9.5 Защита судов и судового оборудования от коррозии

Для постройки корпусов морских судов применяют специальные легированные стали, имеющие, например, такой состав:

ВСтЗсп 0,14 - 0,22 % С ; 0,12 - 0,32 % Si ; 0,4 - 0,65 % Мn ; 0,05% S; 0,04 % Р ; 0,3 % Сr ; 0,3 % Ni ; 0,35 % Сu.

10ХСНД 0,12 % С ; 0,8 - 1,1 % Si ; 0,5 - 0,8 % Mn; 0,035 % S; 0,035 % P; 0,6 - 0,9 % Cr ; 0,5 - 0,8 % Ni; 0,4 - 0,65 % Cu.

В судостроении используются также нержавеющие стали, содер­жащие 17 - 19% Сr, 8 - 10 % Ni. Они являются коррозионно-стойкими в морской воде в условиях равномерного их обтекания движущейся морс­кой водой. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется пассивным состоянием их поверхности вследствие наличия оксидной пленки Сr₂Оз. Это пассивное состояние является неустойчивым из-за со­держащихся в морской воде ионов хлора Сl^-. В движущейся морской воде пассивное состояние нержавеющих сталей усиливается благодаря повышенному притоку кислорода. При недостатке кислорода в застой­ных зонах, в зазорах происходит местное нарушение неустойчивого пас­сивного состояния, и сталь переходит в активное состояние, протекает язвенная или пиггинговая коррозия.

Титановые сплавы используются в судостроении для плакирова­ния стальных листов, изготовления гребных винтов, корпусов подлодок; танков для сжиженных газов, для химически активных веществ, продук­тов питания и т.д. Коррозионная стойкость титановых сплавов объясня­ется наличием оксидной пленки на его поверхности.

Лакокрасочные покрытия получили очень широкое распростра­нение для защиты от коррозии и обрастания корпусов судов и судовых конструкций. Зона переменной ватерлинии, подверженная интенсивной коррозии, защищается, в основном, с помощью лакокрасочных покры­тий. В процессе эксплуатации судов возможно частичное разрушение лакокрасочного покрытия. Оголенные от покрытия участки являются анодными по отношению к участкам с не разрушенным покрытием, по­этому подвержены интенсивной язвенной коррозии, скорость которой в несколько раз выше равномерной скорости коррозии металла без покры­тия. Поэтому нанесение только качественных покрытий выполняет зада­чу защиты судовых конструкций. Срок защиты таких покрытий пример­но два года, а междоковый период эксплуатации судов часто его превы­шает.

Электрохимическая защита судов и судового оборудования. В морском флоте протекторы применяются для местной и общей защиты корпусов морских судов от коррозии, для защиты балластных танков и отсеков сухогрузных и нефтеналивных судов, судовых теплообменных аппаратов.

Местная протекторная защита кормовой части корпуса судна и руля от контактной коррозии, обусловленной влиянием гребных винтов из цветных сплавов и нержавеющих сталей, устанавливается на всех морских судах. Протекторы устанавливаются равномерно по поверхно­сти кормового подзора в непосредственной близости от гребных винтов; на пере руля устанавливается по одному протектору с каждой стороны.

В грузовых танках для сырой нефти протекторы устанавливаются в местах скопления подтоварной воды на днищевой обшивке, втором дне. В грузовых и балластных танках нефтеналивных судов, а также в топливно-балластных танках различных типов судов присутствуют взрывоопасные и горючие смеси паров нефтепродуктов и воздуха. При использовании протекторов из магниевых и алюминиевых сплавов в эти смеси добавится еще и водород. Воспламенение таких смесей возможно от искры, возникающей при обрыве протектора, его падении и ударе о корпусные конструкции либо от электрических искр, образующихся при возможном размыкании электрической цепи протектор - корпусная кон­струкция. Взрыво- и пожаробезопасность протекторной защиты на тан­керах обеспечивается только при использовании протекторов из цинко­вых сплавов, так как при их анодном растворении практически отсутст­вует водородная деполяризация. Алюминиевые протекторы могут быть применены только в случае, если энергия удара при обрыве и падении протектора не превысит 28 кгс-м. Применение в танках нефтеналивных судов протекторов из магниевых сплавов не допускается.

