CC BY
20
УДК 620.19:629.5.023
В.А. Швецов1, П.А. Белозёров1, О.А. Белавина1, Д.В. Шунькин1, С.А. Малиновский2
'Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
2OOO «Контакт», Петропавловск-Камчатский, 683024 e-mail: oni@kamchatgtu.ru
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЗАЩИТНОГО ПОТЕНЦИАЛА СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ В КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКЕ
Согласно ГОСТ 9.056-75 при эксплуатации систем защиты корпуса судна (корабля) от коррозии необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна. Однако при этом не указано необходимое число параллельных измерений потенциала корпуса в контрольных точках. Цель исследования - обосновать выбор необходимого и достаточного числа параллельных измерений защитного потенциала в контрольных точках стальных корпусов кораблей и судов. Для достижения поставленной цели были выполнены планируемые эксперименты и необходимые математико-статистические расчеты. Показано, что при использовании разработанной авторами методики контроля защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов достаточно использовать два параллельных измерения потенциала, одно из которых будет контрольным.
Ключевые слова: коррозия стальных корпусов кораблей и судов, электрохимическая защита корпуса судна от коррозии, измерения защитного потенциала корпуса судна, электрод сравнения, методика измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов.
V.A. Shvetsov1, P.A. Belozerov1, O.A. Belavina1, D.V. Shunkin1, S.A. Malinovsky2 ^Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003; 2LLC "Kontakt", Petropavlovsk-Kamchatsky, 683024) Rationale for selection of required number of parallel measurements on the vessel hull protection potential in the checkpoint
According to State Standard 9.056-75 it is necessary to measure the vessel hull potential occasionally during exploitation of the anticorrosion protection systems of the vessel hull. However at the same time the required number of parallel measurements in the checkpoints is not specified. The aim of the study is to justify the choice of the required and sufficient number of the vessel hull potential parallel measurements in the checkpoints of steel vessel hull. The given task has been solved by means of planned experiments and mathematical statistics methods. It is indicated that while using the technique made by the authors for the vessel hull protection potential control it is enough to use two parallel potential measurements, one of which is checking.
Key words: steel vessel hull corrosion, electrochemical protection of vessel hull from corrosion, vessel hull protection potential measurement, reference electrode, vessel hull protection potential measurement technique.
DOI: '0.'72'7/2079-0333-20'6-35-40-46
Коррозия стальных корпусов кораблей и судов - одна из главных причин износа судов, снижения их прочности и безопасности [1, 2].
Предупреждение преждевременного износа корпуса судна (корабля) является повседневной задачей экипажа [3, 4].
Для защиты от коррозии на кораблях и судах используют системы электрохимической защиты (катодные и протекторные), которые должны обеспечить необходимый (-0,85 В) защитный потенциал корпуса [5, 6]. Согласно нормативным документам (НД) [6] при эксплуатации систем электрохимической защиты необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна с помощью милливольтметра и хлорсеребряного электрода сравнения. Однако эти требования на кораблях и судах не выполняют.
Одной из причин невыполнения экипажем своих обязанностей [6] является несовершенство методики измерений потенциала корпуса. В связи с этим совершенствование методики измере-
ния защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов является актуальной проблемой. В работах [7, 8] предложены способы совершенствования этой методики, которая позволяет снизить ее трудоемкость и повысить экспрессность. Однако до настоящего времени не решен вопрос о выборе необходимого числа параллельных измерений потенциала корпуса в контрольной точке. Следует отметить, что число параллельных измерений является одним из важных условий методики измерений, которая обеспечивает необходимую точность результатов измерений [9, 10]. В используемых на сегодняшний день НД [6, 11] число необходимых параллельных измерений потенциала корпуса судна в контрольной точке не установлено. Поэтому обоснование выбора необходимого числа параллельных измерений защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов в контрольных точках является актуальной научной задачей.
