Ânodo MGPS para navios mercantes

Os navios mercantes são os principais meios de transporte do comércio global. No ambiente marinho a longo prazo, seus sistemas de refrigeração com água do mar, sistemas de água de lastro e diversas tubulações subaquáticas estão sujeitos à bioincrustação, uma vez que organismos marinhos como cracas e mexilhões se fixam rapidamente nas paredes internas das tubulações.

Os métodos anti-incrustantes tradicionais, como a cloração química, embora inibam temporariamente o crescimento de organismos marinhos, aceleram a corrosão do casco e causam poluição marinha grave devido às emissões químicas, não cumprindo os requisitos ambientais, como a Convenção MEPC.279 (70) da Organização Marítima Internacional (OMI). Sistemas de prevenção do crescimento marinho Os sistemas de proteção contra incrustações (MGPS) estão se tornando cada vez mais populares. O ânodo, como componente principal do MGPS, determina diretamente a eficácia anti-incrustante e anticorrosiva do sistema por meio de seu desempenho, seleção de tipo, instalação e manutenção.

Os ânodos MGPS liberam íons ou oxidantes específicos por meio de eletrólise, inibindo eficazmente a fixação de organismos marinhos e formando uma camada protetora na parede interna dos tubos, alcançando uma dupla função de “anti-incrustante + anticorrosivo”. Este sistema tornou-se equipamento padrão em diversas embarcações comerciais, como navios porta-contêineres, petroleiros, graneleiros e navios de pesquisa, sendo amplamente utilizado em frotas navais, bem como em embarcações especiais, como navios de pesquisa na Antártica.

Ânodos MGPS

O tipo de ânodo MGPS precisa ser selecionado com precisão com base na área de navegação do navio, nos materiais da tubulação e nos requisitos anti-incrustantes. Os diferentes tipos de ânodos apresentam diferenças significativas em termos de material, estrutura e função. Atualmente, os ânodos MGPS mais utilizados em navios comerciais são divididos em quatro categorias principais.

(I) Ânodos metálicos eletrolíticos

Os ânodos metálicos eletrolíticos são o tipo mais comum de ânodo MGPS usado em navios comerciais. Eles proporcionam propriedades anti-incrustantes e anticorrosivas por meio da eletrólise e dissolução de íons metálicos. Os materiais do núcleo incluem cobre, alumínio e ferro.

Ânodos de cobreA função principal é impedir a fixação de organismos marinhos, tornando-os o componente anti-incrustante essencial do ânodo MGPS. São geralmente feitos de cobre eletrolítico de alta pureza, com tamanhos padrão que abrangem diâmetros de 3.5 polegadas, 4 polegadas e 5 polegadas, e comprimentos que variam de 12 a 36 polegadas. Tamanhos não padronizados podem ser personalizados de acordo com o diâmetro da tubulação do navio. O ânodo de cobre libera íons de cobre (Cu²⁺) durante a eletrólise, que são altamente biotóxicos. Quando a concentração de íons de cobre na água do mar atinge 2 mg/m³, pode inibir eficazmente o crescimento e a fixação de larvas marinhas, como algas, cracas e mexilhões, prevenindo a bioincrustação na sua origem. Este ânodo é compatível com os principais materiais de tubulação marítima, como aço e ferro fundido, e é amplamente utilizado em navios porta-contentores e graneleiros que navegam em águas temperadas e subtropicais.

Ânodos de alumínioSua principal função é a proteção contra corrosão e o efeito anti-incrustante auxiliar. São fabricados principalmente com liga de alumínio de alta pureza e suas dimensões são compatíveis com as dos ânodos de cobre, permitindo a instalação conjunta. Durante a eletrólise, os ânodos de alumínio liberam íons de alumínio (Al³⁺), que se combinam com os íons hidróxido presentes na água do mar para formar flocos de hidróxido de alumínio (Al(OH)₃). Esses flocos adsorvem e eliminam larvas marinhas, melhorando o desempenho anti-incrustante. Além disso, os flocos se depositam na parede interna da tubulação, formando uma película protetora densa que isola o tubo metálico da água do mar, mantendo a taxa de corrosão abaixo de 0.03 mm/ano e prolongando significativamente a vida útil da tubulação. Os ânodos de alumínio são adequados apenas para tubos de aço e não devem ser usados ​​em tubos de alumínio ou cobre para evitar corrosão secundária.

