CC BY
20
УДК 620.197-791.2:629.5.023
П.А. Белозёров1, В.А. Швецов1, О.Е. Петренко1, Д.В. Коростылёв1, О.В. Белавина1, В.В. Кирносенко2
'Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
2ОАО «Камчатскэнерго», Петропавловск-Камчатский, 683030 е-mail: [email protected]
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПЕРЕНОСНОГО МИЛЛИВОЛЬТМЕТРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОТЕНЦИАЛА СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ
Согласно ГОСТ 9.056-75 при эксплуатации систем защиты судна (корабля) от коррозии необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна. Однако экипажи судов и кораблей эту работу не выполняют. Одной из причин невыполнения экипажами своих должностных обязанностей является отсутствие точных указаний по выбору типа переносного милливольтметра. Цель исследования - обосновать выбор переносного милливольтметра (мультиметра), пригодного для выполнения измерений защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов в контрольных точках. Для достижения этой цели необходимо было выявить зависимость результатов измерений защитного потенциала от типа милливольтметров. Поставленная цель была достигнута с помощью планируемых экспериментов и методов математической статистики. Установлено, что измерения потенциала корпуса судна (корабля) можно выполнять с помощью любого дешевого бытового мультиметра. Прецизионность результатов измерений при этом соответствует требованиям ГОСТ 9.056-75. Таким образом, показано, что затраты на измерение потенциала стальных корпусов кораблей и судов можно значительно снизить. Это позволит экипажам судов и кораблей осуществлять оперативный контроль систем защиты стальных корпусов кораблей и судов от коррозии. Результаты этого контроля в свою очередь позволят своевременно направлять суда и корабли в док, что приведет к снижению стоимости судоремонтных работ и сроков их выполнения.
Ключевые слова: коррозия стальных корпусов кораблей и судов, мультиметр, милливольтметр, электрохимическая защита корпуса судна от коррозии, измерение защитного потенциала корпуса судна, электрод сравнения, методика измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов.
P.A. Belozerov1, V.A. Shvetsov1, O.E. Petrenko1, D.V. Korostylev1, O.V. Belavina1, V.V. Kirnosenko2 ^Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003; 2"Kamchatskenergo", Plc, Petro-pavlovsk-Kamchatsky, 683030) Rationale for choosing a portable millivoltmeter for measuring protective potential of steel hulls of ships and vessels
According to State Standard Specification 9.056-75, regular measuring of hull potential is necessary when protection systems of vessels are in operation. However, crews of ships and vessels do not fulfill this job. One of the reasons of not performing their responsibilities is the absence of precise instructions on the choice of a portable millivoltmeter. The aim of this investigation is to justify the choice of a portable millivoltmeter (multimeter) suitable for fulfilling measurements of the protective potential of steel hulls in test points. To achieve this aim it is necessary to find out the dependence of the results of protective potential measuments on the type of a millivoltmeter. The stated aim has been achieved with the help of experiments and methods of mathematical statistics. The results of the investigation show that measurements of hull potential can be done with any domestic multimeter. The precision of the results of the investigation conforms to the requirements of State Standard Specification 9.056-75. Thus, the expenditures for measuring potential of steel hulls can be reduced. It enables crews of ships and vessels to fulfill operational control over the systems of corrosion protection of steel hulls. The results of this control will in turn enable to direct ships and vessels to the dock and it will reduce the costs and due dates of ship-repair works.
Key words: corrosion of steel hull, multimeter, millivoltmeter, electrical-chemical protection of the hull from corrosion, measuring of protective potential of hull, reference electrode, methodology of measuring the protective potential of ships and vessels.
DOI: '0.'72'7/2079-0333-20'6-36-'2-'8
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 (от -0,75 до -1,05 В) защитный потенциал корпуса [5, 6].
Согласно нормативным документам (НД) [6, 7] при эксплуатации систем электрохимической защиты необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна с помощью переносного милливольтметра и переносного хлорсеребряного электрода сравнения. Согласно НД [6] в качестве переносного милливольтметра следует использовать следующие электроизмерительные приборы отечественного производства: Ц-434, Ц-4312, Ц-4313, Ц-4340, Ц4315, Ц-4353, М-1109. Однако использование этих приборов на рыбопромысловых судах Камчатского края практически невозможно, так как они отсутствуют в свободной продаже и их стоимость с учетом доставки значительно выше, чем у аналогичных приборов, находящихся в свободной продаже.
