CC BY
7УДК 620.19:629.5.023
Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: restartH01@mail.ru
К ВОПРОСУ КОНТРОЛЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ СУДОВ И МОРСКИХ СООРУЖЕНИЙ
ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ
Рыбная отрасль - это базовая составляющая экономики Камчатского края. Ее основой являются ры-бодобывающие суда. Убытки, связанные с коррозией судов из-за исключительной металлоемкости, составляют сотни миллионов рублей в год. Основная проблема, с которой столкнулись авторы, - это несоблюдение диагностики экипажами судов систем коррозионной защиты от электрокоррозии из-за проблем со средствами контроля и трудоемкости методики ее оценки. Остро стоит вопрос пагубного влияния электрокоррозии на коррозионную защиту судов и морских сооружений, источниками которой являются блуждающие токи естественного и промышленного происхождения. Для решения озвученных проблем в статье приводятся разработанный авторами электрод сравнения и способ контроля защищенности от электрокоррозии. Статья содержит результаты натурных экспериментов, выполненных на судне РС-300 «Мирный», которое находилось у железобетонного пирса в г. Петропавловске-Камчатском. Результаты натурных измерений показали, что основную опасность представляют электрические поля, создаваемые в акваториях при сварочных работах. Результаты исследований могут быть использованы экипажами судов и лицами, обслуживающими морские сооружения для организации менее трудоемкого и более эффективного способа контроля защищенности от электрокоррозии и оценки ее эффективности.
Ключевые слова: электрокоррозия, плотность тока, интенсивность электрокоррозии, блуждающие токи, электросварка, лакокрасочное покрытие.
D.P. Yastrebov, O.A. Belov, V.A. Shvetsov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail:restart1101@mail.ru
ON ISSUE OF MONITORING SHIPS AND MARINE STRUCTURES PROTECTION
FROM ELECTROCORROSION
The fishing industry is the basis of the economy of the Kamchatka Territory. Its base is fishing vessels. Losses associated with corrosion of ships, due to the exceptional metal consumption, amount hundreds of millions of rubles per year. The main problem faced by the authors is the non-compliance with the diagnostics by the crews of the corrosion protection systems against electrocorrosion due to problems with the monitoring tools and the complexity of the methodology for its assessment. There is an acute issue of the detrimental effect of electrocorrosion on the corrosion protection of ships and offshore structures, the sources of which are stray currents of natural and industrial origin. To solve these problems, a reference electrode developed by the authors and a method for monitoring protection against electrocorrosion are presented in the paper. The results of field experiments carried out on board the RS 300 "Mirny" ship, which was located at the reinforced concrete pier in Petropavlovsk-Kamchatsky are described. The results of field measurements showed that the main danger was represented by electric fields created in water areas during welding operations. The results of the research can be used by ship crews and persons maintaining offshore structures to organize a less laborious and more efficient way to control the protection against electrocorrosion and evaluate its effectiveness.
Key words: electrocorrosion, current density, intensity of electrocorrosion, stray currents, electric welding, paintwork.
Проблема защиты металлов от коррозии является важной и актуальной проблемой для всех отраслей страны, в том числе и для рыбопромыслового флота [1]. Рыбная отрасль - это базовая часть экономики Камчатского края. Ее основой являются рыбодобывающие суда. Убытки, связанные
с коррозией судов, из-за исключительной металлоемкости составляют сотни миллионов рублей в год [1, 2]. Основные средства защиты от электрокоррозии на рыбопромысловых судах -это применение электрохимической защиты [2]. В процессе эксплуатации такой защиты нельзя оценить ее, т. к. нет доступных средств контроля, а методики, описанные в ГОСТ и РД, достаточно трудоемки [3, 4]. Основная проблема, с которой столкнулись авторы, - это несоблюдение диагностики экипажами судов систем коррозионной защиты от электрокоррозии из-за проблем со средствами контроля и трудоемкости методики [2, 5-9].