ânodos de ferroOs ânodos de ferro, também conhecidos como "ânodos de ferro macio", são usados ​​principalmente para proteção contra corrosão em sistemas de tubulação especiais, principalmente em tubos de liga de cobre-níquel (comuns em navios de guerra e embarcações comerciais de alto padrão). Durante a eletrólise, eles liberam íons ferrosos (Fe²⁺), que mantêm uma camada protetora de óxido estável na parede interna dos tubos de cobre-níquel, inibindo a corrosão e prevenindo reações químicas com os íons de cobre que poderiam levar à deposição de impurezas. Os ânodos de ferro são normalmente equipados com flanges de segurança e requerem o uso de um cátodo específico durante a instalação para garantir um circuito de eletrólise estável. Eles não são adequados para tubulações de aço convencionais.

(II) Ânodos de eletrólise da água do mar

Os ânodos de eletrólise da água do mar são adequados para áreas marinhas tropicais com alta bioatividade (como o Mar Vermelho). Eles proporcionam forte resistência à incrustação, gerando oxidantes por meio da eletrólise da água do mar. O material do núcleo é um banhado a platina liga de titânio ou óxido de metal misto Ânodo inerte (MMO). Este tipo de ânodo não consome seu próprio material; ele serve apenas como condutor de eletrólise. Ao aplicar corrente contínua externa para eletrolisar a água do mar, ele gera oxidantes fortes, como hipoclorito de sódio (NaClO) e ácido hipocloroso (HClO), que matam rapidamente larvas e esporos marinhos na água do mar, alcançando um efeito anti-incrustante superior a 96%.

Sua estrutura geralmente tem formato de placa ou tubular, é instalada em uma célula de eletrólise dedicada e deve ser isolada do casco para evitar interferência da corrente com a estrutura do casco. As vantagens dos ânodos de eletrólise da água do mar são a alta eficiência anti-incrustante, a adequação a áreas marinhas com alta densidade de biodiversidade e a ausência de emissões de íons metálicos, tornando-os mais ecológicos; no entanto, sua desvantagem é a sensibilidade à salinidade da água do mar. Atualmente, são amplamente utilizados em embarcações comerciais, como petroleiros e navios de transporte de GNL, que navegam longas distâncias em águas tropicais.

(III) Ânodo Spirax

O ânodo composto é um ânodo integrado projetado para ambientes com espaço limitado. Ele emprega uma estrutura composta de cobre-alumínio ou cobre-ferro, integrando funções anti-incrustantes e anticorrosivas, eliminando a necessidade de instalação separada de dois tipos de ânodos. Sua principal vantagem reside em sua estrutura compacta, tornando-o adequado para embarcações com tubulações estreitas e espaço de instalação limitado (como pequenos navios graneleiros e embarcações governamentais), ou cenários com tubulações de PVC ou CPVC (sem cátodo natural).

O ânodo composto otimiza a proporção interna de materiais para garantir uma taxa de liberação estável de íons de cobre em relação aos íons de alumínio/ferro durante a eletrólise, assegurando tanto a eficácia anti-incrustante quanto a formação de uma camada protetora eficiente. Durante a instalação, ele pode ser embutido diretamente no fundo do filtro ou do corpo da bomba, facilitando a substituição sem a necessidade de docagem a seco, reduzindo significativamente os custos de manutenção.

Aplicações de ânodos MGPS

A localização de instalação dos ânodos do sistema MGPS determina diretamente sua cobertura anti-incrustante e anticorrosiva. Um plano abrangente, que considera o layout da tubulação do navio, a estrutura dos equipamentos e a facilidade de manutenção, é implementado, com as principais áreas de instalação concentradas na entrada de água do mar e em locais críticos para equipamentos, a fim de garantir a inibição da fixação de organismos marinhos na origem.

(I) Caixa de água do mar

A caixa de entrada de água do mar é o ponto de acesso ao sistema de água do mar do navio. Os organismos marinhos entram na tubulação pela primeira vez através deste ponto, tornando-o o principal local de instalação dos ânodos do sistema MGPS. Os ânodos são normalmente instalados em uma configuração tipo luva, embutidos dentro da caixa durante a docagem, paralelamente à direção do fluxo de água do mar, garantindo que os íons ou oxidantes gerados pela eletrólise possam se difundir rapidamente por todo o sistema de tubulação.

