К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ ОТ КОРРОЗИИ СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ СУДОВ И КОРАБЛЕЙ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Представлены результаты испытаний на морском судне нестандартного электрода сравнения, выполненного из очищенной от изоляции жилы алюминиевого электромонтажного провода. Для проведения исследований использовано вспомогательное морское судно ПМ-15. Измерения потенциала корпуса судна производили в одной и той же контрольной точке с помощью трех электродов сравнения: хлорсеребряного электрода № 1; алюминиевого электрода № 2; алюминиевого электрода № 3. Потенциал корпуса судна измеряли в течение пяти дней, ежедневно использовали все три электрода сравнения. С помощью каждого электрода выполняли по пятьдесят параллельных измерений потенциала корпуса судна с интервалом времени между измерениями в 5 с. Для оценивания точности результатов измерений выполняли их статистическую обработку. Перечислены факторы, которые необходимо учитывать при разработке технологий изготовления нестандартных электродов сравнения: использование доступных недорогих материалов; отказ от использования дорогостоящего оборудования, применяемого при изготовлении электрода сравнения; исключение сложных способов хранения электродов сравнения на морских судах. Приведена схема измерительных электрических цепей, включающая стальной корпус судна, фельшборт, мультиметр, прижимное устройство, выключатели, хлорсеребряный электрод сравнения, алюминиевые электромонтажные провода и др. Результаты исследования могут быть использованы на морских судах для организации контроля протекторной защиты корпусов судов и кораблей при отсутствии стандартных электродов сравнения.

Ключевые слова:
корпус морского судна, протекторная защита корпуса судна, стандартный электрод сравнения, нестандартный электрод сравнения, испытания электродов сравнения
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение

Одно из назначений технического обслуживания флота – контроль работы систем защиты судов от коррозии [1–6]. Для осуществления данного вида контроля экипажи судов должны быть обеспечены стандартными хлорсеребряными электродами сравнения (ХСЭ) [5, 6]. Однако ни на одном морском судне Камчатского флота не обнаружено данных электродов, что обусловлено сложностью хранения ХСЭ на судне и их высокой стоимостью [7, 8]. Согласно нормативному документу [9] для контроля параметров защиты от коррозии подводных металлических конструкций допускается использование электродов собственного изготовления, а именно:

– хлорсеребряного пористого электрода сравнения;

– насыщенного медносульфатного электрода сравнения.

Технология изготовления ХСЭ сложна и не может быть использована на рыбопромысловых судах. Технология изготовления насыщенного медносульфатного электрода сравнения достаточно проста. Однако эксплуатация и хранение данного электрода сравнения вызывает затруднение у экипажей рыбопромысловых судов. Поэтому разработка новых удобных для эксплуатации на морских судах электродов сравнения является актуальной задачей в современных условиях [10–12]. Для решения этой задачи необходимо:

– подобрать материал для изготовления нового электрода сравнения;

– оценить метрологические характеристики нового электрода относительно ХСЭ.

Автор работы [13] исследовал метрологические характеристики электродов сравнения, выполненных на основе висмута. В результате исследований сделан вывод, что «висмутовый электрод не способен поддерживать постоянное значение потенциала» [13, с. 94]. Следует также отметить сложность технологии изготовления висмутовых электродов сравнения.

Проведены исследования, направленные на разработку технологий изготовления нестандартных электродов сравнения для морских судов [10–12]. В процессе разработки данных технологий мы преследуем определенные цели:

– использование доступных недорогих материалов;

– отказ от использования дорогостоящего оборудования, применяемого при изготовлении электрода сравнения;

– исключение сложных способов хранения электродов сравнения на морских судах.