Согласно НД [7] системы протекторной защиты должны содержать «переносной милливольтметр для измерения потенциала корпуса защищаемого объекта с входным сопротивлением не менее 20 кОм на Вольт, класса точности не ниже 2,5 по ГОСТ 10374-82 и ГОСТ 8711-78». Так как НД [7] не регламентирует жестко тип милливольтметра, то следует оценить возможность использования доступных и дешевых мультиметров производства КНР для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов. Использование дешевых мультиметров, находящихся в свободной продаже, позволит экипажам рыбопромысловых судов осуществлять контроль эффективности эксплуатации систем протекторной защиты. Однако использование таких приборов на судах необходимо обосновать [8].
Цель исследования - обоснование выбора переносного милливольтметра для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов.
Для достижения поставленной цели был выполнен следующий эксперимент. В течение одного дня замеряли защитный потенциал пассажирского судна «Василий Завойко» в районе кормы, в точке № 5. Измерения проводили по методике [9] поочередно при помощи четырех типов бытовых мультиметров (ЦГ203, MAS830L, M832, DT830B) и переносного электрода сравнения. В качестве электрода сравнения использовался сначала хлорсеребряный электрод (ХСЭ) марки ЭСО-01, а затем графитовый электрод. Все переносные мультиметры были приобретены в магазинах электротоваров. С помощью каждого мультиметра выполнили по 30 измерений потенциала корпуса судна при использовании графитового и хлорсеребряного электродов. Измерения потенциала корпуса проводили при стояночном режиме судна в Авачинской губе, хорошей погоде и минимальном волнении моря. Для каждой из полученных четырех выборок (серий) измерений рассчитали среднее значение результатов измерений, выборочную дисперсию, стандартное отклонение и коэффициент вариации [10]. Результаты эксперимента и статистических расчетов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений защитного потенциала корпуса пассажирского судна «Василий Завойко» в контрольной точке № 5, выполненные с помощью различных мультиметров и электродов сравнения
18.12.14 Значения потенциала, мВ, полученные при использовании мультиметра №
№ измерения
Типы мультиметров
1 (ОТ203) 2 (MAS830L) 3 ^832) 4 (DT830B) 1 (ОТ203) 2 (MAS830L) 3 ^832) 4 (DT830B)
Использовался хлорсеребряный электрод Использовался гра( штовый электрод
1 610 602 603 600 482 471 473 469
2 610 601 603 600 482 471 473 469
3 610 602 604 600 482 471 474 469
4 611 602 604 601 482 471 474 469
5 610 602 604 601 482 472 474 469
6 610 602 604 600 482 472 474 470
7 609 602 603 600 482 471 473 470
8 610 602 603 600 482 472 474 469
9 610 602 603 600 482 472 474 469
10 610 602 603 600 482 472 474 469
11 610 602 604 600 482 472 474 469
12 610 602 603 601 482 472 474 470
Окончание табл. 1
18.12.14 Значения потенциала, мВ, полученные при использовании мультиметра №
№ измерения
Типы мультиметров
1 (иТ203) 2 (МД8830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б) 1 (иТ203) 2 (МД8830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
Использовался хлорсеребряный электрод Использовался гра( штовый электрод
13 610 602 603 600 482 472 474 470
14 610 602 604 600 482 472 474 470
15 610 602 603 600 482 473 473 469
16 610 601 603 600 482 473 473 469
17 610 602 603 600 482 472 474 469
18 609 602 602 600 482 472 474 469
19 610 602 603 601 482 472 474 469
20 610 602 603 601 482 472 474 469
21 610 602 603 600 482 472 474 470
22 610 602 603 600 482 472 474 470
23 611 602 603 600 483 472 474 470
24 610 602 603 600 483 472 473 470
25 610 602 603 601 482 472 474 470
26 610 602 604 601 482 472 474 470
27 610 602 603 601 482 472 474 469
28 610 601 603 601 482 472 474 469
29 610 602 603 601 482 472 474 469
30 610 602 603 601 482 472 474 470
Среднее Сс 610 601,91 603,27 600,34 482 471,81 473,83 469,42
Станд. откл. Ъ 0,37 0,36 0,48 0,49 0,25 0,68 0,5 0,5
Дисперсия Ъ2 0,14 0,13 0,23 0,24 0,06 0,46 0,25 0,25
К. вариации V 0,06 0,06 0,08 0,08 0,05 0,14 0,1 0,1
Затем для всех серий экспериментов проверили по методике [8] гипотезу о соответствии результатов измерения потенциала корпуса судна нормальному закону.