Общая протекторная защита подводной части корпуса. Эффек­тивность электрохимической защиты зависит от обоснованного выбора параметров ее работы. В качестве параметров защиты обычно принима­ются плотность тока катодной поляризации и электродный потенциал металлической конструкции. Наиболее удобным для измерения является потенциал защищаемой конструкции. Однако значение стандартного по­тенциала стали не является консервативной величиной, оно несколько изменяется в зависимости от состава воды, скорости ее движения, тем­пературы. Поэтому, более целесообразно принимать в качестве параме­тра электрохимической защиты сдвиг электродного потенциала от стан­дартного значения.

Основным критерием при выборе количества протекторов являет­ся необходимость сдвига потенциала защищаемой конструкции от ста­ционарного на 100 мВ в наиболее удаленных от протектора участках подводной части корпуса. Плотность тока составляет 30 - 60 мА/м².

Протекторы для общей защиты могут устанавливаться как одиноч­но, так и группами. Протекторы устанавливаются в районе скуловых по­ясов вдоль корпуса судна. В носовой и кормовой части корпуса группы протекторов располагаются примерно на уровне линии гребного вала. Расстояние между группами не должно превышать 15-20 метров.

Все алюминиевые и цинковые протекторы для защиты подводной части корпуса имеют вид бруска; алюминиевые - для защиты внутрен­них поверхностей танков - вид бруска (П-КОА-1), полусферы или усе­ченной пирамиды (П-КОА-3-3), а цинковые - для этой цели - вид брус­ка.

Типоразмер протекторов выбирают с учетом заданного срока слу­жбы защиты, фактической длительности балластировки и солености морской воды, а необходимое количество протекторов определяют из отношения площади защищаемой поверхности к зоне защитного дейст­вия протектора.

Катодная защита. В систему катодной защиты, применяемой на судах, входят аноды с околоанодными экранами, источники питания с измерительной и регулирующей аппаратурой, электроды сравнения. Схема расположения показана на рис. 18

Рис.18. Схема расположения элементов катодной защиты

1. - Полуавтомат-преобразователь (ПАК).

2. - Контактно-щеточные устройства.

3. - Электрод сравнения.

4. - Анодные узлы с околоанодными экранами.

В системах катодной защиты от коррозии подводной части корпу­сов судов используются платиновые аноды. Для экономии, на титано­вую подложку наносится платиново - иридиевый сплав в виде тонкой фольги. Анод заформовывается в диэлектрическую основу из пластмас­сы или стеклопластика. Вся эта конструкция называется анодным узлом, (АУ). Они бывают двух типов:

-АУ-1 (удлиненный) - размер околоанодной основы 660 х 180 х 35 мм, рабочая поверхность 10 х 490 мм, вес 6,1 кг, номинальный ток 27А; -АП-1 (протяженный) - размер околоанодной основы 1650 х 300 х 35, рабочая поверхность 10 х 1360, 17,7 кг, номинальный ток 63А.

Околоанодные экраны предназначены для уменьшения пиковых значений электродных потенциалов вблизи анодов и повышения равно­мерности распределения потенциала по защищаемой конструкции. Эк­раны имеют вид квадрата, круга, размером 2-3 метра. Околоанодные экраны изготавливаются в виде стеклопластикового покрытия, наформо­ванного непосредственно на корпус судна или в виде накладного листа.

Для подключения к источнику питания служат электрические ка­бели, которые имеют вводы через обшивку корпуса. В местах токоввода устанавливаются специальные сальниковые уплотнения и защитные ко­робки.

Отечественная система катодной защиты для корпусов морских судов называется «Луга-1». Эта система предусматривает использование полупроводниковых автоматических катодных преобразователей се­рии ПАК, выпускаемых на две выходные мощности 3 и 5 кВт с питани­ем от судовой сети однофазного переменного тока частотой 50 Гц, на­пряжением 220В (ПАК-1) или 380В (ПАК-2). Количество преобразова­телей определяется числом анодных узлов, к одному преобразователю мощностью 3 кВт подключается до 4 АУ, к преобразователю мощно­стью 5 кВт - 5... 8 анодных узлов АУ-1. Оптимальное число АУ зависит от водоизмещения судна. До 60 тыс.т. применяют анодные узлы АУ-1, на более крупных судах применяют АП-1. Источники питания катодной защиты преобразуют переменный ток в постоянный напряжением 12... 24В. Выпрямители ПАК снабжены измерительными и регулирующими устройствами. Эти устройства служат для регистрации сигнала от дат­чиков, контролирующих эффективность защиты, для сравнения их по­казаний с заранее установленным эталонным напряжением и для регу­лирования значения выходного тока. В качестве датчиков сигнала для регулирующего устройства источника питания применяют электроды сравнения, установленные на корпусе судна. Электроды сравнения, име­ющие постоянный собственный электродный потенциал, служат для из­мерения потенциала защищаемой конструкции. Значение этого потенци­ала позволяет установить основной критерий защиты - сдвиг потенциа­ла от стационарного. Используются хлорсеребряные электроды сравне­ния (Е = +0,24В).

