MGPS-anode til krydstogtskibe

Marine organismer som alger, skaldyr og rurer, der er udbredt i havmiljøet, sætter sig let fast og vokser inde i krydstogtskibes havvandsrør, kondensatorer og kølere, hvilket forårsager biofouling. Farerne ved biofouling for store krydstogtskibe er dobbelte: for det første reducerer fastgørelsen af ​​marine organismer rørenes tværsnitsareal og øger vandstrømningsmodstanden, hvilket forårsager et fald i kølesystemets varmevekslingseffektivitet med mere end 30%, hvilket fører til problemer som overophedning af motorer og funktionsfejl i airconditionanlægget; for det andet fremskynder sure stoffer, der produceres af marine organismers metabolisme, rørkorrosion, forkorter deres levetid og øger risikoen for lækager.

Marine vækstforebyggelsessystem (MGPS) er en kerneteknologi til at løse problemet med marin biofouling. Den bruger anodisk elektrolyse til at generere specifikke ioner, hvilket opnår dobbelt beskyttelse mod biofouling og korrosion.

MGPS anoder

Typen af ​​MGPS-anode skal vælges præcist baseret på faktorer som det store krydstogtskibs sejlområde, rørmaterialet og havvandssystemets strømningshastighed. Dens kernefunktioner drejer sig om at "hæmme væksten af ​​marine organismer" og "beskytte rør mod korrosion".

Kobberanoder (kerne-antifouling-anode)

Kobberanoder er kernekomponenten i MGPS-systemet til hæmning af vækst af marine organismer. De er primært lavet af elektrolytisk kobber af høj renhed (renhed ≥99.95%). Nogle high-end-produkter kan tilsætte små mængder zink- og tinlegeringer for at forbedre anodens opløsningsensartethed. Kobberanoder findes i forskellige specifikationer med diametre primært koncentreret på 70 mm, 82.5 mm, 100 mm og 120 mm og længder fra 250 mm til 600 mm. Til nogle specielle rørsystemer kan ikke-standardprodukter med diametre på 3.5 tommer til 5 tommer og længder på 12 tommer til 36 tommer tilpasses.

Den primære fordel ved kobberanoder er deres stabile antifouling-effekt. Koncentrationen af ​​kobberioner genereret ved elektrolyse behøver kun at holdes på 2 ppb (parts per milliard) for effektivt at hæmme vedhæftning og vækst af larver fra marine organismer såsom alger, rurer og muslinger. Den er primært egnet til tropiske og subtropiske farvande med høj biologisk aktivitet, hvilket gør den til den foretrukne antifouling-anode til store krydstogtskibe, der navigerer på transoceaniske rejser.

Aluminiumanode (kerne-antifoulinganode)

aluminiumanode bruger aluminium af høj renhed som basismateriale med tilsatte legeringselementer såsom zink, indium og magnesium (f.eks. Al-Zn-In-legering). Dens hovedfunktion er at yde korrosionsbeskyttelse til krydstogtskibes stålrørledninger til havvand, samtidig med at den forbedrer antifouling-effekten. Dens specifikationer matcher grundlæggende kobberanoden og kan fleksibelt vælges i henhold til rørledningens diameter og strømkrav. Almindelige diametre er 70 mm-120 mm, og længderne er 250 mm-500 mm.

Kernefunktionen af ​​aluminiumanoder er at generere flokkulenter af aluminiumhydroxid gennem elektrolyse. På den ene side absorberer og dræber dette flokkulerende materiale marine larver, hvilket forbedrer kobberanoders antifouling-effektivitet. På den anden side akkumuleres aluminiumhydroxid på de indre vægge af stålrør og danner en tæt og stabil beskyttende film, der isolerer havvand fra direkte kontakt med metaloverfladen og hæmmer elektrokemisk korrosion.

Sammenlignet med zinkanoder har aluminiumanoder en højere teoretisk kapacitans (ca. 2800 Ah/kg), er lettere og mere egnede til de lette krav, der stilles til store krydstogtskibe. Derudover tilbyder de mere stabil korrosionsbeskyttelse i havvandsmiljøer med højt saltindhold og høj hastighed. De er egnede til tempererede havområder med lav biologisk aktivitet eller til stålbaserede havvandskølings- og brandbeskyttelsesrørsystemer på krydstogtskibe.

