Anode MGPS pour navires marchands

Les navires marchands sont essentiels au commerce mondial. Dans le milieu marin, leurs systèmes de refroidissement à l'eau de mer, leurs systèmes d'eau de ballast et leurs diverses canalisations sous-marines sont sujets à la bio-encrassement, car des organismes marins tels que les balanes et les moules s'y fixent rapidement.

Les méthodes antisalissures traditionnelles, telles que la chloration chimique, tout en inhibant temporairement la croissance des organismes marins, accélèrent la corrosion de la coque et provoquent une grave pollution marine en raison des émissions chimiques, ne répondant pas aux exigences environnementales telles que la Convention MEPC.279 (70) de l'Organisation maritime internationale (OMI). Systèmes de prévention de la prolifération marine Les systèmes MGPS (Gas-Metal Power Processing Systems) sont de plus en plus populaires. L'anode, composant essentiel du système MGPS, détermine directement son efficacité anti-encrassement et anti-corrosion par ses performances, son type, son installation et sa maintenance.

Les anodes MGPS libèrent des ions ou des oxydants spécifiques par électrolyse, inhibant efficacement la fixation des organismes marins et formant une couche protectrice sur la paroi interne des tuyaux, assurant ainsi une double fonction « antisalissure + anticorrosion ». Ce système est devenu un équipement standard sur divers navires commerciaux tels que les porte-conteneurs, les pétroliers, les vraquiers et les navires de recherche, et est largement utilisé dans les flottes de navires, ainsi que sur des navires spéciaux tels que les navires de recherche antarctiques.

Anodes MGPS

Le type d'anode MGPS doit être sélectionné avec précision en fonction de la zone de navigation du navire, des matériaux des canalisations et des exigences en matière d'antifouling. Les différents types d'anodes présentent des différences significatives en termes de matériaux, de structure et de fonctionnalités. Actuellement, les anodes MGPS les plus couramment utilisées pour les navires commerciaux se répartissent principalement en quatre catégories.

(I) Anodes métalliques électrolytiques

Les anodes métalliques électrolytiques sont le type d'anode MGPS le plus couramment utilisé sur les navires commerciaux. Elles assurent la protection contre l'encrassement et la corrosion grâce à l'électrolyse et à la dissolution des ions métalliques. Les matériaux de base comprennent le cuivre, l'aluminium et le fer.

Anodes en cuivreLeur fonction principale est d'empêcher la fixation d'organismes marins, ce qui en fait l'élément anti-encrassement essentiel de l'anode MGPS. Fabriquées généralement en cuivre électrolytique de haute pureté, ces anodes sont disponibles en diamètres standard de 3.5, 4 et 5 pouces, et en longueurs allant de 12 à 36 pouces. Des dimensions non standard peuvent être réalisées sur mesure en fonction du diamètre de la canalisation du navire. Lors de l'électrolyse, l'anode en cuivre libère des ions cuivre (Cu²⁺), hautement biotoxiques. Lorsque la concentration d'ions cuivre dans l'eau de mer atteint 2 mg/m³, elle inhibe efficacement la croissance et la fixation des larves marines telles que les algues, les balanes et les moules, prévenant ainsi l'encrassement biologique à la source. Compatible avec les matériaux de tuyauterie marine courants comme l'acier et la fonte, cette anode est largement utilisée sur les porte-conteneurs et les vraquiers naviguant dans les eaux tempérées et subtropicales.

anodes en aluminiumLeur fonction principale est la protection contre la corrosion et l'encrassement secondaire. Fabriquées principalement en alliage d'aluminium de haute pureté, leurs dimensions sont compatibles avec celles des anodes en cuivre, permettant ainsi leur installation conjointe. Lors de l'électrolyse, les anodes en aluminium libèrent des ions aluminium (Al³⁺) qui se combinent aux ions hydroxyde présents dans l'eau de mer pour former des flocons d'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃). Ces flocons adsorbent et détruisent les larves marines, renforçant ainsi l'efficacité anti-encrassement. De plus, ils se déposent sur la paroi interne du tuyau, formant un film protecteur dense qui isole le tuyau métallique de l'eau de mer, maintenant le taux de corrosion en dessous de 0.03 mm/an et prolongeant considérablement sa durée de vie. Les anodes en aluminium conviennent uniquement aux tuyaux en acier et ne doivent pas être utilisées sur des tuyaux en aluminium ou en cuivre afin d'éviter la corrosion secondaire.