Цель исследования - обосновать выбор необходимого и достаточного числа параллельных измерений защитного потенциала в контрольных точках стальных корпусов кораблей и судов.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие эксперименты. В течение четырех дней измеряли защитный потенциал корпуса пассажирского судна «Василий Завойко» в одной и той же контрольной точке (№ 5), расположенной в районе кормы по левому борту судна. Каждый день выполняли по 30 измерений потенциала корпуса судна (представительная выборка измерений). Измерения выполняли по методике [8] с помощью переносного милливольтметра и переносного электрода сравнения. В качестве переносного милливольтметра использовали цифровой мультиметр ЦГ203, а в качестве переносного электрода сравнения использовали хлорсеребряный электрод (ХСЭ) марки ЭСО-01. Измерения потенциала корпуса проводили при стояночном режиме судна в Авачинской губе. Для каждой из полученных четырех выборок измерений рассчитали среднее значение результатов измерений, выборочную дисперсию, стандартное отклонение и коэффициент вариации [12]. Результаты эксперимента и статистических расчетов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерения защитного потенциала корпуса пассажирского судна «Василий Завойко» в контрольной точке № 5 в период с 05.11.14 г. по 08.11.14 г.
Результаты измерений, мВ, в серии экспериментов
№ измерения I серия (5.11.14 г.) II серия (6.11.14 г.) III серия (6.11.14 г.) IV серия (7.11.14 г.)
1 818 818 818 818
2 818 818 818 818
3 818 819 818 818
4 818 818 818 818
5 818 817 818 818
6 818 818 818 818
7 818 818 818 818
8 818 818 818 818
9 818 818 818 818
10 819 819 818 819
11 818 818 818 818
12 818 818 818 818
13 818 818 818 818
14 818 818 818 818
15 818 819 817 818
16 819 817 819 818
17 818 818 817 818
18 817 818 818 818
19 818 817 818 818
20 818 818 818 819
21 818 817 818 818
22 819 818 818 818
23 818 818 818 818
24 818 819 818 818
Окончание табл. 1
Результаты измерений, мВ, в серии экспериментов
№ измерения I серия (5.11.14 г.) II серия (6.11.14 г.) III серия (6.11.14 г.) IV серия (7.11.14 г.)
25 818 818 818 818
26 817 818 818 818
27 818 818 818 817
28 818 818 817 817
29 817 818 817 817
30 817 818 817 817
Среднее значение Сс 817,96 818 817,86 817,93
Дисперсия Б2 0,24 0,27 0,19 0,19
Стандартное отклонение Б 0,49 0,52 0,43 0,44
Коэффициент вариации V, % 0,05 0,06 0,05 0,05
Результаты различных серий эксперимента, приведенные в табл. 1, подвергли дополнительной статистической обработке [13]. При сравнении дисперсий по критерию Кохрена установили их однородность, так как
Стах = ^2тах/(^12 + + Б32 + ^42) = 0,27/(0,24 + 0,27 + 0,19+0,19) = 0,3 < 0,43.
Таким образом, показали, что результаты измерений потенциала корпуса судна в контрольной точке характеризуются одинаковой случайной составляющей погрешности, характеризуемой дисперсией Б2с = 0,22.
Чтобы проверить значимость расхождений между средними значениями результатов измерений, полученными в разные дни, сравнили их по критерию Стьюдента, используя усредненное значение стандартного отклонения Бс = 0,47 при/= 116. Получили следующие значения t критерия: ¿12 = 2,46; t1з3 = 0,67; ¿2,3 = 1,9; ¿2,4 = 2,36 при табличных значениях ¿(0,05,116) = 1,98 и ¿(0,01,116) = 2,62.
Из результатов расчетов следует, что между средними значениями различных серий результатов измерений потенциала корпуса нет значимых систематических расхождений. Все средние значения характеризуют одно математическое ожидание Сс = 817,93 мВ.