Например, известен [14] цинковый электрод сравнения, изготовленный из химически чистого цинка, эксплуатация и хранение которого на морских судах не вызывает затруднения у членов экипажей. Однако в свободной продаже по доступной цене такого рода электроды отсутствуют, поэтому мы вынуждены приобретать их в Китайской Народной Республике. Таким образом, существует необходимость решения данной проблемы. В ряду металлов рядом с цинком расположен алюминий. Можно предположить, что для изготовления морского электрода сравнения допустимо использовать широко распространенные и недорогие алюминиевые проводниковые материалы (провод, кабель). Однако испытания алюминиевых электродов сравнения на морских судах не выполняли.

Цель настоящей статьи – оценить возможность использования алюминиевых электродов для контроля защищенности от коррозии стальных корпусов морских судов и кораблей.

 

Методика испытаний алюминиевых электродов сравнения

На морском вспомогательном судне ПМ-15 в одной и той же контрольной точке его корпуса [15] контролировали потенциал корпуса [16–18]. При этом использовали три электрода сравнения, а именно:

– стандартный ХСЭ – № 1;

– два электрода сравнения – № 2 и № 3, выполненные из очищенной от изоляции жилы алюминиевого электромонтажного провода.

Разность потенциалов между корпусом судна и электродами сравнения измеряли с помощью мультиметра UNI-T UT61E, оснащенного сменным источником питания типа 6LR61; 6F22; 6KR61.

Схема измерительных электрических цепей приведена на рис. 1

 

 

Рис. 1. Схема измерительных цепей: 1 – стальной корпус судна; 2 – фальшборт; 3 – мультиметр;

4 – прижимное устройство; 57 – коммутирующие устройства (выключатели);
8, 9 – алюминиевые электромонтажные провода; 10, 11 – очищенные от изоляции жилы проводов;
12 – ХСЭ; 13 – морская вода

При выполнении контрольных измерений использовали рекомендации [15–21]. Для обеспечения достоверности результатов испытаний электродов сравнения выполнили 50 параллельных измерений с помощью каждого электрода. Интервал времени между отдельными измерениями – 5 с. Статистическую обработку результатов испытаний электродов сравнения выполнили с помощью программного обеспечения [22].

 

Результаты эксперимента и их обсуждение

Результаты испытаний электродов сравнения и их статистической обработки приведены в таблице (Uсред – среднее арифметическое, мВ; D – дисперсия; σ – среднее квадратичное отклонение; Kd – линейный коэффициент вариации, %; Kr – коэффициент осцилляции, %; V – коэффициент вариации, %).

Результаты испытаний электродов сравнения

п/п

Результаты измерений разности потенциалов между корпусом судна и контрольными электродами,
U =, мВ, полученные с помощью электродов

Электрод № 1 (ХСЭ)

Электрод № 2, выполненный
из очищенной от изоляции
алюминиевой жилы
электромонтажного провода

