Anodo MGPS per navi da crociera

Organismi marini come alghe, molluschi e cirripedi, ampiamente diffusi nell'ambiente marino, si attaccano e proliferano facilmente all'interno delle condutture dell'acqua di mare, dei condensatori e dei refrigeratori delle navi da crociera, causando il biofouling. I rischi del biofouling per le grandi navi da crociera sono duplici: in primo luogo, l'adesione di organismi marini riduce la sezione trasversale delle condutture e aumenta la resistenza al flusso d'acqua, causando una riduzione dell'efficienza di scambio termico del sistema di raffreddamento di oltre il 30%, con conseguenti problemi come il surriscaldamento del motore e il malfunzionamento dell'aria condizionata; in secondo luogo, le sostanze acide prodotte dal metabolismo degli organismi marini accelerano la corrosione delle condutture, ne riducono la durata e aumentano il rischio di perdite.

Migliori Sistema di prevenzione della crescita marina (MGPS) è una tecnologia fondamentale per risolvere il problema del biofouling marino. Utilizza l'elettrolisi anodica per generare ioni specifici, ottenendo una doppia protezione contro il biofouling e la corrosione.

Anodi MGPS

Il tipo di anodo MGPS deve essere selezionato con precisione in base a fattori quali la superficie di navigazione della grande nave da crociera, il materiale delle tubazioni e la portata del sistema di acqua di mare. Le sue funzioni principali ruotano attorno all'"inibizione della crescita degli organismi marini" e alla "protezione delle tubazioni dalla corrosione".

Anodi di rame (anodo anti-incrostazione del nucleo)

Anodi di rame Sono il componente principale del sistema MGPS per inibire la crescita degli organismi marini. Sono realizzati principalmente in rame elettrolitico ad alta purezza (purezza ≥99.95%). Alcuni prodotti di fascia alta possono aggiungere piccole quantità di leghe di zinco e stagno per migliorare l'uniformità di dissoluzione dell'anodo. Gli anodi in rame sono disponibili in varie specifiche, con diametri concentrati principalmente a 70 mm, 82.5 mm, 100 mm e 120 mm e lunghezze che vanno da 250 mm a 600 mm. Per alcuni sistemi di tubazioni speciali, è possibile personalizzare prodotti non standard con diametri da 3.5 pollici a 5 pollici e lunghezze da 12 pollici a 36 pollici.

Il vantaggio principale degli anodi di rame è il loro stabile effetto antivegetativo. La concentrazione di ioni di rame generati dall'elettrolisi deve essere mantenuta a sole 2 ppb (parti per miliardo) per inibire efficacemente l'adesione e la crescita di larve di organismi marini come alghe, cirripedi e cozze. È adatto principalmente per acque tropicali e subtropicali con elevata attività biologica, il che lo rende l'anodo antivegetativo preferito per le grandi navi da crociera che effettuano crociere transoceaniche.

Anodo di alluminio (anodo anti-incrostazione del nucleo)

Migliori anodo di alluminio Utilizza alluminio ad alta purezza come materiale di base, con l'aggiunta di elementi di lega come zinco, indio e magnesio (ad esempio, lega Al-Zn-In). La sua funzione principale è quella di fornire protezione dalla corrosione per le condotte in acciaio per l'acqua di mare delle navi da crociera, migliorando al contempo l'effetto antivegetativo. Le sue specifiche sono sostanzialmente identiche a quelle dell'anodo in rame e possono essere selezionate in modo flessibile in base al diametro della conduttura e ai requisiti attuali. I diametri comuni sono 70 mm-120 mm e le lunghezze 250 mm-500 mm.

La funzione principale degli anodi in alluminio è quella di generare flocculanti di idrossido di alluminio tramite elettrolisi. Da un lato, questo materiale flocculante assorbe e uccide le larve marine, migliorando l'efficacia anti-incrostazione degli anodi in rame. Dall'altro, l'idrossido di alluminio si accumula sulle pareti interne dei tubi in acciaio, formando una pellicola protettiva densa e stabile che isola l'acqua di mare dal contatto diretto con la superficie metallica, inibendo la corrosione elettrochimica.

Rispetto agli anodi di zinco, gli anodi in alluminio hanno una capacità teorica più elevata (circa 2800 Ah/kg), sono più leggeri e più adatti ai requisiti di leggerezza delle grandi navi da crociera. Inoltre, offrono una protezione dalla corrosione più stabile in ambienti con acqua di mare ad alta salinità e alta velocità. Sono adatti per zone marine temperate e a bassa attività biologica, o per sistemi di tubazioni antincendio e di raffreddamento dell'acqua di mare in acciaio sulle navi da crociera.

