Anodo MGPS per navi mercantili

Le navi commerciali sono i principali vettori del commercio globale. Nell'ambiente marino a lungo termine, i loro sistemi di raffreddamento ad acqua di mare, i sistemi di acqua di zavorra e le varie condotte sottomarine sono soggetti a biofouling, poiché organismi marini come cirripedi e cozze si attaccano rapidamente alle pareti interne delle condotte.

I metodi tradizionali di antivegetativa, come la clorazione chimica, pur inibendo temporaneamente la crescita degli organismi marini, accelerano la corrosione dello scafo e causano un grave inquinamento marino dovuto alle emissioni chimiche, non soddisfacendo i requisiti ambientali come la Convenzione MEPC.279 (70) dell'Organizzazione marittima internazionale (IMO). Sistemi di prevenzione della crescita marina (MGPS) stanno diventando sempre più popolari. L'anodo, in quanto componente principale dell'MGPS, determina direttamente l'efficacia anti-incrostazione e anti-corrosione del sistema attraverso le sue prestazioni, la scelta del tipo, l'installazione e la manutenzione.

Gli anodi MGPS rilasciano ioni o ossidanti specifici tramite elettrolisi, inibendo efficacemente l'adesione degli organismi marini e formando uno strato protettivo sulla parete interna dei tubi, ottenendo una doppia funzione "antivegetativa + anticorrosione". Questo sistema è diventato un'apparecchiatura standard su varie navi commerciali come navi portacontainer, petroliere, navi portarinfuse e navi da ricerca, ed è ampiamente utilizzato nelle flotte navali, così come su navi speciali come le navi da ricerca antartiche.

Anodi MGPS

Il tipo di anodo MGPS deve essere selezionato con precisione in base all'area di navigazione della nave, ai materiali delle condotte e ai requisiti antivegetativi. I diversi tipi di anodi presentano differenze significative in termini di materiale, struttura e funzionalità. Attualmente, gli anodi MGPS più diffusi per le navi commerciali sono suddivisi principalmente in quattro categorie.

(I) Anodi metallici elettrolitici

Gli anodi metallici elettrolitici sono il tipo di anodo MGPS più comunemente utilizzato per le navi commerciali. Ottengono proprietà anti-fouling e anti-corrosione mediante elettrolisi e dissoluzione di ioni metallici. I materiali del nucleo includono rame, alluminio e ferro.

Anodi di rame: La funzione principale è quella di prevenire l'adesione di organismi marini, rendendoli il componente antifouling principale dell'anodo MGPS. Sono tipicamente realizzati in rame elettrolitico ad alta purezza, con dimensioni standard che coprono diametri di 3.5 pollici, 4 pollici e 5 pollici e lunghezze che vanno da 12 pollici a 36 pollici. Le dimensioni non standard possono essere personalizzate in base al diametro della tubazione della nave. L'anodo di rame rilascia ioni di rame (Cu²⁺) durante l'elettrolisi, che sono altamente biotossici. Quando la concentrazione di ioni di rame nell'acqua di mare raggiunge i 2 mg/m³, può inibire efficacemente la crescita e l'adesione di larve marine come alghe, cirripedi e cozze, prevenendo il biofouling alla fonte. Questo anodo è compatibile con i principali materiali delle tubazioni marine come acciaio e ghisa, ed è ampiamente utilizzato nelle navi portacontainer e nelle navi portarinfuse che navigano in acque temperate e subtropicali.

Anodi di alluminio: La loro funzione principale è la protezione dalla corrosione e l'antivegetativa ausiliaria. Sono realizzati principalmente in lega di alluminio ad alta purezza e le loro dimensioni sono compatibili con gli anodi di rame, consentendone l'installazione congiunta. Durante l'elettrolisi, gli anodi di alluminio rilasciano ioni di alluminio (Al³⁺), che si combinano con gli ioni idrossido presenti nell'acqua di mare per formare fiocchi di idrossido di alluminio (Al(OH)₃). Questi fiocchi assorbono e uccidono le larve marine, migliorando le prestazioni antivegetative. Inoltre, i fiocchi si depositano sulla parete interna del tubo, formando una densa pellicola protettiva che isola il tubo metallico dall'acqua di mare, mantenendo il tasso di corrosione al di sotto di 0.03 mm/anno e prolungandone significativamente la durata. Gli anodi di alluminio sono adatti solo per tubi in acciaio e non devono essere utilizzati su tubi in alluminio o rame per evitare la corrosione secondaria.