Для этого вычислили значение установленного НД [8] критерия й по формуле:
п
1С - с\
й -, (1)
пЪ
где Ъ* - смещенное среднее квадратичное отклонение, вычисляемое по формуле:
Ъ * =
I (С, - С )2
(2)
Получили следующие значения критерия й для результатов измерений, полученных с помощью хлорсеребряного электрода:
0,8773 < 0,8826; ¿2 = 0,8756 < 0,8826; йъ = 0,8812 < 0,8826; й4 = 0,8661 < 0,8826.
Для результатов измерений, полученных с помощью графитового электрода, соответствующее значение критерия й равны:
¿1 = 0,8745 < 0,8826; й2 = 0,8726 < 0,8826; йъ = 0,8784 < 0,8826; й4 = 0,8563 < 0,8826.
Таким образом, результаты измерений потенциала корпуса судна во всех сериях экспериментов можно считать распределенными нормально.
Затем в соответствии с требованиями НД [8] проверили результаты измерений на соответствие нормальному закону распределения, используя второй критерий, согласно которому считают, что результаты измерений соответствуют нормальному закону распределения, если не более т разностей (С, - Сс) превысили значение • Ъ (где Ъ - среднеквадратическое отклонение, Zp/2 - верхний квантиль распределения нормированной функции Лапласа, соответствующий вероятности Р/2).
п
1=1
п
Значения вероятности Р определяли в соответствии с выбранным уровнем значимости д2,% и числом результатов измерений п согласно НД [8]. Так как для всех серий результатов измерений, полученных с помощью разных мультиметров п = 30, то т = 2, а Р = 98% для уровня значимости д2 = 1%. Следовательно, для каждой выборки результатов измерений разность (С, — Сс) не должна превышать значение ХрГ2 • более двух раз, при этом Хр/2 = 2,33.
Проверили, сколько разностей во всех сериях измерений (С, — Сс) превышает допустимое значение Zp/2 • 5. Результаты проверки представлены в табл. 2 и табл. 3.
Таблица 2
Проверка результатов измерений потенциала корпуса судна, полученных при помощи хлорсеребряного электрода на нормальность распределения
№ измерения Расчетные характеристики результатов измерений, полученные при использовании мультиметра №
1 (иТ203) 2 (МЛБ830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
С1 Сс ■рП ' 51 С1 Сс ■рП ' 52 С1 Сс ■рП ' 53 С1 Сс ■рП ' 54
1 0 0,09 -0,27 -0,34
2 0 -0,91 -0,27 -0,34
3 0 0,09 0,73 -0,34
4 1 0,09 0,73 0,66
5 0 0,09 0,73 0,66
6 0 0,09 0,73 -0,34
7 -1 0,09 -0,27 -0,34
8 0 0,09 -0,27 -0,34
9 0 0,09 -0,27 -0,34
10 0 0,09 -0,27 -0,34
11 0 0,09 0,73 -0,34
12 0 0,09 -0,27 0,66
13 0 0,09 -0,27 -0,34
14 0 0,09 0,73 -0,34
15 0 0,86 0,09 0,83 -0,27 1,11 -0,42 1,14
16 0 -0,91 -0,27 -0,34
17 0 0,09 -0,27 -0,34
18 -1 0,16 0,06 -0,34
19 0 0,09 -0,27 0,66
20 0 0,09 -0,27 0,66
21 0 0,09 -0,27 -0,34
22 0 0,09 -0,27 -0,34
23 1 0,09 -0,27 -0,34
24 0 0,09 -0,27 -0,34
25 0 0,09 -0,27 0,66
26 0 0,09 0,73 0,66
27 0 0,09 -0,27 0,66
28 0 -0,91 -0,27 0,66
29 0 0,09 -0,27 0,66
30 0 0,09 -0,27 0,66
Таблица 3
Проверка результатов измерений потенциала корпуса судна, полученных при помощи графитового электрода на нормальность распределения
№ измерения Расчетные характеристики результатов измерений полученные при использовании мультиметра №
