это представлено на графике рис. 3, в том числе и в начальный период эксплуатации судна.
При оценке в таких же относительных единицах затрат на ремонт судна без использования какой-либо системы защиты от коррозии (СР) на рис. 4 можно проследить практически линейную динамику их роста в течение периода эксплуатации судна. При этом использование систем 1ССР и SACP существенно снижает затраты на корпусные ремонтно-восстановительные работы. Исходя из представленных диаграмм на рис. 3, с точки зрения эффективности использование системы защиты по технологии 1ССР более чем в два раза экономичнее, чем системы SACP. Сравнение обоих методов при таком подходе показывает, что, несмотря на то, что система 1ССР имеет несколько более высокую начальную стоимость, в долгосрочной перспективе она более экономична и эффективна, чем системы SACP.
Рис. 4. Оценка динамики затрат на ремонт судна
Для повышения эффективности системы SACP необходима разработка и внедрение на судах комплекса организационно-технических мероприятий по обеспечению контроля состояния протекторной защиты в период эксплуатации. Разработке такого комплекса посвящен ряд исследований, в том числе направленных на совершенствование электродов сравнения [8, 9].
Оптимальным решением данной проблемы может стать внедрение на судах автоматизированной системы контроля протекторной защиты. Условно протекторную систему защиты судна с дополнительным автоматизированным контролем обозначим SACP Я. Такая система призвана обеспечить экипаж судна оперативной информацией о работоспособности протекторов и об уровне защищенности корпуса судна [10, 11].
В этом случае своевременное обнаружение снижения эффективности системы и проведение мероприятий по восстановлению и повышению ее работоспособности позволят снизить динамику затрат на ремонт корпуса судна и приблизить систему SACP Я к показателям системы защиты 1ССР, как показано на диаграмме рис. 5.
Рис. 5. Изменение динамики затрат на ремонт судна при внедрении автоматизированной системы контроля SACP Я
Таким образом, в настоящее время наибольшее распространение получила система ICCP, которая обеспечивает достаточно эффективную защиту от коррозии всех типов судов, морских платформ и других конструкций в течение длительного периода их эксплуатации. Однако эта система имеет ряд существенных недостатков, связанных с высокими требованиями к профессиональной подготовке персонала, к устойчивости источника питания и необходимости применения дополнительных конструктивных элементов, а также постоянного контроля направления тока в системе [12].
Вместе с тем система SACP имеет свои важные преимущества, основными из которых являются простота конструкции и низкие затраты на эксплуатацию. Установка системы SACP может стать предпочтительной для малых морских судов и судов с краткосрочным или сезонным режимом эксплуатации, поскольку это позволит избежать высоких первоначальных затрат на установку ICCP системы защиты от коррозии.
Внедрение автоматизированной системы контроля протекторной защиты на кораблях и судах позволит улучшить эксплуатационные свойства системы SACP, повысить ее гибкость для различных условий эксплуатации и обеспечить более высокий уровень надежности и безопасности морских судов.
Литература
1. Malcolm Latarche. Corrosion Control. ShipInsight (журнал). Current business media (изд-во). United Kingdom. - 2019. - P. 38-41.
2. Белов О.А. Современное состояние организации комплексной защиты металлических корпусов кораблей и судов от коррозии // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - 2017. - № 3 (118). -С.115-120.
3. Hartt W.H. Marine cathodic protection-historical trends and recent accomplishments // Conference Paper OCEANS 2000 MTS/IEEE Conference and Exhibition. - Vol. 3. - 2000.
4. Darchivio F., Cassanelli A., Simison S. Cathodic protection of ship hulls by galvanic anodes: design evaluation // Nace International. Corrosion 2209: Conference and Expo. - January 2009. - P. 1-7.
5. Tezdogan T., Demirel Y.K. An overview of marine corrosion protection with a focus on cathodic protection and coatings // Brodogradnja: Teorija i praksa brodogradnje i pomorske tehnike. - Vol. 65.
- June 2014. - P. 49-59.
6. Mainier F.B., Perassolli V. Ship hull corrosion caused by default and lack of maintenance on the impressed current cathodic protection // IOSR Journal of Engineering. - Vol. 04. - February 2014.
- P. 34-39.
7. Fairclough C. Avoiding Ship Hull Corrosion with ICCP and Simulation. - URL: https://www.comsol.com.
8. К вопросу использования судовых электродов сравнения, выполненных из нержавеющей стали / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, А.О. Рогожников, Б.В. Тарабанов // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Третьей меж-дунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2021. - С. 41-46.
9. 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. Серия: Морская техника и технология. - 2021. - № 3. - С. 23-32.
10. Оперативный контроль состояния антикоррозионной защиты как фактор безопасности технической эксплуатации морских судов / О.А. Белов, А.О. Шуваева, С.А. Клементьев, А.В. Фе-дин // Инноватика и экспертиза: Научные труды. - 2020. - № 1 (29). - С. 152-159.
11. Разработка автоматизированной системы контроля протекторной защиты корпусов рыбопромысловых судов / О.А. Белов, Д.П. Ястребов, А.О. Рогожников, В.А. Швецов, С.А. Зайцев, Б.В. Тарабанов // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы XI Национальной (всерос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2020. - С. 82-85.
12. Белов О.А., Швецов В.А., Белавина О.А. Способ контроля защищенности стальных корпусов кораблей и судов от электрохимической коррозии и электрокоррозии: Патент на изобретение RU 2643709 C1, 05.02.2018. Заявка № 2017115308 от 28.04.2017.