Anodi di ferro (anodi speciali anticorrosione)

Anodi di ferro, noti anche come anodi ferrosi, sono realizzati principalmente in ferro dolce e sono utilizzati principalmente per proteggere tubi in materiali speciali nelle grandi navi da crociera, in particolare tubi in lega di rame-nichel (comunemente presenti nei sistemi di raffreddamento ad alta temperatura e nei tubi di raffreddamento dell'acqua domestica sulle navi da crociera). Le loro specifiche sono relativamente ridotte, in genere 50 mm-80 mm di diametro e 200 mm-300 mm di lunghezza, consentendo l'installazione diretta in piccoli filtri o curve di tubi.

La funzione principale dell'anodo di ferro è quella di generare ioni ferrosi tramite elettrolisi, formando una pellicola protettiva di ossido stabile sulla parete interna del tubo in lega di rame-nichel. Questa passivazione sulla superficie del tubo inibisce la corrosione per vaiolatura e fessurazione della lega di rame-nichel causata dall'acqua di mare. A differenza degli anodi in alluminio, gli anodi di ferro non hanno funzioni antivegetative ausiliarie e sono destinati esclusivamente alla protezione dalla corrosione di condotte specializzate.

Principio di funzionamento degli anodi MGPS

Il principio di funzionamento degli anodi MGPS sulle grandi navi da crociera si basa sull'elettrolisi. Il suo nucleo è l'uscita di una corrente continua stabile e a bassa intensità dal quadro elettrico MGPS, che provoca una reazione di ossidazione dell'anodo in acqua di mare. Gli ioni rilasciati formano un circuito di corrente con il catodo nel sistema, ottenendo una doppia protezione contro il biofouling e la corrosione delle tubazioni. La reazione di elettrolisi degli anodi MGPS consiste principalmente in reazioni di ossidazione anodica e di riduzione catodica. Diversi materiali anodici producono diversi prodotti di reazione di ossidazione, con conseguenti diverse funzioni protettive.

Reazione di elettrolisi degli anodi di rame

Reazione di ossidazione anodica: sotto l'azione della corrente continua, l'anodo di rame subisce ossidazione e dissoluzione, rilasciando ioni rame. La formula di reazione è: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻.

Reazione di riduzione del catodo: il catodo di ferro nel sistema (o le tubature metalliche della nave da crociera) subisce una reazione di riduzione. Le molecole d'acqua presenti nell'acqua di mare acquisiscono elettroni, generando idrogeno gassoso e ioni idrossido. La formula di reazione è: 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Meccanismo anti-fouling: gli ioni rame (Cu²⁺) si combinano con gli ioni idrossido (OH⁻) generati dalla reazione catodica per formare il colloide di ossido rameoso (Cu₂O). L'ossido rameoso è altamente tossico e può distruggere la struttura cellulare delle larve marine, inibendone l'attaccamento e la crescita. Contemporaneamente, gli ioni rame fluiscono con l'acqua di mare attraverso i tubi, ricoprendone la parete interna e formando una "membrana di ioni tossici", che impedisce agli organismi marini di proliferare all'interno dei tubi per un lungo periodo.

Reazioni di elettrolisi all'anodo di alluminio

Reazione di ossidazione anodica: sotto corrente continua, l'anodo di alluminio subisce ossidazione e dissoluzione, rilasciando ioni di alluminio. La reazione è: Al → Al³⁺ + 3e⁻.

Reazione di riduzione catodica: coerentemente con la reazione catodica all'anodo di rame, vengono generati idrogeno gassoso e ioni idrossido. La reazione è: 3H₂O + 3e⁻ → 3/2H₂↑ + 3OH⁻.

Meccanismo anticorrosione: gli ioni di alluminio (Al³⁺) si combinano con gli ioni idrossido (OH⁻) per formare un precipitato flocculante di idrossido di alluminio (Al(OH)₃). Con il flusso dell'acqua di mare, questo precipitato si adsorbe gradualmente sulla parete interna del tubo in acciaio, formando una densa pellicola protettiva che isola la superficie metallica dalla corrosione elettrochimica causata dall'acqua di mare. Contemporaneamente, i flocculanti di idrossido di alluminio possono anche adsorbire le larve marine, migliorando ulteriormente l'effetto antivegetativo.

Prendendo come esempio un anodo composito rame-alluminio, lo strato esterno di rame e quello interno di alluminio subiscono reazioni elettrolitiche simultanee. Gli ioni di rame sono responsabili dell'antifouling, mentre gli ioni di alluminio sono responsabili della prevenzione della corrosione. La corrente di reazione per entrambi è regolata uniformemente dal quadro elettrico per garantire che la concentrazione di ioni di rame sia mantenuta al livello antifouling ottimale di 2 ppb. Il film protettivo di idrossido di alluminio aderisce stabilmente alla parete interna del tubo. L'anodo bifunzionale a spirale con catodo di ferro integrato fornisce anche protezione catodica locale ai tubi circostanti attraverso una reazione di riduzione catodica, riducendo ulteriormente il tasso di corrosione dei tubi.