1 (иТ203) 2 (МЛБ830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
С1 Сс ■рП ' 51 С1 Сс ■рП ' 52 С1 Сс ■»/2 ' 53 С1 Сс ■»/2 ' 54
1 0 -0,81 -0,27 -0,42
2 0 -0,81 -0,27 -0,42
3 0 -0,81 0,17 -0,42
4 1 -0,81 0,17 -0,42
5 0 0,19 0,17 -0,42
6 0 0,58 0,19 1,58 0,17 1,16 0,18 1,16
7 0 -0,81 -0,83 0,18
8 0 0,19 0,17 -0,42
9 0 0,19 0,17 -0,42
10 0 0,19 0,17 -0,42
11 0 0,19 0,17 -0,42
12 0 0,19 0,17 0,18
Окончание табл. 3
№ измерения Расчетные характеристики результатов измерений, полученные при использовании мультиметра №
1 (иТ203) 2 (МЛБ830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
С1 Сс ^р/2 • С1 Сс ^р/2 • $2 С1 Сс ^р/2 • $3 Сг Сс 2р/1 • $4
13 0 0,19 0,17 0,18
14 0 0,19 0,17 0,18
15 0 0,19 -0,83 -0,42
16 0 1,19 -0,83 -0,42
17 0 0,19 0,17 -0,42
18 0 0,19 0,17 -0,42
19 0 0,19 0,17 -0,42
20 0 0,19 0,17 -0,42
21 0 0,58 0,19 1,58 0,17 1,16 0,18 1,16
22 0 0,19 0,17 0,18
23 1 0,19 0,17 -0,42
24 1 0,19 0,17 -0,42
25 0 0,19 0,17 0,18
26 0 0,19 0,17 0,18
27 0 0,19 0,17 -0,42
28 0 0,19 0,17 -0,42
29 0 0,19 0,17 -0,42
30 0 0,19 0,17 0,18
Из результатов, приведенных в табл. 2 и табл. 3, следует, что разность (С — Сс) во всех сериях измерений не превышает допустимого [8] значения. Таким образом, повторно показано, что результаты измерений соответствуют нормальному закону распределения.
В соответствии с НД [8] из результатов измерений необходимо исключить промахи. Для выявления промахов использовали критерий Граббса [8], предполагая, что наибольший стах или наименьший Стт результат измерений вызван грубыми погрешностями.
Результаты обработки значений потенциала корпуса судна, полученные с помощью разных типов мультиметров, приведены в табл. 4 и табл. 5.
Таблица 4
Значения критерия Граббса для результатов измерений, полученных с помощью хлорсеребряного электрода
Расчетные значения критерия Граббса и 02 для результатов измерений, полученных с помощью мультиметра № От табличное допустимое значение для уровня значимости 1%
1 (иТ203) 2 (МЛБ830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
\с -с\ | тах с | ^2 = \с - с \ | с тп | \с -с| тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп | \с -с\ тах с ^2 = |с - с \ | с тп | \с - с| тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп |
$ $ $ $ Б $ $ $
3,15 2,42 2,53 2,35 2,46 2,71 2,32 1,43 3,326
Таблица 5
Значения критерия Граббса для результатов измерений, полученных с помощью графитового электрода
Расчетные значения критерия Граббса и 02 для результатов измерений, полученных с помощью мультиметра № От табличное допустимое значение для уровня значимости 1%
1 (Ш203) 2 (МЛБ830Ь) 3 (М832) 4 (БТ830Б)
\с - с 1 тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп | \с -с\ тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп | \с -с\ тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп | \с - с 1 тах с ^2 = |с - с . 1 | с тп |
$ $ $ $ $ $ $ $
2,73 1,13 1,84 1,23 2,79 2,24 2,64 2,1 3,326
Из результатов расчетов, приведенных в табл. 4 и табл. 5, следует, что во всех случаях Gl < GT и 02 < От. Следовательно, Стах и Стт в каждой серии измерений не являются промахами.
