MGPS-anode for cruiseskip

Marine organismer som alger, skalldyr og rur, som er utbredt i det marine miljøet, fester seg lett til og vokser inne i sjøvannsrør, kondensatorer og kjølere på cruiseskip, noe som forårsaker biologisk begroing. Farene ved biologisk begroing for store cruiseskip er todelt: for det første reduserer festet av marine organismer tverrsnittsarealet til rørene og øker vannstrømningsmotstanden, noe som forårsaker en reduksjon i varmevekslingseffektiviteten til kjølesystemet med mer enn 30 %, noe som fører til problemer som overoppheting av motoren og funksjonsfeil i klimaanlegget. For det andre akselererer sure stoffer produsert av marine organismers metabolisme korrosjon i rørene, forkorter levetiden og øker risikoen for lekkasjer.

Ocuco System for forebygging av marint vekst (MGPS) er en kjerneteknologi for å løse problemet med marin biobegroing. Den bruker anodisk elektrolyse for å generere spesifikke ioner, noe som gir dobbel beskyttelse mot biobegroing og korrosjon.

MGPS-anoder

Typen MGPS-anode må velges nøyaktig basert på faktorer som seilingsområde for det store cruiseskipet, rørmaterialet og strømningshastigheten i sjøvannssystemet. Kjernefunksjonene dreier seg om å «hemme veksten av marine organismer» og «beskytte rør mot korrosjon».

Kobberanoder (kjerne-antifouling-anode)

Kobberanoder er kjernekomponenten i MGPS-systemet for å hemme veksten av marine organismer. De er hovedsakelig laget av elektrolytisk kobber med høy renhet (renhet ≥99.95 %). Noen eksklusive produkter kan tilsette små mengder sink- og tinnlegeringer for å forbedre anodeoppløsningens jevnhet. Kobberanoder finnes i forskjellige spesifikasjoner, med diametre hovedsakelig konsentrert på 70 mm, 82.5 mm, 100 mm og 120 mm, og lengder fra 250 mm til 600 mm. For noen spesielle rørsystemer kan ikke-standardprodukter med diametre på 3.5 tommer til 5 tommer og lengder på 12 tommer til 36 tommer tilpasses.

Kjernefordelen med kobberanoder er deres stabile bunnstoff. Konsentrasjonen av kobberioner generert ved elektrolyse trenger bare å opprettholdes på 2 ppb (deler per milliard) for effektivt å hemme feste og vekst av larver fra marine organismer som alger, rur og blåskjell. Den er først og fremst egnet for tropiske og subtropiske farvann med høy biologisk aktivitet, noe som gjør den til den foretrukne bunnstoffanoden for store cruiseskip som navigerer transoceaniske reiser.

Aluminiumanode (kjerne bunnstoffanode)

Ocuco aluminiumanode bruker høyrensaluminium som basismateriale, med tilsatte legeringselementer som sink, indium og magnesium (f.eks. Al-Zn-In-legering). Hovedfunksjonen er å gi korrosjonsbeskyttelse for sjøvannsrørledninger av stål på cruiseskip, samtidig som den forbedrer bunnstoffeffekten. Spesifikasjonene samsvarer i utgangspunktet med kobberanoden, og kan fleksibelt velges i henhold til rørledningens diameter og strømkrav. Vanlige diametre er 70 mm–120 mm, og lengdene er 250 mm–500 mm.

Kjernefunksjonen til aluminiumanoder er å generere flokkulenter av aluminiumhydroksid gjennom elektrolyse. På den ene siden absorberer og dreper dette flokkulerende materialet marine larver, noe som forbedrer kobberanoders antifouling-effektivitet. På den annen side akkumuleres aluminiumhydroksid på innerveggene i stålrør og danner en tett og stabil beskyttende film som isolerer sjøvann fra direkte kontakt med metalloverflaten, og hemmer elektrokjemisk korrosjon.

Sammenlignet med sinkanoder har aluminiumanoder en høyere teoretisk kapasitans (omtrent 2800 Ah/kg), er lettere og mer egnet for lettvektskravene til store cruiseskip. Videre tilbyr de mer stabil korrosjonsbeskyttelse i sjøvannsmiljøer med høyt saltinnhold og høy hastighet. De er egnet for tempererte havområder med lav biologisk aktivitet, eller for stålbaserte sjøvannskjøle- og brannbeskyttelsesrørsystemer på cruiseskip.