Полная защита от коррозии стали в морской воде достигается при ве­личине защитного потенциала 540... 650 мВ. Верхнее значение защитного потенциала (0,8... 0,85В) ограничивается опасностью разрушения лакокра­сочного покрытия. При более высоких значениях потенциалов вследствие подщелачивания прикатодного пространства происходит разрушение пок­рытия.

При установке электрохимической защиты применяется контакт­но-щеточное устройство (КЩУ), предназначенное для подключения к защите валовинтового комплекса. КЩУ состоит из бронзового разъем­ного кольца, щеткодержателей, медно-графитовых контактных щеток.

Изменение свойств коррозионной среды. При эксплуатации су­довых двигателей, паровых котлов применяется технологическая вода (специально подготовленная природная вода).

Природная вода содержит растворенные газы (N₂, 0₂ , С0₂ , H₂S), а также карбонаты, сульфаты, силикаты, органические вещества, поэто­му не может быть использована в технологических целях. Особенно опасно присутствие кислорода. Свободная С0₂ препятствует образова­нию на поверхности металла защитного слоя продуктов коррозии, а вза­имодействуя с водой, дает угольную кислоту, усиливающую коррозию. H₂S разъедает металлы с образованием сульфидов, которые образуют в трубах и котлах скопление грязи и ила.

Удаление газов из природной воды производится механическим и химическим путем. Механическим путем газы удаляются в аппаратах, в которых подогретая вода стекает тонким слоем по стенкам. При химическом способе воду пропускают через слой железных стружек (опилок), либо добавляют вещества, связывающие газы (гидразин, сульфит нат­рия). Растворенные в воде вещества могут образовывать накипи, поэтому также подлежат удалению при подготовке воды.

На морском флоте ингибиторы применяются:

• в системах судовых энергетических установок;

• для защиты от коррозии балластных танков и цистерн судов и метал­лических доков.

В системах охлаждения судовых ДВС используются неорганичес­кие присадки (ингибиторы) (1) нитритно-хроматные, (2) хроматно-щелочные и (3) нитритно-щелочные присадки 0,25% NaN0₂ +025% К₂Сr₂0₇ (1)

0,12% К₂СrO₄ + 0,04% NaOH (2)

0,20% NaN0₂ + (0,05... 0,08%) Na₃P0₄ (3)

Эти ингибиторы являются анодными, и при их применении сле­дует тщательно контролировать минимальную концентрацию присадки. При недостаточной концентрации присадки происходит лишь частичное пассивирование поверхности. Хроматные ингибиторы токсичны, защит­ное действие хроматов резко падает с повышением концентрации хло­ридов.

Ингибитор экранирующего действия ИП-1 - это поверхностно-ак­тивное вещество с углеводородной цепью (выше С₂₁), растворяющейся в нефтепродуктах и обладающий хорошей адгезией к металлу. Ингибитор ИП-1 вытесняет с поверхности металла воду и образует защитную гид­рофобную пленку, может применяться на поверхностях, покрытых ржа­вчиной. Используется 5 - 7% раствор ингибитора в веретенном масле.

Как средство предотвращения коррозии, а также для снижения пожаро- и взрывоопасности на танкерах используются "инертные" газы. В качестве "инертных" газов применяются газы, представляющие собой отработанные и очищенные продукты сгорания топлива или газы от спе­циальных автономных газогенераторов. Дымовые газы котлов имеют примерный состав: 80% N₂, 13% С0₂, 3% 0₂, 0,3% S0₂, 0,1% СО, 10% Н₂0, твердые частицы. Основная обработка «инертного газа» заключа­ется в его очистке от сажи и сернистых соединений, уменьшение содер­жания кислорода с помощью химических реагентов, осушения и охлаж­дения (остаточное содержание 0₂ < 1 % , S0₂ < 0,001 % )

10