Случайная составляющая погрешности единичного измерения потенциала корпуса судна характеризуется коэффициентом вариации Ус = 0,05%. Такое низкое значение коэффициента вариации позволяет предположить, что при измерении защитного потенциала корпуса судна в контрольной точке можно использовать минимальное число параллельных измерений потенциала (два измерения). Для подтверждения этого предположения выполнили дополнительные расчеты по следующей методике. Считаем среднее значение тридцати измерений потенциала корпуса судна в каждой серии измерений близким к истинному значению потенциала корпуса. Установим допустимое относительное расхождение в результатах измерения с помощью формулы [10]:
2-100|С - С I
, 0 с-^ < 0,3%, (1)
С + С
с измер
где Сизмер соответствует либо первому единичному результату измерения потенциала корпуса, либо среднему значению нескольких единичных (параллельных) измерений, например, №№ 1-2; №№ 1-3 и т. д. Результаты дополнительных расчетов приведены в табл. 2.
Переход к многократным измерениям возможен в том случае, если распределение результатов измерения потенциала корпуса соответствует нормальному закону [14]. Поэтому для всех серий экспериментов проверили гипотезу соответствия результатов измерения потенциала корпуса судна нормальному закону по методике [14].
Для этого вычислили значение установленного НД [14] критерия й по формуле:
п
ЪС - С
й = —-; (2)
пБ *
где - смещенное среднее квадратичное отклонение, вычисляемое по формуле:
5* =
X (С - С)
(3)
Получили следующие значения критерия ё:
¿1 = 0,8531 < 0,8625; ¿2 = 0,8564 < 0,8625; йъ = 0,8628 < 0,8826; = 0,8326 < 0,8625.
Таким образом, результаты измерений во всех сериях экспериментов можно считать распределенными нормально [14].
Таблица 2
Результаты дополнительных расчетов, необходимых для обоснования выбора числа параллельных измерений потенциала корпуса судна в контрольной точке
п
1 =1
п
Используемые результаты измерений, № I серия измерений II серия измерений III серия измерений IV серия измерений
С С измер. 2 -100 С - Сизмер С С измер. 2-100 Сс - Сизмер С Сизмер. 2 -100 Сс - Сизмер С Сизмер. 2 -100 Сс - Сизмер
С + с 1 ' с измер % С + с 1 ' с измер % С + с 1 ' |Сс + Сизмер| % С + с 1 ' |Сс + Сизмер| %
1 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-2 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-3 818 0,04 818,3 0,04 818 0,017 818 0,008
1-4 818 0,04 818,25 0,03 818 0,017 818 0,008
1-5 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-6 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-7 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-8 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-9 818 0,04 818 0 818 0,017 818 0,008
1-10 818,1 0,017 818,1 0,009 818 0,017 818,1 0,02
1-11 818,09 0,016 818,09 0,011 818 0,017 818,09 0,019
1-12 818,08 0,015 818,08 0,009 818 0,017 818,08 0,018
1-13 818,07 0,014 818,07 0,009 818 0,017 818,07 0,017
1-14 818,07 0,013 818,07 0,008 818 0,017 818,07 0,017
1-15 818,06 0,02 818,13 0,016 817,93 0,008 818,06 0,016
1-16 818,12 0,02 818,06 0,007 818 0,017 818,06 0,016
1-17 818,11 0,019 818,05 0,007 817,94 0,009 818,05 0,015
1-18 818,05 0,011 818,05 0,006 817,94 0,009 818,05 0,015
1-19 818,05 0,011 818 0 817,94 0,009 818,05 0,015
1-20 818,05 0,011 818 0 817,95 0,011 818,1 0,02
1-21 818,04 0,009 817,95 0,005 817,95 0,011 818,09 0,02
1-22 818,09 0,016 817,95 0,005 817,95 0,011 818,09 0,02
1-23 818,08 0,015 817,95 0,005 817,95 0,011 818,08 0,019
1-24 818,08 0,015 818 0 817,95 0,012 818,08 0,018
1-25 818,08 0,014 818 0 817,96 0,012 818,08 0,018
1-26 818,03 0,09 818 0 817,96 0,012 818,08 0,018
1-27 818,03 0,09 818 0 817,96 0,012 818,03 0,013
1-28 818,03 0,09 818 0 817,92 0,008 818 0,008
1-29 818 0,04 818 0 817,89 0,004 817,96 0,004
Затем в соответствии с требованиями НД [14] проверили результаты измерений на соответствие нормальному закону распределения, используя второй критерий, согласно которому счи-
тают, что результаты измерений соответствуют нормальному закону распределения, если не более т разностей (С - Сс) превысили значение • S (где - среднеквадратическое отклонение, ТР12 - верхний квантиль распределения нормированной функции Лапласа, соответствующий вероятности Р/2).