Jernoder (spesielle korrosjonsbestandige anoder)

Jernoder, også kjent som jernholdige anoder, er hovedsakelig laget av bløtt jern og brukes hovedsakelig til å beskytte rør av spesielle materialer i store cruiseskip, spesielt rør av kobber-nikkellegering (vanligvis funnet i høytemperaturkjølesystemer og kjølerør for husholdningsvann på cruiseskip). Spesifikasjonene er relativt små, vanligvis 50 mm–80 mm i diameter og 200 mm–300 mm i lengde, noe som muliggjør direkte installasjon i små filtre eller rørbøyer.

Jernanodens kjernefunksjon er å generere jernholdige ioner gjennom elektrolyse, og danne en stabil beskyttende oksidfilm på innerveggen av kobber-nikkel-legeringsrøret. Denne passiveringen på røroverflaten hemmer gropkorrosjon og spaltekorrosjon av kobber-nikkel-legeringen forårsaket av sjøvann. I motsetning til aluminiumanoder har ikke jernanoder hjelpebegroingshemmende funksjoner og er utelukkende fokusert på korrosjonsbeskyttelse for spesialiserte rørledninger.

Arbeidsprinsipp for MGPS-anoder

Arbeidsprinsippet til MGPS-anoder på store cruiseskip er basert på elektrolyse. Kjernen er utgangen av en stabil, lavintensiv likestrøm fra MGPS-kontrollskapet, som får anoden til å gjennomgå en oksidasjonsreaksjon i sjøvann. De frigjorte ionene danner en strømsløyfe med katoden i systemet, noe som oppnår dobbel beskyttelse mot biologisk begroing og rørkorrosjon. Elektrolysereaksjonen til MGPS-anoder består hovedsakelig av anodisk oksidasjon og katodisk reduksjon. Ulike anodematerialer produserer forskjellige oksidasjonsreaksjonsprodukter, noe som resulterer i varierende beskyttelsesfunksjoner.

Elektrolysereaksjon av kobberanoder

Anodisk oksidasjonsreaksjon: Under påvirkning av likestrøm gjennomgår kobberanoden oksidasjon og oppløsning, og frigjør kobberioner. Reaksjonsformelen er: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻.

Katodereduksjonsreaksjon: Jernkatoden i systemet (eller selve cruiseskipets metallrør) gjennomgår en reduksjonsreaksjon. Vannmolekyler i sjøvannet får elektroner, og genererer hydrogengass og hydroksidioner. Reaksjonsformelen er: 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Antifoulingmekanisme: Kobberioner (Cu²⁺) kombineres med hydroksidioner (OH⁻) generert av katodereaksjonen for å danne kobber(I)oksidkolloid (Cu₂O). Kobber(I)oksid er svært giftig og kan ødelegge cellestrukturen til marine larver, noe som hemmer feste og vekst. Samtidig strømmer kobberioner med sjøvann gjennom rørene, dekker innerveggen og danner en "giftig ionemembran" som forhindrer marine organismer i å formere seg i rørene over en lengre periode.

Elektrolysereaksjoner ved aluminiumanoden

Anodisk oksidasjonsreaksjon: Under likestrøm gjennomgår aluminiumanoden oksidasjon og oppløsning, og frigjør aluminiumioner. Reaksjonen er: Al → Al³⁺ + 3e⁻.

Katodereduksjonsreaksjon: I samsvar med katodereaksjonen ved kobberanoden genereres hydrogengass og hydroksidioner. Reaksjonen er: 3H₂O + 3e⁻ → 3/2H₂↑ + 3OH⁻.

Antikorrosjonsmekanisme: Aluminiumioner (Al³⁺) kombineres med hydroksidioner (OH⁻) for å danne et flokkulerende bunnfall av aluminiumhydroksid (Al(OH)₃). Etter hvert som sjøvann strømmer, absorberes dette bunnfallet gradvis på innerveggen av stålrøret og danner en tett beskyttende film som isolerer metalloverflaten fra elektrokjemisk korrosjon fra sjøvann. Samtidig kan aluminiumhydroksidflokkulantene også adsorbere marine larver, noe som ytterligere forsterker bunnstoffeffekten.

Hvis vi tar en kobber-aluminium-komposittanode som eksempel, gjennomgår det ytre kobberlaget og det indre aluminiumlaget samtidige elektrolytiske reaksjoner. Kobberioner er ansvarlige for bunnstoff, mens aluminiumioner er ansvarlige for korrosjonsforebygging. Reaksjonsstrømmen for begge reguleres jevnt av kontrollskapet for å sikre at kobberionkonsentrasjonen opprettholdes på det optimale bunnstoffnivået på 2 ppb. Den beskyttende aluminiumhydroksidfilmen fester seg stabilt til rørets indre vegg. Den spiralformede bifunksjonelle anoden med en innebygd jernkatode gir også lokal katodisk beskyttelse til omkringliggende rør gjennom en katodisk reduksjonsreaksjon, noe som ytterligere reduserer korrosjonshastigheten til rørene.