Applicazioni degli anodi MGPS

I sistemi di acqua di mare delle grandi navi da crociera sono complessi e comprendono molteplici diramazioni di tubazioni e apparecchiature. La posizione di installazione degli anodi MGPS deve rispettare i principi di "protezione della sorgente, copertura completa e facilità di manutenzione" per garantire una protezione ionica uniforme dall'ingresso dell'acqua di mare fino all'estremità della tubazione.

(I) Griglie di presa dell'acqua di mare e scatole delle valvole sottomarine

Le griglie di presa dell'acqua di mare e le scatole valvole sottomarine sono le "ingressi" del sistema di acqua di mare della nave da crociera. Le larve marine presenti nell'acqua di mare entrano per prime nella conduttura attraverso questi punti, rendendoli la fonte principale per l'installazione degli anodi. In genere, vengono installate da 2 a 4 scatole valvole sottomarine sia sul lato di babordo che su quello di tribordo della nave da crociera. Ogni scatola valvole contiene da 2 a 3 set di anodi in rame o anodi compositi in rame-alluminio. Alcune scatole valvole di grandi dimensioni sono dotate di un set di anodi in ferro (per la protezione dalla corrosione del corpo della scatola valvole in lega di rame-nichel).

L'anodo deve essere mantenuto a 10-15 cm di distanza dalla parete interna del pozzetto valvole per evitare l'accumulo di prodotti di dissoluzione dell'anodo sul fondo del pozzetto. Deve essere fissato mediante saldatura o bulloni per garantire una resistenza di contatto elettrica ≤0.01Ω, per evitare di compromettere l'efficienza dell'elettrolisi a causa di un contatto inadeguato. La posizione dell'anodo deve evitare il canale di flusso dell'acqua della griglia di aspirazione dell'acqua di mare per evitare di compromettere la presa dell'acqua di mare. La funzione principale dell'anodo in questo caso è quella di inibire l'attività degli organismi marini prima che entrino nella conduttura attraverso un'elevata concentrazione di ioni di rame, riducendo il rischio di biofouling alla fonte.

(II) Filtri per acqua di mare multipli

I filtri per l'acqua di mare (inclusi filtri a maglia grossa e fine) sono installati tra la scatola valvole sottomarina e la tubazione principale per filtrare le impurità presenti nell'acqua di mare. Questi filtri sono anche importanti nodi intermedi per l'installazione degli anodi. Ogni filtro contiene in genere 1-2 set di anodi bifunzionali a spirale o anodi compositi flangiati, con specifiche selezionate in base al diametro del filtro (anodi con diametro da 50 mm a 80 mm per filtri piccoli, anodi con diametro da 100 mm a 120 mm per filtri grandi).

L'anodo viene installato tramite una flangia o un manicotto, fissato direttamente al coperchio del filtro per facilitarne lo smontaggio e la sostituzione durante la navigazione. L'anodo deve essere allineato con l'uscita del flusso d'acqua del filtro per garantire che gli ioni possano entrare rapidamente nella tubazione principale con il flusso d'acqua. Per i filtri in PVC, è necessario selezionare un anodo composito con catodo in ferro incorporato per formare un circuito di elettrolisi completo. La funzione principale dell'anodo in questo caso è quella di aumentare ulteriormente la concentrazione di ioni nell'acqua di mare, uccidere eventuali larve marine rimanenti all'interno del filtro e proteggere la parete interna del filtro e le tubazioni successive dalla corrosione.

(III) Condotte di raffreddamento principali

Il sistema di raffreddamento del motore, il sistema di condizionamento dell'aria, il condensatore, lo scambiatore di calore e altre apparecchiature principali delle navi da crociera sono aree ad alto rischio di biofouling e corrosione. Sui tubi di ingresso di questi dispositivi, vengono solitamente installati da 2 a 4 set di anodi compositi in rame-alluminio; alcuni tubi di raffreddamento ad alta temperatura (in rame-nichel) presentano anche anodi di ferro aggiuntivi.

L'anodo deve essere installato in un tratto di tubo rettilineo 1-2 metri prima dell'ingresso dell'apparecchiatura per garantire che gli ioni si diffondano uniformemente nel flusso d'acqua prima di entrare nell'apparecchiatura. È necessario mantenere una distanza di sicurezza tra l'anodo e l'apparecchiatura, evitando i sensori e le interfacce dell'apparecchiatura. Per apparecchiature di grandi dimensioni come condensatori e scambiatori di calore, è possibile installare anodi di piccole dimensioni sulla piastra tubiera all'interno dell'apparecchiatura per una protezione interna diretta. La funzione principale dell'anodo in questo caso è garantire la continuità delle tubazioni e l'efficienza dello scambio termico dell'apparecchiatura principale, prevenendo il surriscaldamento e l'arresto dovuti al biofouling.