Затем результаты измерений потенциала корпуса, полученные с помощью различных мульти-метров (приведены в табл. 2 и табл. 3), подвергли дополнительной статистической обработке [11]. При сравнении дисперсий по критерию Кохрена установили их однородность, так как:
Gimax = ^2max / (SI2 + S22 + S32 + S42) = 0,24 / (0,13 + 0,24 + 0,14 + 0,23) = 0,32 < 0,47 G2max = S2max / (Si2 + S22 + S32 + S42) = 0,46 / (0,06 + 0,25 + 0,25 + 0,46) = 0,45 < 0,47.
Таким образом, показали, что прецизионность результатов измерений потенциала корпуса судна в контрольной точке не зависит от типа мультиметра.
Чтобы проверить значимость систематических расхождений между средними значениями результатов измерений, полученными разными мультиметрами, сравнили их по критерию Стьюдента.
Получили следующие значения t критерия:
а) для хлорсеребряного электрода t12 = 15,53; t13 = 11,17; t14 = 12,08; t23 = 2,11; t2,4 = 2,58; t3,4 = 2,14.
б) для графитового электрода t12 = 14,14; t13 = 14,72; t14= 22,76; t23 = 2,37; t2,4 = 2,19; t3,4 = 2,3 (при табличных значениях t(0,05; 58) = 2 и t(0,01; 58) = 2,68.
Из результатов расчетов следует, что между средними значениями результатов измерений потенциала корпуса, полученных с помощью различных мультиметров, могут существовать значимые систематические расхождения. Следовательно, мультиметры необходимо поверять так же, как и судовые щитовые приборы.
Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1. Измерения потенциала корпуса судна можно выполнить с помощью дешевых бытовых мультиметров, имеющихся в свободной продаже.
2. Мультиметры необходимо периодически поверять так же, как и судовые щитовые электроизмерительные приборы.
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. Руководство по защите корпусов надводных кораблей ВМФ от коррозии и обрастания. -М: Военное издательство, 2002. - 350 с.
7. 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.
8. 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.
9. Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозеров, В.А. Швецов, А.А. Луценко, О.А. Белавина // Вестник АГТУ. Серия Морская техника и технология. - 2014. - № 4. - С. 7-12.
10. Алгоритмы оперативного и статического контроля качества работы аналитической лаборатории / А.Н. Смагунова, Е.И. Шмелева, В.А. Швецов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 60 с.
11. Смагунова А.Н., Карпукова О.М. Методы математической статистики в аналитической химии. - Ростов н/Д: Феникс, 2012. - 346 с.
Информация об авторах Information about authors
Белозеров Павел Александрович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; аспирант; [email protected]
Belozerov Pavel Aleksandrovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Postgraduate; [email protected]
Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук, доцент, профессор кафедры электро- и радиооборудования судов; [email protected]
Shvetsov Vladimir Alekseevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Doctor of Chemical Sciences; Associate Professor, Professor of Electrical and Radio Equipment of Ships Chair; [email protected]
Петренко Олег Евгеньевич - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Камчатская дирекция по техническому обеспечению надзора на море»; 683031, Россия, Петропавловск-Камчатский; инженер-гидролог отдела информационно-аналитической работы и планирования; [email protected]
Petrenko Oleg Evgenevich - Federal State Budgetary Organization «Kamchatka's Directorate for Technical Supply of Sea Supervision»; 683031, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Engineer-hydrologist of Information and Analytical Work and Planning Department; [email protected]
Коростылев Дмитрий Викторович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; курсант; [email protected]
Korostylev Dmitrij Viktorovich - Kamchatka State Technical University; Petropavlovsk-Kamchatski Russia, 683003; Student; [email protected]
Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист по научно-технической информации отдела науки и инноваций, [email protected]
Belavina Olga Aleksandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department; [email protected]
Кирносенко Владимир Владимирович - Филиал ОАО «Камчатскэнерго» Центральные электрические сети; 683030, Россия, Петропавловск-Камчатский; начальник отдела технологического присоединения к электрическим сетям; [email protected]
Kirnosenko Vladimir Vladimirovich - Branch of «Kamchatskenergo» Central Electrical Networks, Plc.; Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia, 683030; Head of Technological Connection to Electrical Networks Department; [email protected]