Anodi di ferro, noti anche come "anodi di ferro dolce", sono utilizzati principalmente per la protezione dalla corrosione in sistemi di tubazioni speciali, principalmente in tubi in lega di rame-nichel (comuni nelle navi militari e nelle navi commerciali di fascia alta). Durante l'elettrolisi, rilasciano ioni ferrosi (Fe²⁺), che mantengono uno strato protettivo di ossido stabile sulla parete interna dei tubi in rame-nichel, inibendo la corrosione e prevenendo reazioni chimiche con gli ioni di rame che potrebbero portare alla deposizione di impurità. Gli anodi di ferro sono in genere dotati di flange di sicurezza e richiedono l'abbinamento con un catodo dedicato durante l'installazione per garantire un circuito di elettrolisi stabile. Non sono adatti alle tubazioni in acciaio convenzionali.

(II) Anodi per elettrolisi dell'acqua di mare

Gli anodi per elettrolisi dell'acqua di mare sono adatti per aree marine tropicali altamente bioattive (come il Mar Rosso). Ottengono un'elevata azione antivegetativa generando ossidanti attraverso l'elettrolisi dell'acqua di mare. Il materiale del nucleo è un placcato in platino lega di titanio o ossido metallico misto Anodo inerte (MMO). Questo tipo di anodo non consuma il proprio materiale; funge solo da vettore di elettrolisi. Applicando corrente continua esterna per elettrolizzare l'acqua di mare, genera forti ossidanti come ipoclorito di sodio (NaClO) e acido ipocloroso (HClO), che uccidono rapidamente larve e spore marine nell'acqua di mare, ottenendo un effetto antivegetativo superiore al 96%.

La loro struttura è solitamente a piastra o tubolare, installata in una cella di elettrolisi dedicata, e deve essere isolata dallo scafo per evitare interferenze di corrente con la struttura dello scafo. I vantaggi degli anodi per elettrolisi ad acqua di mare sono l'elevata efficienza antivegetativa, l'idoneità per aree marine ad alta biodensità e l'assenza di emissioni di ioni metallici, il che li rende più rispettosi dell'ambiente; tuttavia, il loro svantaggio è la sensibilità alla salinità dell'acqua di mare. Attualmente sono ampiamente utilizzati su navi commerciali come petroliere e metaniere che navigano per lunghe distanze in acque tropicali.

(III) Anodo Spirax

L'anodo composito è un anodo integrato progettato per ambienti con spazi limitati. Impiega una struttura composita rame-alluminio o rame-ferro, integrando sia funzioni anti-incrostazione che anti-corrosione, eliminando la necessità di installare separatamente due tipi di anodi. Il suo principale vantaggio risiede nella struttura compatta, che lo rende adatto a imbarcazioni con tubazioni strette e spazio di installazione limitato (come piccole navi portarinfuse e navi governative), o a scenari con tubazioni in PVC o CPVC (senza catodo naturale).

L'anodo composito ottimizza il rapporto tra i materiali interni per garantire un rapporto di rilascio stabile di ioni rame e ioni alluminio/ferro durante l'elettrolisi, garantendo sia l'efficacia antifouling che la formazione di un efficace strato protettivo. Durante l'installazione, può essere incorporato direttamente sul fondo del filtro o del corpo pompa, facilitandone la sostituzione senza necessità di carenaggio, riducendo significativamente i costi di manutenzione.

Applicazioni degli anodi MGPS

La posizione di installazione degli anodi MGPS determina direttamente la loro protezione anti-incrostazione e anti-corrosione. Viene implementato un piano completo che tiene conto della disposizione delle tubazioni della nave, della struttura delle apparecchiature e della facilità di manutenzione, concentrando le aree di installazione principali presso l'ingresso dell'acqua di mare e le posizioni critiche delle apparecchiature per garantire l'inibizione dell'adesione degli organismi marini alla fonte.

(I) Cassa di acqua di mare

La cassa di contenimento dell'acqua di mare è l'ingresso del sistema di acqua di mare della nave. Gli organismi marini entrano per primi nelle tubazioni attraverso questo punto, rendendolo il punto di installazione principale per gli anodi MGPS. Gli anodi vengono solitamente installati in una configurazione a manicotto, incorporati all'interno della cassa durante il bacino di carenaggio, parallelamente alla direzione del flusso dell'acqua di mare, garantendo che gli ioni o gli ossidanti generati dall'elettrolisi possano diffondersi rapidamente in tutto il sistema di tubazioni.

