CC BY
26СЕКЦИЯ 1. СУДОВОЖДЕНИЕ, СУДОСТРОЕНИЕ И СУДОРЕМОНТ
УДК 620.19:629.5.023
Е.П. Белова, О.А. Белов
Камчатский государственный технический университет, г. Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ОБЗОР ИНОСТРАННЫХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
Комплексная защита кораблей и судов от коррозии является общемировой проблемой, и поиску путей ее решения уделяется большое внимание. Учеными различных стран проводится большой объем научных исследований в этом направлении. Результаты этих исследований, как правило, публикуются в англоязычных научных изданиях, что ограничивает возможность широкого доступа к ним русскоязычных исследователей. Для ознакомления с мировым опытом организации защиты кораблей и судов от коррозии предлагается обзор некоторых иностранных научных публикаций по данной теме.
Ключевые слова: корпус судна, электрохимическая коррозия, катодная защита, техническое обслуживание, техническая эксплуатация, надежность, безопасность.
E.P. Belova, O.A. Belov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
REVIEW OF FOREIGN SCIENTIFIC PUBLICATIONS ON THE TOPIC OF CORROSION PROTECTION
Comprehensive protection of ships and vessels from corrosion is a global problem and a great amount of attention is paid to searching for the ways to solve it. Scientists from various countries conduct a large amount of scientific research in this field. The results of these studies are usually published in English-language scientific publications, that limits the possibility of wide access to them by Russian-speaking researchers. To get acquainted with the world experience in the organization of protection of ships and vessels from corrosion we offer a review of some foreign scientific publications on this topic.
Key words: ship hull, electrochemical corrosion, cathodic protection, maintenance, technical operation, reliability, safety.
В настоящее время многие не только отечественные, но и зарубежные авторы озабочены темой защиты кораблей, судов и других морских инженерных сооружений от коррозии.
Одной из последних таких публикаций является статья «Оценка эксплуатационных характеристик металла корпуса судна в морской воде» («Performance assessment of ship hull metal in seawater media»), опубликованная в Journal of Engineering Research and Reports в августе 2020 г. учеными Нигерийского федерального университета нефтяных ресурсов (Federal University of Petroleum Resources). Ключевой целью данного исследования является определение влияния коррозии на характеристики материалов, применяемых для эксплуатации в морской воде, а именно - стали и алюминия. Результат эксперимента показал более высокую скорость коррозии образца стали без покрытия. Устройство для определения твердости MITECH 320 показало, что образец металла из мягкой стали без покрытия имел среднее значение твердости по Бринел-лю 112 до погружения и 105 - после погружения в морскую воду. В то же время прочность на растяжение непокрытого образца стали ухудшилась от 414 до погружения до 403 - после
погружения в морскую воду. Непокрытый образец алюминия дал среднее значение по Бринеллю от 163 до 152 до и после погружения в морскую воду соответственно. Прочность на растяжение алюминиевого образца составила от 776 до 744 до и после погружения. Таким образом, авторы данного исследования продемонстрировали, что алюминий более устойчив к коррозионному воздействию [1].
Проблема коррозии в морской среде рассматривается также в статье «Надежность системы при коррозии набора корпуса судна» («System reliability of corroded ship hull girders»). Основное внимание в данной статье уделяется оценке надежности, которая является незаменимой задачей при планировании технического обслуживания судов, подверженных коррозии. Для простоты и вычислительной эффективности обычно предполагается, что надежность судна вычисляется как компонентная задача надежности, определяемая пластическим обрушением секции одного отсека в центральной части судна. Однако данный подход может привести к недооценке вероятности отказа судна, так как существует несколько отсеков секций, подверженных очень высоким продольным изгибающим моментам в центральной части корпуса судна, и выход из строя любой секции может привести к потере всего судна. Отказы отдельных секций частично зависят от пространственной изменчивости переменных величин, в том числе таких как коррозия. В данной работе используется усовершенствованный метод надежности первого порядка (МНПП), недавно разработанный для оценки надежности судовых систем. Разработанная методика продемонстрирована на двухкорпусном балочном танкере, подвергнутом коррозии. Mетодом параметрического анализа изучено влияние пространственной зависимости между переменными, связанными с различными участками, на вычисленную вероятность отказа судна. Полученные результаты, описанные в данной работе, свидетельствуют о том, что зависимость погрешности модели прогнозирования изгиб-ной способности, связанной с различными участками, существенно влияет на вероятность разрушения, и недооценка этой вероятности может быть нетривиальной [2].