anodes en ferLes anodes en fer doux, également appelées « anodes en fer doux », sont principalement utilisées pour la protection contre la corrosion dans les systèmes de tuyauterie spéciaux, notamment les tuyaux en alliage cuivre-nickel (courants sur les navires de guerre et les navires commerciaux haut de gamme). Lors de l'électrolyse, elles libèrent des ions ferreux (Fe²⁺) qui maintiennent une couche d'oxyde protectrice stable sur la paroi interne des tuyaux en cuivre-nickel, inhibant ainsi la corrosion et empêchant les réactions chimiques avec les ions cuivre susceptibles d'entraîner le dépôt d'impuretés. Les anodes en fer doux sont généralement équipées de brides de sécurité et nécessitent d'être associées à une cathode spécifique lors de leur installation afin de garantir un circuit d'électrolyse stable. Elles ne conviennent pas aux canalisations en acier classiques.

(II) Anodes d'électrolyse de l'eau de mer

Les anodes d'électrolyse de l'eau de mer conviennent aux zones marines tropicales à forte bioactivité (comme la mer Rouge). Elles offrent une protection anti-salissure efficace grâce à la génération d'oxydants par électrolyse de l'eau de mer. Le matériau de base est un plaqué platine alliage de titane ou oxyde métallique mixte L'anode inerte MMO (Middle Molecular Oelectron) ne consomme pas de matériau ; elle sert uniquement de support à l'électrolyse. L'électrolyse de l'eau de mer par un courant continu externe génère de puissants oxydants tels que l'hypochlorite de sodium (NaClO) et l'acide hypochloreux (HClO), qui détruisent rapidement les larves et les spores marines présentes dans l'eau, assurant ainsi une protection anti-salissure supérieure à 96 %.

Leur structure, généralement en forme de plaque ou de tube, est installée dans une cellule d'électrolyse dédiée et doit être isolée de la coque afin d'éviter toute interférence du courant avec celle-ci. Les anodes d'électrolyse d'eau de mer présentent plusieurs avantages : une efficacité antisalissure élevée, une aptitude aux zones marines à forte biodensité et l'absence d'émissions d'ions métalliques, ce qui les rend plus respectueuses de l'environnement. Leur principal inconvénient réside toutefois dans leur sensibilité à la salinité de l'eau de mer. Elles sont actuellement largement utilisées sur les navires commerciaux tels que les pétroliers et les méthaniers qui naviguent sur de longues distances dans les eaux tropicales.

(III) Anode Spirax

L'anode composite est une anode intégrée conçue pour les environnements à espace restreint. Elle utilise une structure composite cuivre-aluminium ou cuivre-fer, intégrant des fonctions anti-salissures et anti-corrosion, ce qui élimine la nécessité d'installer séparément deux types d'anodes. Son principal avantage réside dans sa structure compacte, la rendant idéale pour les navires dotés de canalisations étroites et d'un espace d'installation limité (tels que les petits vraquiers et les navires gouvernementaux), ou pour les installations avec des canalisations en PVC ou CPVC (sans cathode naturelle).

L'anode composite optimise le rapport des matériaux internes afin de garantir un rapport de libération stable des ions cuivre par rapport aux ions aluminium/fer lors de l'électrolyse, assurant ainsi une protection efficace contre l'encrassement et la formation d'une couche protectrice performante. Lors de l'installation, elle peut être directement intégrée au fond du filtre ou du corps de pompe, facilitant un remplacement aisé sans mise en cale sèche et réduisant considérablement les coûts de maintenance.

Applications des anodes MGPS

L'emplacement d'installation des anodes MGPS détermine directement leur protection anti-salissures et anti-corrosion. Un plan complet, prenant en compte la configuration de la tuyauterie du navire, la structure des équipements et la facilité de maintenance, est mis en œuvre. Les zones d'installation principales sont concentrées à l'entrée d'eau de mer et aux emplacements critiques des équipements afin d'empêcher la fixation d'organismes marins à la source.

(I) Coffre à eau de mer

La prise d'eau de mer constitue l'entrée du système d'eau de mer du navire. Les organismes marins pénètrent initialement dans la tuyauterie par ce point, ce qui en fait l'emplacement privilégié pour l'installation des anodes MGPS. Ces anodes sont généralement installées dans une configuration à manchon, encastrées à l'intérieur de la prise lors de la mise en cale sèche, parallèlement au sens d'écoulement de l'eau de mer. Ceci permet une diffusion rapide des ions ou oxydants générés par électrolyse dans l'ensemble du système de tuyauterie.