Электрод № 3, выполненный
из очищенной от изоляции
алюминиевой жилы

электромонтажного провода

Дата

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

1

652

674

660

667

669

128

76

114

91

140

137

129

107

72

86

2

652

674

660

667

669

131

72

115

87

150

142

130

105

71

75

3

652

674

660

667

669

130

78

111

90

146

–139

122

106

69

74

4

652

674

660

667

669

133

76

113

93

151

141

130

105

68

72

5

652

674

660

667

668

132

77

114

90

142

140

131

107

69

68

6

652

674

660

667

668

136

80

112

94

139

142

130

105

70

71

7

653

674

660

667

668

135

81

109

95

144

139

123

106

71

74

8

653

674

659

668

669

138

78

105

90

137

137

131

108

72

72

9

652

674

659

667

669

142

79

112

93

132

141

124

106

72

68

10

653

674

659

667

669

147

82

106

96

138

140

132

105

73

69

11

653

674

659

668

669

138

88

106

97

138

143

133

106

74

59

12

653

674

659

667

669

136

91

109

95

140

141

126

105

75

62

13

653

674

659

668

669

139

94

107

97

143

139

129

103

71

61

14

653

675

659

668

668

136

92

113

102

152

141

132

106

70

60

15

654

675

660

668

668

137

89

109

93

141

136

128

104

69

62

16

654

675

660

668

668

138

90

105

94

134

135

129

106

68

61

17

653

675

660

668

668

131

84

111

93

122

134

126

104

72

69

18

653

674

660

668

668

137

81

105

93

128

134

132

103

73

71

19

653

674

661

668

669

139

79

109

92

132

135

130

104

68

66

20

653

674

661

668

669

131

80

102

90

118

134

131

103

69

65

21

654

674

661

669

669

130

86

103

93

127

135

131

104

70

65

22

654

674

660

668

668

127

94

98

90

138

133

127

105

75

64

23

654

674

660

669

668

128

84

106

92

138

134

126

106

66

63

24

654

674

660

668

668

126

81

106

91

124

132

125

103

66

66

25

654

674

660

669

668

130

85

110

90

125

133

122

100

65

64

26

654

674

660

668

668

129

90

108

91

133

132

128

102

66

63

27

654

675

660

668

668

125

84

109

91

121

133

137

104

64

65

28

654

675

661

669

668

127

80

115

92

126

129

125

105

63

66

29

654

675

661

669

668

127

81

113

91

128

128

125

106

64

68

30

655

675

661

668

668

127

82

115

90

130

130

124

108

66

66

31

655

675

661

668

668

125

85

108

99

135

128

123

109

65

70

32

655

675

661

668

669

129

86

114

97

122

126

127

105

64

64

33

654

675

661

668

669

116

84

107

98

116

130

129

105

63

63

34

654

675

661

669

669

119

88

113

100

124

133

131

104

66

71

35

655

675

660

668

669

123

90

110

101

108

130

125

102

65

68

Окончание табл.

п/п

Результаты измерений разности потенциалов между корпусом судна и контрольными электродами,
U =, мВ, полученные с помощью электродов

Электрод № 1 (ХСЭ)

Электрод № 2, выполненный
из очищенной от изоляции
алюминиевой жилы
электромонтажного провода

Электрод № 3, выполненный
из очищенной от изоляции
алюминиевой жилы

электромонтажного провода

Дата

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

03.09.2020

06.09.2020

09.09.2020

12.09.2020

16.09.2020

36

655

675

660

668

669

118

91

110

98

109

131

124

100

68

75

37

655

675

660

668

669

115

92

104

99

119

128

131

101

65

73

38

654

675

660

668

669

117

94

107

95

111

127

129

99

66

68

39

655

675

659

668

669

121

89

110

96

118

132

126

100

67

62

40

655

676

659

668

670

118

93

107

95

124

131

129

98

64

59

41

655

676

660

669

670

117

85

108

96

112

130

132

99

68

68

42

655

676

660

668

670

118

95

111

92

116

128

140

102

69

79

43

655

676

660

669

669

117

101

105

93

112

122

127

94

63

95

44

655

676

660

668

669

118

79

114

94

119

121

128

95

62

82

45

654

676

660

668

669

121

105

108

95

106

124

132

99

59

101

46

655

676

660

668

669

119

83

106

90

115

126

126

102

59

106

47

655

676

660

668

669

121

95

105

94

112

127

127

101

63

90

48

655

676

660

668

669

117

88

106

96

114

128

133

100

61

92

49

655

676

660

668

669

121

77

99

94

106

129

125

98

59

80

50

655

676

660

668

669

123

96

102

93

108

128

126

92

60

76

 

Uср., мВ

653,84

674,78

660,02

667,96

668,70

–127,66

–85,80

–108,48

–93,82

–127,26

–132,96

–128,36

–103,04

–67,14

–71,14

D

3,00

2,00

2,00

2,00

2,00

32,00

33,00

17,00

15,00

46,00

22,00

18,00

17,00

16,00

47,00

 

σ

0,88

0,69

0,39

0,38

0,50

6,74

5,74

3,32

2,61

10,99

4,56

2,96

2,84

3,50

7,70

Kd, %

1,09

0,61

0,38

0,36

0,33

64,18

47,76

16,53

10,47

163,03

30,52

13,35

12,88

17,44

110,72

Kr, %

1,06

0,79

0,62

0,60

0,58

8,09

6,98

4,11

3,27

12,90

5,58

3,69

3,63

4,22

10,63

V, %

0,14

0,10

0,06

0,06

0,08

5,28

6,69

3,06

2,78

8,64

3,43

2,31

2,75

5,21

10,83

 

Динамика изменений результатов контрольных измерений, выполненных в разные дни, проиллюстрирована на рис. 2–4.