A vantagem desta localização é a sua ampla cobertura, protegendo toda a tubulação de água do mar subsequente, resfriadores, condensadores e outros equipamentos. A desvantagem é que a substituição dos ânodos exige que o navio seja atracado, o que torna necessária a seleção de ânodos com uma vida útil mais longa (normalmente de 2 a 3 anos). Atualmente, os principais ânodos do sistema MGPS na grande maioria dos navios comerciais estão instalados aqui, sendo as combinações de ânodos de cobre-alumínio adaptadas para tubulações de aço a escolha mais comum.

(II) Filtro

O filtro é um dispositivo crucial de pré-tratamento para tubulações de água do mar. Ele é propenso a entupimentos devido a organismos marinhos; portanto, alguns ânodos são instalados em seu interior, fixados com flanges. A vantagem dessa localização é que a substituição dos ânodos não requer atracação; basta fechar as válvulas de entrada e saída do filtro e remover os flanges para realizar a substituição, tornando a manutenção conveniente e adequada para embarcações em águas tropicais que necessitam de substituições frequentes de ânodos.

Normalmente, ânodos compostos ou pequenos ânodos de cobre são instalados dentro do filtro, principalmente para fornecer proteção auxiliar ao corpo do filtro e às tubulações subsequentes de curta distância. Eles devem ser usados ​​em conjunto com o ânodo principal na caixa de válvulas de água do mar.

(III) Fundo da Bomba

Para equipamentos críticos, como bombas de elevação de água do mar e bombas de refrigeração, os ânodos montados na bomba são instalados na parte inferior do corpo da bomba, geralmente embutidos no tubo estabilizador de fluxo ou no caixão, próximo ao rotor. Essa localização protege diretamente o rotor da bomba, a carcaça da bomba e a tubulação de entrada, impedindo o acúmulo de organismos marinhos que poderiam levar à redução do fluxo, aumento da vibração ou danos ao rotor. É adequado para embarcações com requisitos de confiabilidade de bomba extremamente elevados, como petroleiros e navios de transporte de GNL.

Durante a instalação, certifique-se de que o ânodo esteja isolado do corpo da bomba para evitar que a corrente eletrolítica corroa componentes de precisão, como o eixo e os rolamentos da bomba. A estrutura do ânodo também deve ser fixada com segurança para suportar vibrações e impactos durante a operação da bomba.

(IV) Tanque de reação

O tanque de reação é adequado para sistemas MGPS indiretos, utilizados principalmente em grandes embarcações comerciais (como petroleiros e navios porta-contentores) com amplo espaço na casa de máquinas. O ânodo é instalado em um tanque de reação dedicado. A água do mar entra primeiro no tanque para tratamento antes de ser transportada para o sistema de tubulação. Essa localização oferece vantagens como manutenção e substituição convenientes do ânodo (basta fechar as válvulas do tanque de reação) e maior eficiência da eletrólise por meio da estrutura otimizada do tanque. É adequado para ânodos de eletrólise de água do mar ou ânodos compostos.

O tanque de reação é normalmente equipado com um dispositivo de lavagem para limpar periodicamente incrustações e detritos internos, evitando impactos no desempenho da eletrólise anódica. O tanque também possui uma porta de exaustão para liberar o gás hidrogênio gerado durante a eletrólise, prevenindo o acúmulo de gás e potenciais riscos à segurança.

(V) Precauções

Compatibilidade de materiais: Para tubulações de aço, utilize combinações de ânodos de cobre e alumínio; para tubulações de cobre e níquel, utilize combinações de ânodos de cobre e ferro; para tubulações de PVC, utilize ânodos compostos. Evite incompatibilidades de materiais que possam levar à corrosão eletroquímica.

Controle de espaçamento: A distância de instalação entre o ânodo e o cátodo deve ser controlada entre 0.5 e 1.5 metros para garantir a distribuição uniforme da corrente eletrolítica e evitar o consumo excessivo do ânodo devido à corrente excessiva localizada.

Proteção de isolamento: A estrutura de montagem do ânodo deve ser isolada do casco e dos equipamentos utilizando almofadas ou parafusos isolantes específicos para evitar interferência de corrente com a estrutura do casco ou com equipamentos de precisão.

Direção do fluxo de água: A instalação do ânodo deve estar alinhada com a direção do fluxo de água do mar para garantir que os íons ou oxidante gerados possam se difundir rapidamente com o fluxo de água, evitando concentrações locais excessivamente altas ou baixas.