Anvendelser av MGPS-anoder

Sjøvannssystemene til store cruiseskip er komplekse og inneholder flere forgreningsrørledninger og utstyr. Installasjonsstedet for MGPS-anoder må overholde prinsippene om «kildebeskyttelse, omfattende dekning og enkelt vedlikehold» for å sikre jevn ionbeskyttelse fra sjøvannsinnløpet til enden av rørledningen.

(I) Sjøvannsinntaksrister og undervannsventilbokser

Sjøvannsinntaksristene og undersjøiske ventilbokser er «innløpene» til cruiseskipets sjøvannssystem. Marine larver i sjøvannet kommer først inn i rørledningen gjennom disse punktene, noe som gjør dem til kjernekilden for anodeinstallasjon. Vanligvis er 2–4 undersjøiske ventilbokser installert på både babord og styrbord side av cruiseskipet. Hver ventilboks inneholder 2–3 sett med kobberanoder eller kobber-aluminium-komposittanoder. Noen store ventilbokser er utstyrt med ett sett med jernanoder (for korrosjonsbeskyttelse av ventilbokshuset i kobber-nikkellegering).

Anoden bør holdes 10–15 cm fra ventilboksens indre vegg for å forhindre opphopning av anodeoppløsningsprodukter i bunnen av ventilboksen. Den bør festes med sveising eller bolter for å sikre en elektrisk kontaktmotstand på ≤0.01Ω for å unngå å påvirke elektrolyseeffektiviteten på grunn av dårlig kontakt. Anodens plassering bør unngå vannstrømningskanalen til sjøvannsinntaksristen for å forhindre at sjøvannsinntaket påvirkes. Anodens kjernefunksjon her er å hemme aktiviteten til marine organismer før de kommer inn i rørledningen gjennom en høy konsentrasjon av kobberioner, noe som reduserer risikoen for biologisk begroing ved kilden.

(II) Flere sjøvannsfiltre

Sjøvannsfiltre (inkludert grove og fine filtre) installeres mellom undervannsventilboksen og hovedrørledningen for å filtrere urenheter i sjøvannet. Disse filtrene er også viktige mellomliggende noder for anodeinstallasjon. Hvert filter inneholder vanligvis 1–2 sett med spiralformede bifunksjonelle anoder eller flensede komposittanoder, med spesifikasjoner valgt i henhold til filterdiameteren (anoder med 50–80 mm diameter for små filtre, anoder med 100–120 mm diameter for store filtre).

Anoden installeres ved hjelp av en flens- eller hylsetype, direkte festet til filterdekselet for enkel demontering og utskifting under navigering. Anoden må justeres med filterets vannstrømningsutløp for å sikre at ioner raskt kan komme inn i hovedrørledningen med vannstrømmen. For PVC-filtre må en komposittanode med en innebygd jernkatode velges for å danne en komplett elektrolysekrets. Anodens kjernefunksjon her er å øke ionkonsentrasjonen i sjøvannet ytterligere, drepe eventuelle gjenværende marine larver inne i filteret og beskytte filterets indre vegg og påfølgende rørledninger mot korrosjon.

(III) Hovedkjølerørledninger

Motorens kjølesystem, klimaanlegg, kondensator, varmeveksler og annet kjerneutstyr på cruiseskip er høyrisikoområder for bioforurensning og korrosjon. Ved innløpsrørene til disse enhetene er det vanligvis installert 2–4 sett med kobber-aluminium-komposittanoder; noen høytemperaturkjølerør (kobber-nikkelmateriale) vil også ha ekstra jernanoder installert.

Anoden bør installeres i en rett rørseksjon 1–2 meter før utstyrsinnløpet for å sikre at ioner diffunderer jevnt i vannstrømmen før de kommer inn i utstyret. Det må opprettholdes en sikker avstand mellom anoden og utstyret, slik at utstyrets sensorer og grensesnitt unngås. For stort utstyr som kondensatorer og varmevekslere kan små anoder installeres på rørplaten inne i utstyret for direkte intern beskyttelse. Anodens kjernefunksjon her er å sikre uhindret rørlednings- og varmevekslingseffektivitet i kjerneutstyret, og forhindre overoppheting og nedstengning på grunn av biologisk begroing.