 

 

Рис. 2. Динамика результатов контрольных измерений разности потенциалов
в контрольной точке судна ПМ-15 в период с 03.09.2020 по 16.09.2020,
полученных с помощью электрода № 1

 

Рис. 3. Динамика результатов контрольных измерений разности потенциалов
в контрольной точке судна ПМ-15 в период с 03.09.2020 по 16.09.2020,
полученных с помощью электрода № 2

 

 

Рис. 4. Динамика результатов контрольных измерений разности потенциалов
в контрольной точке судна ПМ-15 в период с 03.09.2020 по 16.09.2020,
полученных с помощью электрода № 3

 

Согласно результатам эксперимента, приведенным в таблице и на рис. 2–4, можно сделать следующие выводы:

– протекторная защита корпуса судна ПМ-15 находится в неработоспособном состоянии [5, 6];

– результаты контроля протекторной защиты, полученные с помощью ХСЭ, отличаются высокой точностью, т. к. V < 1 % [23];

– использование алюминиевых электродов сравнения, выполненных из электромонтажного провода, не обеспечивает высокой точности результатов контрольных измерений, т. к. V ≤ 10,83 % [23];

– результаты контроля потенциала корпуса судна, полученные с помощью ХСЭ, более стабильны во времени, т. к. │Umax – Umin│ХСЭ < │Umax – Umin │Ал.

Результаты эксперимента подтверждают, что алюминиевый электромонтажный провод, присоединенный к мультиметру (милливольтметру), можно использовать в качестве индикатора защитного потенциала корпуса судна. При появлении на табло электроизмерительного прибора знака « – » протекторную защиту корпуса судна следует считать неработоспособной.

 

Выводы

1. Результаты измерений потенциала стального корпуса морского судна, полученные с помощью алюминиевого электрода, нельзя отнести к категории точных измерений.

2. При отсутствии на судах хлорсеребряных электродов сравнения алюминиевые электроды можно использовать для предварительной оценки работоспособности протекторной защиты корпуса судна.

3. Если протекторная защита корпуса судна находится в неработоспособном состоянии, то результаты измерений потенциала корпуса судна, полученные с помощью алюминиевых электродов, во всех контрольных точках корпуса будут иметь отрицательные значения.

Список литературы

1. Зобочев Ю. Е., Солинская Э. В. Защита судов от коррозии и обрастания. М.: Транспорт, 1984. 174 с.

2. Швецов В. А., Белов О. А., Белозеров П. А., Шунькин Д. В. Контроль систем протекторной защиты стальных судов и кораблей: моногр. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2016. 109 с.

3. Коробцов И. М. Техническое обслуживание и ремонт флота. М.: Транспорт, 1975. 195 с.

4. РД 31.28.10-97. Комплексные методы защиты судовых конструкций от коррозии. М.: Транспорт, 1997. 169 с.

5. ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме. М.: Изд-во стандартов, 1976. 17 с.

6. ГОСТ 26501-85. Корпуса морских судов. Общие требования к электрохимической защите. М.: Изд-во стандартов, 1985. 7 с.

7. Ястребов Д. П., Белов О. А., Швецов В. А., Белавина О. А. О выборе электродов для контроля систем протекторной защиты стальных судов и кораблей // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2019. № 4. С. 39–45.