L'avantage de cet emplacement réside dans sa large couverture, protégeant ainsi l'ensemble des canalisations d'eau de mer, refroidisseurs, condenseurs et autres équipements. L'inconvénient est que le remplacement des anodes nécessite l'immobilisation du navire à quai, ce qui impose le choix d'anodes à durée de vie plus longue (généralement de 2 à 3 ans). Actuellement, la grande majorité des navires commerciaux installent à cet emplacement les principales anodes du système MGPS, les combinaisons d'anodes cuivre-aluminium adaptées aux canalisations en acier étant le choix le plus courant.

(II) Passoire

Le filtre est un dispositif de prétraitement essentiel pour les canalisations d'eau de mer. Sujet au colmatage par les organismes marins, il est équipé d'anodes fixées par des brides. L'avantage de cette configuration est que le remplacement des anodes ne nécessite pas d'escale : il suffit de fermer les vannes d'entrée et de sortie du filtre et de retirer les brides pour effectuer l'opération, ce qui simplifie la maintenance et convient parfaitement aux navires naviguant en eaux tropicales et nécessitant des remplacements fréquents d'anodes.

Généralement, des anodes composites ou de petites anodes en cuivre sont installées à l'intérieur du filtre, principalement pour assurer une protection supplémentaire du corps du filtre et des canalisations de courte distance qui s'y trouvent. Elles doivent être utilisées conjointement avec l'anode principale située dans le boîtier de vannes d'eau de mer.

(III) Fond de pompe

Pour les équipements critiques tels que les pompes de relevage d'eau de mer et les pompes de refroidissement, les anodes sont installées au fond du corps de pompe, généralement intégrées au tube stabilisateur de débit ou au caisson, près de la roue. Cet emplacement protège directement la roue, le corps de pompe et la conduite d'aspiration, empêchant ainsi la prolifération d'organismes marins qui pourrait entraîner une réduction du débit, une augmentation des vibrations ou des dommages à la roue. Ce système est particulièrement adapté aux navires exigeant une fiabilité de pompe extrêmement élevée, tels que les pétroliers et les méthaniers.

Lors de l'installation, veillez à isoler l'anode du corps de pompe afin d'éviter la corrosion, par courant électrolytique, de composants de précision tels que l'arbre et les roulements. Le cadre de l'anode doit également être solidement fixé pour résister aux vibrations et aux chocs durant le fonctionnement de la pompe.

(IV) Réservoir de réaction

Le réservoir de réaction est adapté aux systèmes MGPS indirects, principalement utilisés sur les grands navires commerciaux (tels que les pétroliers et les porte-conteneurs) disposant d'une salle des machines spacieuse. L'anode est installée dans un réservoir de réaction dédié. L'eau de mer y est d'abord traitée avant d'être acheminée vers le réseau de canalisations. Cette configuration présente des avantages tels qu'une maintenance et un remplacement aisés de l'anode (il suffit de fermer les vannes du réservoir de réaction), ainsi qu'une efficacité d'électrolyse accrue grâce à une structure optimisée. Ce système convient aux anodes d'électrolyse d'eau de mer ou aux anodes composites.

La cuve de réaction est généralement équipée d'un dispositif de rinçage permettant d'éliminer périodiquement les dépôts et les résidus internes, évitant ainsi toute incidence sur les performances de l'électrolyse anodique. Elle comporte également un orifice d'échappement pour libérer l'hydrogène produit lors de l'électrolyse, prévenant ainsi l'accumulation de gaz et les risques potentiels pour la sécurité.

(V) Précautions

Compatibilité des matériaux : Pour les canalisations en acier, utiliser des anodes en cuivre-aluminium ; pour les canalisations en cuivre-nickel, utiliser des anodes en cuivre-fer ; pour les canalisations en PVC, utiliser des anodes composites. Éviter toute incompatibilité de matériaux susceptible d’entraîner une corrosion électrochimique.

Contrôle de l'espacement : La distance d'installation entre l'anode et la cathode doit être contrôlée entre 0.5 et 1.5 mètre afin d'assurer une distribution uniforme du courant électrolytique et d'éviter une consommation excessive de l'anode due à un courant excessif localisé.

Protection d'isolation : Le cadre de montage de l'anode doit être isolé de la coque et de l'équipement à l'aide de coussinets ou de boulons isolants dédiés afin d'éviter toute interférence de courant avec la structure de la coque ou l'équipement de précision.

Sens du courant d'eau : L'installation de l'anode doit être alignée avec le sens du courant d'eau de mer afin de garantir que les ions ou l'oxydant générés puissent se diffuser rapidement avec le courant d'eau, évitant ainsi des concentrations locales excessivement élevées ou faibles.