Дэвид Чичи (David Chichi) и Йордан Гарбатов (Yordan Garbatov) в своей статье «Анализ модернизации конструкции корпуса танкера, поврежденного коррозией» («Retrofitting analysis of tanker ship hull structure subjected to corrosion»), определяют целью исследования изучение эффективности восстановления конструктивных возможностей двухкорпусного балочного нефтяного танкера с учетом вероятности выхода из строя и затрат, связанных с дооснащением или заменой элементов корпуса. Симулятор, основанный на методе Монте-Карло, моделирует неравномерность коррозионной деградации. В качестве дооснащения рассматриваются четыре варианта: замена всей пластины, армирование двумя продольными ребрами жесткости, двумя продольными ребрами жесткости и двумя поперечными ребрами жесткости, фланцевое усиление отверстия. В статье отобраны и проанализированы 12 сценариев. Для оценки надежности различных решений во времени используется метод надежности первого порядка. Для сравнения сценариев и определения наиболее подходящего проводится оценка затрат и связанных с ними рисков. Также сравниваются наиболее выгодные и наихудшие решения с учетом вероятности отказа, стоимости и сопутствующих рисков [3].
Tакже проблема коррозии рассматривается в статье «Использование информационных технологий при оценке коррозионных повреждений корпуса судна» («The use of information technology in the assessment of the corrosion damage on ship hull»). Морские суда рассчитаны на рабочий цикл от 20 до 25 лет. На протяжении всего этого периода необходимо, чтобы суда имели бесперебойную работу, что в первую очередь означает безопасное плавание. В настоящее время для технического обслуживания и контроля состояния корпусов судов на различных этапах, от проектирования до непосредственной эксплуатации, используются как современные компьютерные программные средства, так и различное измерительное оборудование. Коррозия является одним из ключевых факторов деградации корпуса судна. В статье представлен обзор информационных технологий и методик, используемых в процессах измерения степени коррозионного повреждения корпуса судна, мониторинга состояния и прогнозной аналитики [4].
Фернандо Б. Майнер (Fernando B. Mainier) и Витор Перассолли (Vitor Perassolli) в статье «Коррозия корпуса судна, вызванная неисполнением и отсутствием технического обслуживания по импульсному току катодной защиты» («Ship hull corrosion caused by default and lack of maintenance on the impressed current cathodic protection») описывают пример коррозии корпуса судна, начавшейся после длительного выхода из строя системы катодной защиты импульсным током. При этом в статье не подвергаются сомнению или критике конструкция, установка, техническое
обслуживание и эксплуатация системы катодной защиты. Основная задача заключается в демонстрации главных аспектов коррозионного процесса, который произошел во время длительной, более шести месяцев, стоянки судна на якоре. Для того чтобы сохранить судно в нормальном рабочем состоянии, были проведены ремонтные работы, которые заключались в очистке водой под давлением, сварке (сварочный ремонт) поврежденной обшивки корпуса, нанесении краски и установке цинковых анодов в катодной защите [5].
Вопросы катодной защиты рассматриваются в статье «Катодная защита корпусов судов гальваническими анодами: проектная оценка» («Cathodic protection of ship hull sby galvanic anodes: design evaluation») авторами Ф. Дарчивио (F. Darchivio), А. Кассанелли (A. Cassanelli), С. Симисон (S. Simison). Они отмечают, что существует большой опыт гальвано-катодной защиты корпусов судов. Однако современные реалии остро ставят вопрос о необходимости сокращения затрат на ремонт. В целях совершенствования конструкции защиты от коррозии и увеличения срока службы судна большое внимание уделяется моделированию и пониманию электрохимии распределения тока. С практической точки зрения лучшим способом дооснащения проектных критериев была бы проверка реального расхода гальванических анодов во время операций замены во время нахождения судна на верфи в сухом доке для осмотра корпуса, который происходит один раз в два года. К сожалению, это не является стандартной процедурой. Для того чтобы сократить затраты на пребывания в сухом доке, аноды срезаются (вырезаются) и удаляются вскоре после того, как судно было очищено и подготовлено к ремонту. Целью данной статьи является оценка эффективности работы системы катодной защиты на примере нескольких судов с целью совершенствования конструкции. В статье оценивались индивидуальный расход, коррозионный потенциал и эффективность анодов. На основе полученных результатов была предложена новая конструкция [6].