Значения вероятности Р определяли в соответствии с выбранным уровнем значимости д2,% и числом результатов измерений п [14].
Так как для всех серий измерений п = 30, то т = 2, а Р = 99% для уровня значимости = 1%. Следовательно, общее количество разностей (С — Сс) не должно превышать значение Хр/2 • 5 более двух раз, при этом Хр/2 = 2,58.
Проверили, сколько разностей (С — Сс) во всех сериях измерений защитного потенциала корпуса судна превышает значение Zp/2 • 5. Результаты проверки представлены в табл. 3.
Из результатов, приведенных в табл. 3, следует, что количество разностей (С — Сс) во всех сериях измерений не превышают допустимого значения. Таким образом, результаты измерений соответствуют нормальному закону распределения.
Таблица 3
Проверка результатов измерений потенциала корпуса судна на нормальность распределения
№ изме- I серия измерений II серия измерений III серия измерений IV серия измерений
рения С — С 2р/2 ' 51 С — С 2р/2 ' 52 С — С 2р/2 ' 53 С — С 2р/2 • 54
1 0,04 0,5 0,14 0,07
2 0,04 0,5 0,14 0,07
3 0,04 1,5 0,14 0,07
4 0,04 0,5 0,14 0,07
5 0,04 1 0,14 0,07
6 0,04 0,5 0,14 0,07
7 0,04 0,5 0,14 0,07
8 0,04 0,5 0,14 0,07
9 0,04 0,5 0,14 0,07
10 1,04 1,5 0,14 1,07
11 0,04 0,5 0,14 0,07
12 0,04 0,5 0,14 0,07
13 0,04 0,5 0,14 0,07
14 0,04 0,5 0,14 0,07
15 0,04 1,26 1,5 1,18 -0,86 1,1 0,07 1,13
16 1,04 1 1,14 0,07
17 0,04 0,5 -0,86 0,07
18 0,96 0,5 0,14 0,07
19 0,04 1 0,14 0,07
20 0,04 0,5 0,14 1,07
21 0,04 1 0,14 0,07
22 1,04 0,5 0,14 0,07
23 0,04 0,5 0,14 0,07
24 0,04 1,5 0,14 0,07
25 0,04 0,5 0,14 0,07
26 0,96 0,5 0,14 0,07
27 0,04 0,5 0,14 -0,93
28 0,04 0,5 -0,86 -0,93
29 0,96 0,5 -0,86 -0,93
30 0,96 0,5 -0,86 -0,93
В соответствии с НД [14] из результатов измерений необходимо исключить промахи. Для выявления промахов использовали критерий Граббса [14], предполагая, что наибольший Стах или наименьший Стт результат измерений вызван грубыми погрешностями. Результаты вычислений для каждой серии измерений приведены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты вычислений критерия Граббса
Расчетные значения критерия Граббса: G! и G2 От табличное допустимое значение для = 1%
I серия измерений II серия измерений III серия измерений IV серия измерений
g,= _|ст„ - Ce\ S g2 = _|c - cmb| s g,= Jcm» - Ce\ S g2 = _|c - cmb| s g,= Jcm» - Ce\ S g2 = _|c - cmb| s g,= Jcm» - C„\ S g2 = _|сс - cm„| s
0,03 0,03 0,05 0,02 0,03 0,02 0,03 0,03 3,236
Из результатов расчетов, приведенных в табл. 4, следует, что во всех случаях Gi< GT и G2 < GT. Следовательно, Cmax и Стт в каждой серии измерений не являются промахами.