Il vantaggio di questa posizione è la sua ampia copertura, che protegge tutte le tubazioni dell'acqua di mare, i refrigeratori, i condensatori e le altre apparecchiature. Lo svantaggio è che la sostituzione degli anodi richiede l'attracco della nave, rendendo quindi necessaria la scelta di anodi con una durata maggiore (in genere 2-3 anni). Attualmente, i principali anodi MGPS sulla stragrande maggioranza delle navi commerciali sono installati qui, con combinazioni di anodi in rame-alluminio adattate alle tubazioni in acciaio che rappresentano la scelta più diffusa.

(II) Colino

Il filtro è un dispositivo di pretrattamento fondamentale per le condotte dell'acqua di mare. È soggetto a intasamento a causa di organismi marini, pertanto alcuni anodi sono installati al suo interno, fissati tramite flange. Il vantaggio di questa posizione è che la sostituzione degli anodi non richiede l'attracco; la semplice chiusura delle valvole di ingresso e di uscita del filtro e la rimozione delle flange completano la sostituzione, rendendo la manutenzione comoda e adatta alle imbarcazioni in acque tropicali che richiedono frequenti sostituzioni degli anodi.

Solitamente, all'interno del filtro vengono installati anodi compositi o piccoli anodi in rame, principalmente per fornire protezione ausiliaria al corpo del filtro e alle condotte a breve distanza. Devono essere utilizzati insieme all'anodo principale nella scatola della valvola dell'acqua di mare.

(III) Fondo della pompa

Per apparecchiature critiche come pompe di sollevamento per acqua di mare e pompe di raffreddamento, gli anodi montati sulla pompa vengono installati sul fondo del corpo pompa, in genere incorporati nel tubo o nel cassone stabilizzatore di flusso, vicino alla girante. Questa posizione protegge direttamente la girante, il corpo pompa e la tubazione di ingresso della pompa, prevenendo l'accumulo di organismi marini che potrebbero causare una riduzione del flusso, un aumento delle vibrazioni o danni alla girante. È adatto per imbarcazioni con requisiti di affidabilità della pompa estremamente elevati, come petroliere e metaniere.

Durante l'installazione, assicurarsi che l'anodo sia isolato dal corpo pompa per evitare che la corrente elettrolitica corroda i componenti di precisione come l'albero e i cuscinetti della pompa. Il telaio dell'anodo deve inoltre essere fissato saldamente per resistere a vibrazioni e urti durante il funzionamento della pompa.

(IV) Vasca di reazione

Il serbatoio di reazione è adatto per sistemi MGPS indiretti, utilizzati principalmente su grandi navi commerciali (come petroliere e portacontainer) con ampio spazio in sala macchine. L'anodo è installato in un serbatoio di reazione dedicato. L'acqua di mare entra nel serbatoio per essere trattata prima di essere trasportata alla rete di distribuzione. Questa posizione offre vantaggi come la comoda manutenzione e sostituzione degli anodi (è sufficiente chiudere le valvole del serbatoio di reazione) e una migliore efficienza di elettrolisi grazie alla struttura ottimizzata del serbatoio. È adatto per anodi per elettrolisi ad acqua di mare o anodi compositi.

Il serbatoio di reazione è in genere dotato di un dispositivo di lavaggio per la pulizia periodica di incrostazioni e detriti interni, prevenendo qualsiasi impatto sulle prestazioni dell'elettrolisi anodica. Il serbatoio è inoltre dotato di una porta di scarico per rilasciare l'idrogeno gassoso generato durante l'elettrolisi, prevenendo l'accumulo di gas e potenziali rischi per la sicurezza.

(V) Precauzioni

Abbinamento dei materiali: per le tubazioni in acciaio, utilizzare combinazioni di anodi in rame-alluminio; per le tubazioni in rame-nichel, utilizzare combinazioni di anodi in rame-ferro; per le tubazioni in PVC, utilizzare anodi compositi. Evitare incompatibilità di materiali che potrebbero causare corrosione elettrochimica.

Controllo della spaziatura: la distanza di installazione tra l'anodo e il catodo deve essere controllata tra 0.5 e 1.5 metri per garantire una distribuzione uniforme della corrente elettrolitica ed evitare un consumo eccessivo dell'anodo dovuto a una corrente eccessiva localizzata.

Protezione dell'isolamento: il telaio di montaggio dell'anodo deve essere isolato dallo scafo e dall'attrezzatura mediante appositi cuscinetti isolanti o bulloni per evitare interferenze di corrente con la struttura dello scafo o con l'attrezzatura di precisione.

Direzione del flusso dell'acqua: l'installazione dell'anodo deve essere allineata con la direzione del flusso dell'acqua di mare per garantire che gli ioni o l'ossidante generati possano diffondersi rapidamente con il flusso dell'acqua, evitando concentrazioni locali eccessivamente alte o basse.