Остро стоит вопрос пагубного влияния электрокоррозии на коррозионную защиту судов и морских сооружений. Электрокоррозия - это местная коррозия (язвами, пятнами, канавками), вызванная токами утечки или блуждающими токами и развивающаяся в местах повреждения лакокрасочного покрытия. Электрокоррозия корпусов судов может иметь место и при поляризации корпуса переменным током. Механизм коррозионного разрушения металла под действием переменного тока состоит в том, что в анодный полупериод ионы металла переходят в электролит, вновь разряжаясь на металле в катодный полупериод. Однако не все ионы металла, перешедшие в электролит, восстанавливаются в течение катодного полупериода. Катионы, обладающие более положительными потенциалами, например водород, могут выделяться на поверхности раньше, чем начнут восстанавливаться ионы металла. Скорость электрокоррозии при плотности тока на анодных участках корпуса 5 А/м2 может достигать в периоды стоянки судна у причала 6 мм/год, что почти в 50 раз больше скорости естественной коррозии стали в морской воде [1, 2]. Интенсивность электрокоррозии корпусов кораблей при поляризации переменным током значительно меньше, чем при поляризации постоянным током. Интенсивность коррозии корпусов кораблей в поле блуждающих токов определяется величиной токов, взаимным расположением источника тока и корпуса судна, удельным сопротивлением среды, состоянием изоляционного покрытия корпусов.
Блуждающие токи бывают естественного и промышленного происхождения. Источниками блуждающих токов естественного происхождения могут быть грозовые разряды, волнение моря, вариации магнитного поля Земли, термоэлектрические явления и др. Плотность блуждающих токов естественного происхождения может достигать величин 5-10 А/м2, что не представляет коррозионной опасности для морских сооружений [1].
Источниками блуждающих токов промышленного происхождения являются установки для электросварки, подающие питание на объект по неправильным схемам, линии рельсового электротранспорта, в которых в качестве одного из проводов используется земля, заземление постоянного тока, системы катодной защиты и т. д.
Цель статьи - обмен опытом в области контроля защищенности судов и морских сооружений от электрокоррозии среди экипажей судов и лиц, обслуживающих морские сооружения.
Экспериментальная часть. Оценить скорость электрокоррозии судов [1, 5-9] можно с помощью следующих показателей: потенциала контрольной пластины, электрически соединенной с корпусом и погруженной в воду вблизи корпуса; силы тока, проходящего между корпусом и соединенной с ним стальной пластиной; градиента потенциала вблизи корпуса судна; разности потенциалов между корпусом судна и береговым заземляющим контуром или корпусом другого судна. Схема измерения электрокоррозии при помощи электрода сравнения и контрольной пластины показана на рис. 1.
Контроль плотности тока электрокоррозии по величине потенциала корпуса основан на взаимосвязи этих величин [1-4]. Зная по поляризационным кривым эту зависимость, можно сравнительно просто (с помощью электрода сравнения, рис. 1, б) определить потенциал и с достаточной для практики точностью судить о плотности тока, стекающего с корпуса судна. Трудность нахождения плотности тока этим способом связана с тем, что для каждого конкретного случая поляризационная кривая имеет различный наклон в зависимости от состояния лакокрасочного покрытия на корпусе [1, 2]. Кроме того, анодная поляризационная кривая для корпуса с разрушенным лакокрасочным покрытием проходит слишком плохо относительно оси плотности тока, поэтому определить плотность тока по величине потенциала в этом случае можно только весьма приблизительно. Величина потенциала может быть принята в качестве критерия защищенности только в частном случае защиты от электрокоррозии судна, оборудованного системой электрохимической защиты. В этом случае потенциал корпуса должен находиться в защитном диапазоне, принятом для данного материала корпуса судна. О силе тока,
проходящего через подводную часть корпуса, можно судить по потенциалу контрольной пластины (рис. 1, а). Но существенным недостатком этого способа является низкая чувствительность [1]. Измерение силы тока, проходящего между корпусом судна и пластиной (рис. 1, б), -простой и наглядный способ, однако он также дает значительную погрешность при определении скорости электрокоррозии.
