ICCP katodisk beskyttelse til skibe

Skibe står konstant over for de alvorlige udfordringer i det stærkt korrosive havmiljø. I skibskorrosionsbeskyttelsesteknologisystemet er katodisk beskyttelse en af ​​de mest centrale og effektive metoder. Den er hovedsageligt opdelt i to kategorier: offeranoder og imponeret nuværende katodisk beskyttelse (ICCP). Offeranoder yder beskyttelse ved at opløse et mere negativt ladet metal (såsom zink eller aluminiumlegeringer). Selvom offeranoder er billige og nemme at installere, har de ulemper såsom begrænset strømstyrke, kort levetid (2-3 år) og behovet for periodisk udskiftning, hvilket gør dem uegnede til de langsigtede beskyttelsesbehov for store skibe (over 50,000 tons).

Katodiske beskyttelsessystemer med påtrykt strøm regulerer aktivt beskyttelsesstrømmen via en ekstern jævnstrømsforsyning. De tilbyder fordele såsom høj udgangseffekt, bredt beskyttelsesområde, lang levetid (15-20 år) og dynamisk tilpasningsevne til ændringer i havmiljøet, hvilket gør dem til den mest almindelige beskyttelsesløsning til moderne store og eksklusive skibe.

Bemærkninger:

1. Potentielle parametre er baseret på Ag/AgCl-referenceelektroden.
2. Omkostningssammenligningen er beregnet ud fra den oprindelige investering for det samme beskyttelsesområde (100 m²).
3. Miljøtilpasningsevnen bør justeres i henhold til de faktiske parametre (temperatur, saltindhold, strømningshastighed) i fartøjets driftsområde. Det anbefales at bruge dette sammen med en potentiostats adaptive reguleringsfunktion.

Kernekravene til hjælpeanoder i marine ICCP-systemer er: høj ledningsevne, lavt polarisationsoverpotentiale, modstandsdygtighed over for havvandskorrosion, høj mekanisk styrke og lang levetid, samtidig med at de skal kunne modstå barske driftsforhold såsom vandstrømningspåvirkning og vibrationer under skibsnavigation. I øjeblikket er almindelige marine ICCP-hjælpeanoder hovedsageligt opdelt i følgende tre kategorier:

(I) Platinbelagte titananoder (Pt/Ti-anoder)

Titanbaserede platinbelagte anoder er den mest anvendte high-end anodetype i marine ICCP-systemer. De består af et rent titansubstrat (der giver mekanisk støtte) og et platinlag, der er elektropletteret på overfladen (katalytisk ledende lag). Deres kernefordel ligger i platins høje elektrokemiske stabilitet og lave polarisationsegenskaber – i havvandsmiljøer vil platinlaget ikke opløses eller korrodere, men tjener kun som et medium til elektronoverførsel med et polarisationsoverpotentiale ≤0.3V (ved en strømtæthed på 100A/m²).

Platinlagtykkelsen af ​​titanbaserede platinbelagte anoder til marine anvendelser skal være ≥5 μm, med et ekstremt lavt forbrug (≤1 g/A・a) og en designlevetid på 15-20 år. Titanbaserede platinbelagte anoder til marine anvendelser kan forarbejdes til forskellige former såsom plader, rør og strimler, der passer til forskellige installationssteder såsom skrog, stævn og agterstavn.

Denne type anode er velegnet til store containerskibe, tankskibe, LNG-tankskibe og andre fartøjer med høje beskyttelseskrav og lang levetid, især velegnet til store skrogbeskyttelsesscenarier, der kræver ensartet strømfordeling. På grund af den høje pris på platin er den oprindelige investeringspris for titanbaserede platinbelagte anoder dog relativt høj.

(II) Blandede metaloxid-titananoder (MMO-anoder)

Blandede metaloxidanoder Brug titanium som substrat, belagt med en blandet belægning af metaloxider såsom ruthenium, iridium og tantal. Det er en hurtigt udviklende højtydende anodetype i de senere år, der balancerer høj stabilitet og økonomi. Oxidbelægningen har platinlignende katalytisk aktivitet, et lavt polarisationsoverpotentiale (0.2-0.4 V) og stærk modstandsdygtighed over for klorkorrosion - i havvandselektrolyse gennemgår anodeoverfladen primært en klorudviklingsreaktion (2Cl⁻→Cl₂+2e⁻), hvilket undgår substratkorrosion.

Belægningstykkelsen på MMO-anoder er typisk 20-50 μm. Speciel belægningsteknologi sikrer en tæt binding med titansubstratet, hvilket resulterer i høj mekanisk styrke, slidstyrke og et forbrug på kun 1/3-1/2 af det for titanbaserede platinbelagte anoder, med en designlevetid på 12-18 år. Sammenlignet med titanbaserede platinbelagte anoder reducerer MMO-anoder produktionsomkostningerne med 30%-50%, samtidig med at de opretholder en lignende ydeevne ved mellemstore strømtætheder (10-30 A/m²), hvilket gør dem til den foretrukne anodetype til små og mellemstore fartøjer og offshore-operationer.