8. Ястребов Д. П., Белов О. А., Швецов В. А., Ушакевич А. П., Кузнецов Г. В. О целесообразности использования хлорсеребряных электродов для контроля систем протекторной защиты стального корпуса судна // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: материалы Второй междунар. науч.-практ. конф. (Петропавловск-Камчатский, 23–25 октября 2019 г.). Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2020. С. 121–124.

9. ВСН 39-84. Катодная защита от коррозии оборудования и металлических конструкций гидротехнических сооружений. Л.: Минэнерго СССР, 1985. 35 с.

10. Ястребов Д. П., Белов О. А., Швецов В. А., Белавина О. А., Зайцев С. А. К вопросу использования стальных пластин для контроля протекторной защиты корпусов судов и кораблей // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: материалы Второй междунар. науч.-практ. конф. (Петропавловск-Камчатский, 23–25 октября 2019 г.). Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2020. С. 125–129.

11. Ястребов Д. П., Белов О. А., Швецов В. А., Тарабанов Б. В., Зайцев С. А. К вопросу использования электродов из судокорпусной стали для контроля защищенности от коррозии корпусов судов и кораблей // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2020. № 2. С. 15–21.

12. Пат. 153280 Рос. Федерация, U1 МПК G01N 17/02 (2006.01). Устройство для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / Швецов В. А., Белозеров П. А., Шунькин Д. В., Диденко А. А., Луценко А. А., Коростылев Д. В., Белавина О. А. № 2014142289/28; заявл. 20.10.2014; опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19.

13. Прокунин С. В. Методы измерения водородного показателя в сильнокислотной области // Альм. соврем. метрологии. 2021. № 1 (25). С. 89–95.

14. Чендлер К. А. Коррозия судов и морских сооружений / пер. с англ. И. А. Бархатова, В. И. Лемкова. Л.: Судостроение, 1988. 320 с.

15. Белозеров П. А., Швецов В. А., Белавина О. А., Шунькин Д. В., Коростылев Д. В., Пахомов В. А., Малиновский С. А. Обоснование способа выбора контрольных точек для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2014. Вып. 28. С. 6–11.

16. Белов О. А., Швецов В. А., Ястребов Д. П. Обоснование оптимальной периодичности контроля работы протекторной защиты стальных корпусов судов // Эксплуатация мор. трансп. 2017. № 1 (82). С. 41–48.

17. Белов О. А., Швецов В. А., Ястребов Д. П., Белавина О. А., Шунькин Д. В. Внедрение усовершенствованного способа контроля систем протекторной защиты стальных корпусов судов Камчатского флота // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2017. Вып. 39. С. 6–11.

18. Швецов В. А., Белозеров П. А., Белавина О. А., Шунькин Д. В., Малиновский С. А. Обоснование выбора необходимого числа параллельных измерений защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов в контрольной точке // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2016. Вып. 35. С. 40–46.

19. Швецов В. А., Белов О. А., Белавина О. А., Ястребов Д. П. Обоснование возможности исключения внешнего осмотра систем протекторной защиты стальных корпусов судов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2017. № 1. С. 29–38.

20. Швецов В. А., Белозеров П. А., Адельшина Н. В., Белавина О. А., Петренко О. Е., Шунькин Д. В., Кирносенко В. В. Влияние квалификации оператора на результаты измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2014. Вып. 30. С. 46–54.

21. Швецов В. А., Белов О. А., Белозеров П. А., Белавина О. А., Кирносенко В. В. Обоснование необходимости подготовки операторов для измерения потенциала стальных корпусов судов и кораблей // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2016. Вып. 37. С. 19–24.

22. Microsoft Office Excel 365: 2002 (16.0.12527.20278) / 10 марта 2020. URL: http://www.naslozhdaysya.com/load/soft/microsoft_office_2016_2019_16_0_12527_20278_by_m0nkrus/9-1-0-31256 (дата обращения: 15.11.2020).

23. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200089016 (дата обращения: 15.11.2020).