Jernoder (specielle korrosionsbestandige anoder)

Jernoder, også kendt som jernholdige anoder, er primært lavet af blødt jern og bruges hovedsageligt til at beskytte rør af specialmaterialer i store krydstogtskibe, især rør af kobber-nikkellegeringer (almindeligvis fundet i højtemperaturkølesystemer og husholdningsvandkølerør på krydstogtskibe). Dens specifikationer er relativt små, typisk 50 mm-80 mm i diameter og 200 mm-300 mm i længden, hvilket muliggør direkte installation i små filtre eller rørbøjninger.

Jernanodens kernefunktion er at generere jernholdige ioner gennem elektrolyse, hvorved der dannes en stabil beskyttende oxidfilm på den indre væg af kobber-nikkel-legeringsrøret. Denne passivering på røroverfladen hæmmer grubetæring og spaltekorrosion af kobber-nikkel-legeringen forårsaget af havvand. I modsætning til aluminiumanoder har jernanoder ikke yderligere antifouling-funktioner og er udelukkende fokuseret på korrosionsbeskyttelse til specialiserede rørledninger.

Funktionsprincip for MGPS-anoder

Funktionsprincippet for MGPS-anoder på store krydstogtskibe er baseret på elektrolyse. Kernen er udgangen af ​​en stabil, lavintensiv jævnstrøm fra MGPS-styreskabet, hvilket får anoden til at gennemgå en oxidationsreaktion i havvand. De frigivne ioner danner en strømsløjfe med katoden i systemet, hvilket opnår dobbelt beskyttelse mod biofouling og rørkorrosion. Elektrolysereaktionen for MGPS-anoder består hovedsageligt af anodisk oxidation og katodisk reduktion. Forskellige anodematerialer producerer forskellige oxidationsreaktionsprodukter, hvilket resulterer i varierende beskyttelsesfunktioner.

Elektrolysereaktion af kobberanoder

Anodisk oxidationsreaktion: Under påvirkning af jævnstrøm oxideres og opløses kobberanoden, hvorved kobberioner frigives. Reaktionsformlen er: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻.

Katodereduktionsreaktion: Jernkatoden i systemet (eller krydstogtskibets metalrør) gennemgår en reduktionsreaktion. Vandmolekyler i havvandet optager elektroner, hvilket genererer hydrogengas og hydroxidioner. Reaktionsformlen er: 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Antifoulingmekanisme: Kobberioner (Cu²⁺) kombineres med hydroxidioner (OH⁻) genereret af katodereaktionen for at danne et kolloid af kobber(I)oxid (Cu₂O). Kobber(I)oxid er meget giftigt og kan ødelægge cellestrukturen hos marine larver, hvilket hæmmer deres vedhæftning og vækst. Samtidig strømmer kobberioner med havvand gennem rørene, dækker den indre væg og danner en "giftig ionmembran", som forhindrer marine organismer i at formere sig i rørene over en længere periode.

Elektrolysereaktioner ved aluminiumanoden

Anodisk oxidationsreaktion: Under jævnstrøm oxideres og opløses aluminiumanoden, hvorved aluminiumioner frigives. Reaktionen er: Al → Al³⁺ + 3e⁻.

Katodereduktionsreaktion: I overensstemmelse med katodereaktionen ved kobberanoden dannes der hydrogengas og hydroxidioner. Reaktionen er: 3H₂O + 3e⁻ → 3/2H₂↑ + 3OH⁻.

Antikorrosionsmekanisme: Aluminiumioner (Al³⁺) kombineres med hydroxidioner (OH⁻) for at danne et flokkulerende bundfald af aluminiumhydroxid (Al(OH)₃). Når havvand strømmer ind, adsorberes dette bundfald gradvist på stålrørets indvendige væg og danner en tæt beskyttende film, der isolerer metaloverfladen fra elektrokemisk korrosion fra havvand. Samtidig kan aluminiumhydroxidflokkulerne også adsorbere marine larver, hvilket yderligere forstærker antifouling-effekten.

Hvis vi tager en kobber-aluminium kompositanode som eksempel, gennemgår det ydre kobberlag og det indre aluminiumlag samtidige elektrolytiske reaktioner. Kobberioner er ansvarlige for antifouling, mens aluminiumioner er ansvarlige for korrosionsforebyggelse. Reaktionsstrømmen for begge reguleres ensartet af styreskabet for at sikre, at kobberionkoncentrationen opretholdes på det optimale antifoulingniveau på 2 ppb. Aluminiumhydroxidbeskyttelsesfilmen klæber stabilt til rørets indre væg. Den spiralformede bifunktionelle anode med en indbygget jernkatode giver også lokal katodisk beskyttelse til omgivende rør gennem en katodisk reduktionsreaktion, hvilket yderligere reducerer rørenes korrosionshastighed.