Рис. 1. Схема измерения потенциала (а) и силы тока (б) между корпусом судна и контрольной пластиной: 1 - корпус судна; 2 - фальшборт; 3: а - милливольтметр, б - миллиамперметр; 4 - прижимной контакт; 5 - морская вода; 6 - контрольная пластинка; 7 - электрод сравнения
Поэтому авторами был разработан свой электрод сравнения и способ контроля защищенности от электокоррозии на судах, кораблях и морских сооружениях. Предложенное техническое обеспечение позволяет:
а) снизить трудоемкость контроля;
б) облегчить хранение и увеличить продолжительность эксплуатации инструментов контроля;
в) увеличить достоверность и точность контроля;
г) уменьшить стоимость комплектующих для контроля электрокоррозии;
д) самим экипажам судов и лицам, обслуживающим коррозионные системы, изготавливать устройства для контроля электрокоррозии [10].
Эксперимент проводился в один день на судне РС-300 «Мирный», которое находилось у железобетонного пирса в г. Петропавловске-Камчатском. Измерения осуществлялись, когда на судне проходили электросварочные работы и без электросварочных работ. Схема расположения исследуемого судна и контрольных точек измерений представлена на рис. 2.
1м 13 м 13 м 4 м
Катер 1786
/ / / / / / / / / / / / / / / /
/ / / / / / / / / / / / / / / / /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' / /' /'
/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /' / / / / / / / / / / /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /' /'
///////
/ / / / / / / / / / / / / / / /' / / /' / / / /' / /' /' / / /
////////
Пирс (железобетон)
Рис. 2. Схема расположения исследуемого судна и контрольных точек измерений на нем
Из рис. 2 видно, в каком месте осуществлялись электросварочные работы, при этом источник тока находился на судне. Продолжительность электросварочных работ составила около трех часов. Измерения проводились по шести точкам последовательно, по 50 контрольных промера на одной контрольной точке разработанным электродом сравнения, который выполнен из токо-проводящего углесодержащего материала [10] по методике, приведенной в работах [5-9, 11] в течение дня 20.08.2022 г. с паузой в 40 минут между сериями контрольных измерений (таблица).
Результаты контрольных измерений защищенности судна РС-300 «Мирный» от электрокоррозии
№ контрольной точки Результаты измерений среднего переменного потенциала Цсред.~, мВ; среднего переменного тока 1~, мА и среднего постоянного потенциала Цсред =, мВ
При электросварочных работах Без электросварочных забот
I- U- U = I- U- U =
1 5,0 6,5 780,0 0,5 0 784,0
2 7,0 7,0 758,0 2,0 0 763,0
3 13,0 5,0 791,0 0 0 795,0
4 29,0 8,0 786,0 2,5 0 792,0
5 35,0 15,0 801,0 1,0 0 805,0
6 39,0 17,0 798,0 3,5 0 803,0
Стоит отметить (согласно таблице), что результаты измерений, полученные при отсутствии электросварочных работ, оказались малы и существенно не влияют на электрохимическую защиту от электрокоррозии исследуемого судна. Полученные показания являются показаниями блуждающих токов в контрольных точках судна № 2, 4, 6, которые являются токами наводки с железобетонного пирса, которые, в свою очередь, вызваны факторами естественного происхождения, озвученными в данной научной работе.