Заключение
Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующий вывод: результаты измерений потенциала корпуса судна, выполненные по методике [8], отличаются высокими метрологическими характеристиками, поэтому для измерения защитного потенциала корпуса судна в контрольной точке достаточно использовать два параллельных измерения, одно из которых будет контрольным.
Литература
1. Марткович А.М. Борьба с коррозией корпуса судна. - М.: Морской транспорт, 1955. -170 с.
2. Зобочев Ю.Е., Солинская Э.В. Защита судов от коррозии и обрастания. - М.: Транспорт, 1984. - 174 с.
3. Максимаджи А.И., Беленький Л.М., Бринер А.С. Оценка технического состояния корпусов морских судов. - Л.: Судостроение, 1982. - 156 с.
4. КоробцовИ.М. Техническое обслуживание и ремонт флота. - М.: Транспорт, 1975. - 195 с.
5. УлигГ.Т., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. - Л.: Химия, 1989. - 454 с.
6. ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме [Электронный ресурс]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200015017 (дата обращения: 01.02.2016 г.)
7. Белозёров П.А. Обоснование способа выбора контрольных точек для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозёров, В.А. Швецов, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, Д.В. Коростылёв, В.А. Пахомов, С.А. Малиновский // Вестник КамчатГТУ. - 2014. -Вып. 28. - С. 6-11.
8. Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозёров, В.А. Швецов, А.А. Луценко, О.А. Белавина // Вестник АГТУ. Серия Морская техника и технология. - 2014. - № 4. - С. 7-12.
9. Миф Н.П. Методика выполнения измерений. - М: ТОО «ТОТ», 1996. - 18 с.
10. Швецов В.А. Химическое опробование золоторудных месторождений. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. - 222 с.
11. Руководство по защите корпусов подвесных кораблей ВМФ от коррозии и обрастания. -М.: Военное изд-во, 1984. - 351 с.
12. Смагунова А.Н. Алгоритмы оперативного и статического контроля качества работы аналитической лаборатории / А.Н. Смагунова, Е.И. Шмелева, В.А. Швецов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 60 с.
13. Смагунова А.Н., Карпукова О.М. Методы математической статистики в аналитической химии. - Ростов н/Д: Феникс, 2012. - 346 с.
14. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. Издание официальное. - М.: Стандартинформ, 2013. - 24 с.
Сведения об авторах Information about authors
Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук, доцент, профессор кафедры электро- и радиооборудования судов; oni@kamchatgtu.ru
Shvetsov Vladimir Alexeevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Doctor of Chemistry; Associate Professor, Professor of Electrical and Radio Equipment of Ships Chair; oni@kamchatgtu.ru
Белозеров Павел Александрович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; аспирант; oni@kamchatgtu.ru
Belozerov Pavel Alexandrovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Postgraduate; oni@kamchatgtu.ru
Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист по научно-технической информации отдела науки и инноваций, oni@kamchatgtu.ru
Belavina Olga Alexandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department; oni@kamchatgtu.ru
Шунькин Дмитрий Владимирович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; младший научный сотрудник отдела науки и инноваций; oni@kamchatgtu.ru
Shunkin Dmitri Vladimirovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Junior Scientist of Science and Innovation Department; oni@kamchatgtu.ru
Малиновский Станислав Анатольевич - ООО «Контакт»; 683024, Россия, Петропавловск-Камчатский; проектировщик электрических сетей; oni@kamchatgtu.ru
Malinovsky Stanislav Anatolyevich - LLC "Kontakt", 683024, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Electric Network Design Engineer; oni@kamchatgtu.ru