Anvendelser af MGPS-anoder

Havvandssystemerne på store krydstogtskibe er komplekse og indeholder flere forgreningsrørledninger og udstyr. Installationsstedet for MGPS-anoder skal overholde principperne om "kildebeskyttelse, omfattende dækning og nem vedligeholdelse" for at sikre ensartet ionbeskyttelse fra havvandsindløbet til enden af ​​rørledningen.

(I) Havvandsindtagsriste og undervandsventilbokse

Havvandsindtagsristen og de undersøiske ventilbokse er "indløbene" til krydstogtskibets havvandssystem. Marine larver i havvandet kommer først ind i rørledningen gennem disse punkter, hvilket gør dem til den primære kilde til anodeinstallation. Typisk er 2-4 undersøiske ventilbokse installeret på både bagbords og styrbords side af krydstogtskibet. Hver ventilboks indeholder 2-3 sæt kobberanoder eller kobber-aluminium-kompositanoder. Nogle store ventilbokse er udstyret med et sæt jernanoder (til korrosionsbeskyttelse af ventilbokshuset af kobber-nikkel-legering).

Anoden skal holdes 10-15 cm væk fra ventilkassens indvendige væg for at forhindre ophobning af anodeopløsningsprodukter i bunden af ​​ventilkassen. Den skal fastgøres med svejsning eller bolte for at sikre en elektrisk kontaktmodstand på ≤0.01Ω for at undgå at påvirke elektrolyseeffektiviteten på grund af dårlig kontakt. Anodens placering skal undgå vandstrømningskanalen i havvandsindtagsgitteret for at forhindre, at havvandsindtaget påvirkes. Anodens kernefunktion her er at hæmme aktiviteten af ​​marine organismer, før de kommer ind i rørledningen, gennem en høj koncentration af kobberioner, hvilket reducerer risikoen for biofouling ved kilden.

(II) Flere havvandsfiltre

Havvandsfiltre (inklusive grove og fine filtre) installeres mellem den undersøiske ventilboks og hovedrørledningen for at filtrere urenheder i havvandet. Disse filtre er også vigtige mellemliggende knudepunkter for anodeinstallation. Hvert filter indeholder typisk 1-2 sæt spiralformede bifunktionelle anoder eller flangede kompositanoder, med specifikationer valgt i henhold til filterdiameteren (anoder med en diameter på 50 mm-80 mm til små filtre, anoder med en diameter på 100 mm-120 mm til store filtre).

Anoden installeres ved hjælp af en flange- eller muffetype, der er direkte fastgjort til filterdækslet for nem adskillelse og udskiftning under navigation. Anoden skal justeres med filterets vandudløb for at sikre, at ioner hurtigt kan trænge ind i hovedrørledningen med vandstrømmen. For PVC-filtre skal der vælges en kompositanode med en indbygget jernkatode for at danne et komplet elektrolysekredsløb. Anodens kernefunktion her er yderligere at øge ionkoncentrationen i havvandet, dræbe eventuelle resterende marine larver inde i filteret og beskytte filterets indre væg og efterfølgende rørledninger mod korrosion.

(III) Hovedkølerørledninger

Motorens kølesystem, klimaanlægget, kondensatoren, varmeveksleren og andet kerneudstyr på krydstogtskibe er højrisikoområder for bioforurening og korrosion. Ved indløbsrørene til disse enheder er der typisk installeret 2-4 sæt kobber-aluminium-kompositanoder; nogle højtemperaturkølerør (kobber-nikkelmateriale) vil også have yderligere jernanoder installeret.

Anoden skal installeres i en lige rørsektion 1-2 meter før udstyrets indløb for at sikre, at ioner diffunderer jævnt i vandstrømmen, før de kommer ind i udstyret. Der skal opretholdes en sikker afstand mellem anoden og udstyret, så udstyrets sensorer og grænseflader undgås. For stort udstyr såsom kondensatorer og varmevekslere kan små anoder installeres på rørpladen inde i udstyret for direkte intern beskyttelse. Anodens kernefunktion her er at sikre uhindret rørføring og varmevekslingseffektivitet i kerneudstyret, forhindre overophedning og nedlukning på grund af biofouling.