Afhængigt af belægningsformuleringen kan MMO-anoder opdeles i en type med højt rutheniumindhold (egnet til scenarier med høj strømtæthed) og en type med højt iridiumindhold (egnet til krav til lang levetid), der fleksibelt tilpasser sig beskyttelsesbehovene i forskellige beholdere.

(III) Platin/niobium-anoder (Pt/Nb-anoder)

Platin/niobium-anoder bruger niobium som substrat med et platinlag galvaniseret på overfladen og er en speciel anodetype designet til ekstreme driftsforhold. Niobium udviser som substrat overlegen højtemperaturstabilitet og korrosionsbestandighed sammenlignet med titanium. Selv når skibe sejler ind i havområder med høje temperaturer eller oplever lokalt høje temperaturer ved anoden, opretholder det strukturel stabilitet og forhindrer substratoxidationsfejl.

Denne type anode har typisk en platinlagtykkelse på ≥8 μm, et polarisationsoverpotentiale på ≤0.25 V og en stærk strømbæreevne (modstår strømtætheder op til 50 A/m²). Den er velegnet til store FPSO'er, offshore platformstøttefartøjer og andre specialfartøjer, der kræver langvarig fortøjning og høj beskyttelse, og er særligt velegnet til brug i marine miljøer med store saltindholdsudsving og drastiske temperaturændringer. På grund af den høje bearbejdningsvanskelighed og omkostningerne ved niobiumsubstrater er anvendelsesområdet for platin/niobiumanoder imidlertid relativt begrænset og anvendes primært i kritiske beskyttelseskomponenter med ekstremt høje pålidelighedskrav.

Applikationer

Anvendelsen af ​​ICCP-påtrykte katodiske beskyttelsesanoder i skibe spænder over hele livscyklussen for skibsdesign, konstruktion, installation og drift.

Skibets bundstruktur

Skroget er det største undervandsbeskyttelsesområde på et skib. Anoder er typisk arrangeret symmetrisk langs skrogets længderetning, med 2-4 pladeformede anoder hver ved stævn og agterstævn, og en anode for hver 15-20 meter i midtskibsområdet for at sikre ensartet dækning af beskyttelsesstrømmen. For store olietankskibe og containerskibe kan en kombination af "hovedanode + hjælpeanode" anvendes. Hovedanoden leverer den samlede beskyttelsesstrøm. Hjælpeanoderne giver forbedret beskyttelse i områder med høj korrosion, såsom nær vandlinjen og ved stævn og agterstævn.

Aksel og propel

Komponenter som propeller og agteraksler er for det meste lavet af kobberlegeringer, som har en potentialforskel i forhold til skrogets stål, hvilket gør dem tilbøjelige til galvanisk korrosion. Små rørformede anoder (såsom titanbaserede platinbelagte anoder) er installeret i nærheden af ​​propelnavet. Disse anoder isoleres derefter fra skroget via isolerende flanger (isolationsmodstand ≥1MΩ) for at forhindre ICCP-strømforstyrrelser i akselens jordsystem og sikre, at akselpotentialet kontrolleres mellem -0.85V og -1.0V.

Ballasttanke og undervandsventilbokse

Ballasttanke er tilbøjelige til mikrobiel korrosion på grund af skiftende våde og tørre forhold og iltfattige miljøer. Strimelformede MMO-anoder kan installeres inde i tankene kombineret med en epoxybelægning for at danne en kompositbeskyttelse. Undervandsventilkasser kræver, på grund af den høje risiko for turbulent korrosion, et tæt arrangement af anoder med høj renhed (såsom titanbaserede platinbelagte anoder) med en designstrømtæthed på 150-200 A/m² for at forbedre den lokaliserede beskyttelse.

Installationsspecifikationer

Anoderne skal installeres på skrogets sandblæste metaloverflade, hvilket sikrer en elektrisk kontaktmodstand på < 0.01Ω. Svejsning foretrækkes til fastgørelse (ledende pakninger skal tilføjes til boltfastgørelse). Anoderne skal holdes væk fra præcisionsudstyr såsom sonar og dybdemålere for at undgå elektromagnetisk interferens. Afstanden mellem anoderne skal bestemmes ud fra strømdækningsområdet, typisk 15-20 m, hvilket sikrer, at der ikke er blinde vinkler. Afstanden fra referenceelektroden skal være ≥2 m for at undgå interferens med potentialmåling fra anodens elektriske felt. Afstanden fra MGPS-anoden skal være ≥10 m for at forhindre galvanisk korrosion. Anodekablerne skal være søvandsbestandige isolerede kabler (såsom neopren-gummikappede kabler), og kabelsamlinger skal være vandtætte og forseglede med en isolationsmodstand på ≥10 MΩ. Kabelføringen skal undgå skarpe dele af skroget for at forhindre slid under navigation.