Свой взгляд на проблему коррозии предложили представители индонезийского университета Ади Курниаван (Adi Kurniawan), Сутопо Пурвоно Фитри (Sutopo Purwono Fitri), Мухаммад Рахман (Muhammad Rahman). В статье «Экспериментальное исследование термоэлектрического генератора как источника импульсного тока катодной защиты корпуса судна» («Experimental Study of Thermoelectric Generatoras Electrical Source of Impressed Current Cathodic Protection for Ship Hull») они подчеркивают, что катодная защита импульсным током - это действенный метод защиты металлических структур, таких как корпус судна, от коррозии с помощью электрического тока. Для того чтобы обеспечить работу системы катодной защиты импульсным током, авторами исследования был разработан прототип термоэлектрического генератора. Планируется, что данный генератор будет использовать выхлопные газы от главного двигателя судна. Метод проведения данного исследования заключается в сборке прототипа термоэлектрического генератора с последующим проведением эксперимента по изучению потенциальной энергии прототипа. После этого вычисляется необходимая для питания системы катодной защиты импульсным током мощность термоэлектрического генератора. Предмет данного исследования - судно «Wellboat», предназначенное для перевозки живой рыбы, с намокаемой поверхностью корпуса площадью 396,08 м2. Вывод данного исследования состоит в том, что скорость коррозии на корпусе судна может быть замедлена с помощью метода катодной защиты импульсным током без необходимости дополнительных затрат или расхода топлива для производства электрической энергии [7].
В статье «Обзор морской защиты от коррозии с акцентом на катодную защиту и покрытия» («An overview of marine corrosion protection with af ocuson cathodic protection and coatings») приводятся примеры различных способов предотвращения коррозии материала. При этом говорится, что катодная защита и покрытия являются очень популярными методами защиты от коррозии. Однако каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Omrc показал, что наиболее эффективным методом предотвращения коррозии является сочетание катодной защиты с лакокрасочными покрытиями. Эта комбинация может обеспечить очень хорошую защиту в течение длительного периода времени. В данной работе основное внимание уделяется комбинированному использованию как катодной защиты, так и покрытий для судов. Расчет системы катодной защиты судна представлен с использованием данных, предоставленных производителями покрытий и верфями [8].
Одной из самых обширных работ в данной области является публикация Маринелы Панаётовой (Marinela Panayotova), Йордана Гарбатова (Yordan Garbatov) и Карлоса Соареса (Carlos Soares) «Коррозия сталей в морской среде, мониторинг и стандарты» («Corrosion of steels
in marine environment, monitoring and standrds»). В этой работе рассматриваются факторы, определяющие коррозионные явления на уровне компонентов конструкционных сталей в морской среде. Проанализированы различные коррозионные явления, которые могут поражать конструкционную сталь при контакте с морской водой. Описаны различные формы коррозии стали. Обсуждается влияние состава стали и его вариаций на развитие коррозии. Также рассмотрены эксплуатационные факторы, влияющие на коррозию балластных систем, нефтяных танкеров и грузовых трюмов. Представлены различные модели коррозии и их способность прогнозировать ее развитие. Aнализируются методы и средства мониторинга, испытаний и оценки коррозии. А также обсуждаются меры по предотвращению и контролю коррозии [9].
Таким образом, зарубежными учеными уделяется большое внимание не только организации защиты корпусов кораблей и судов от коррозии, но и вопросам восстановления корпусов, повышению их прочности и надежности после устранения коррозионных деформаций и разрушений. Также широко освещаются вопросы организации контроля за состоянием корпуса судна в процессе эксплуатации, в том числе с использованием информационных технологий и применением специальных автоматизированных комплексов. С учетом востребованности флотом эффективных систем автоматизированного контроля антикоррозионной защиты судов эта информация является особенно актуальной.
Литература
1. Udosoh N.E., Awwal S.I. Performance assessment of ship hull metal in seawater media // Journal of Engineering Research and Reports. - 2020. - № 15. - P. 50 -56.
2. Gong Ch., Frangopol D. System reliability of corroded ship hull girders // Structure and Infrastructure Engineering. - 2019. - № 16. - P. 1-9.
3. Chichi D., Garbatov Y. Retrofitting analysis of tanker ship hull structure subjected to corrosion // Brodogradnja: Teorija i praksabrodogradnje i pomorsketehnike. - 2019. - № 70. - P. 87-109.
4. Ivocevic S., Bauk S. The use of information technology in the assessment of the corrosion damage on ship hull // 23rd International Scientific-Professional Conference on Information Technology (IT). February 2018.
5. 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. - 2014. - № 04. - P. 34-39.
6. 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.
7. Kurniawan A., Fitri S.P., Rahman M. Experimental Study of Thermoelectric Generator as Electrical Source of Impressed Current Cathodic Protection for Ship Hull // International Journal of Marine Engineering Innovation and Research. - 2017. - № 1 (3). - P. 143-148.
8. Tezdogan T., Demirel Y.K. An overview of marine corrosion protection with a focus on cathodic protection and coatings // Brodogradnja: Teorija i praksabrodogradnje i pomorsketehnike. - 2014. -№ 65. - P. 49-59.
9. Panayotova M., Garbatov Y., Soares C.G. Corrosion of steels in marine environment, monitoring and standrds. - Safety and Reliability of Industrial Products, systems and Structures. - Taylor and Francis Group, London, 2010. - P. 369-413.