Основные параметры электрического поля блуждающих токов - это его потенциал, напряженность и плотность тока. Величиной, непосредственно характеризирующей интенсивность электрокоррозии металла, является переменный ток. Результаты натурных измерений показывают, что основную опасность представляют электрические поля, создаваемые в акваториях при сварочных работах. Как видно из результатов таблицы, если электросварочные работы не ведутся, то переменный ток в среднем в точках составляет 1,36 мА, а в период сварки достигает 18,29 мА. Например, в точках 4-6 эти показатели критические, более 25 мА, что соответствует при средней сохранности лакокрасочного покрытия скорости коррозии 10-20 мм/год. Поэтому экипажу судна рекомендуется при электросварочных работах похожего типа, как представленные в эксперименте, применять дополнительные меры защиты от электрокоррозии для уменьшения коррозионного износа корпуса судна РС-300 «Мирный» и исключения преждевременного выхода судна из строя.
Резюмируя, отметим, что:
1) контроль защищенности от электрокоррозии нужно выполнять регулярно по причине недопущения понижения параметров, т. к. это может вызвать дополнительные убытки от электрокоррозии;
2) разработанные средства контроля и предложенная методика вызывает у экипажей судов меньше проблем с организацией контроля защиты судна от электрокоррозии, чем методы и средства, предлагаемые действующими ГОСТами и руководствами;
3) объективно оценить эффективность работы защиты от электрокоррозии судов и морских сооружений можно при помощи представленного метода и устройства, поэтому рекомендуется экипажам судов и лицам, обслуживающим морские сооружения, организовать такой вид контроля.
Литература
1. Люблинский Е.Я., Пирогов В.Д. Коррозия и защита судов: Справочник. - Л.: Судостроение, 1987. - 376 с.
2. Контроль систем протекторной защиты стальных судов и кораблей: Монография / В.А. Швецов, О.А. Белов, П.А. Белозеров, Д.В. Шунькин. - Петропавловск-Камчатский: Кам-чатГТУ, 2016. - 109 с.
3. РД 31.28.10-97 Комплексные методы защиты судовых конструкций от коррозии. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200049727 (дата обращения: 2.10.2022).
4. ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме. - URL: http://docs.cntd.ru/document/ 1200015017 (дата обращения: 2.10.2022).
5. Белов О.А., Швецов В.А., Ястребов Д.П. Обоснование оптимальной периодичности контроля работы протекторной защиты стальных корпусов судов // Эксплуатация морского транспорта. - Новороссийск, 2017. - № 1 (82). - С. 41-48.
6. Внедрение усовершенствованного способа контроля систем протекторной защиты стальных корпусов судов камчатского флота / О.А. Белов, В.А. Швецов, Д.П. Ястребов, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин // Вестник Камчатского государственного технического университета. - Петропавловск-Камчатский, 2017. - Вып. 39. - С. 6-11.
7. 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. - Астрахань, 2017. - Вып. 1. - С. 29-38.
8. Обоснование способа выбора контрольных точек для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозеров, В.А. Швецов, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, Д.В. Коростылёв, В.А. Пахомов, С.А. Малиновский // Вестник Камчатского государственного технического университета. - Петропавловск-Камчатский, 2014. - Вып. 28. - С. 6-11.
9. Обоснование выбора необходимого числа параллельных измерений защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов в контрольной точке / В.А. Швецов, П.А. Белозеров, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, С.А. Малиновский // Вестник Камчатского государственного технического университета. - Петропавловск-Камчатский, 2016. - Вып. 35. - С. 40-46.
10. Патент № 153280 Российская Федерация, U1 МПК G01N 17/02. Устройство для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / В.А. Швецов, П.А. Белозёров, Д.В. Шунькин, А.А. Диденко, А.А. Луценко, Д.В. Коростылёв, О.А. Белавина. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «КамчатГТУ». - № 2014142289/28; заяв. 20.10.2014; опубл. 10.07.2015.
11. Патент № 2643709 Российская Федерация, G01N17/02. Способ контроля защищенности стальных корпусов кораблей и судов от электрохимической коррозии и электрокоррозии / О.А. Белов, В.А. Швецов, О.А. Белавина. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «КамчатГТУ». - № 2017115308; заяв. 28.04.2017; опубл. 05.02.2018.
