Использование электроугольных изделий при измерении потенциала стальных корпусов кораблей и судов

УДК 681.5:629.5.023

П. А. Белозёров, В. А. Швецов, В. А. Пахомов, О. А. Белавина

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОУГОЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ПОТЕНЦИАЛА СТАЛЬНЫК КОРПУСОВ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ

Отмечается необходимость контролировать режим работы систем электрохимической защиты стальных корпусов судов (кораблей) от коррозии, которая является одной из основных причин снижения прочности корпуса судна. Необходимо измерять потенциал стальных корпусов судов (кораблей) с помощью переносного милливольтметра и хлорсеребряного электрода сравнения стандартным методом. Однако рекомендуемый для использования хлорсеребряный электрод сравнения характеризуется непостоянством потенциала, поэтому необходимо периодически проверять его работоспособность с помощью эталонного хлорсе-ребряного электрода. Приготовить эталонный хлорсеребряный электрод в судовых условиях невозможно. Обоснована необходимость отказа от использования стандартных электродов сравнения при измерении потенциала стальных корпусов судов (кораблей). Показано, что вместо электродов сравнения можно использовать судовые электроугольные изделия, например щетки для электрических машин, у которых закончился срок эксплуатации. Из полученных экспериментальных и расчетных данных следует, что при использовании щеток для электрических машин вместо хлорсеребряного электрода сравнения прецизионность результатов измерения не ухудшается, и результаты измерений потенциала корпуса судна (корабля) легко привести к стандартному виду с помощью введения соответствующих поправок. При этом замена хлорсеребряного электрода сравнения на судовые электроугольные изделия позволит обеспечить надёжный контроль режима работы систем электрохимической защиты корпусов судов (кораблей). Это положение подтверждается практикой использования альтернативных электродов сравнения на рыбопромысловом сейнере «Чарымово».

Ключевые слова: коррозия стальных корпусов судов (кораблей), электрохимическая защита корпуса судна от коррозии, измерение потенциала корпуса судна, электроды сравнения, электроугольные изделия.

Введение

Коррозия стальных корпусов кораблей и судов - одна из главных причин износа судов, снижения их прочности и безопасности [1, 2]. Предупреждение преждевременного износа корпуса судна (корабля) является повседневной задачей экипажа [3, 4]. Для защиты от коррозии на кораблях и судах используют системы электрохимической защиты (катодные и протекторные), которые должны обеспечить необходимый (-0,85 В) защитный потенциал корпуса [5, 6]. Согласно нормативным документам [6], при эксплуатации систем электрохимической защиты необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна с помощью переносного милливольтметра и хлорсеребряного электрода сравнения. Однако эти требования на кораблях и судах не выполняются. Причиной невыполнения экипажем своих обязанностей является несовершенство методики измерений потенциала корпуса и низкие эксплуатационные характеристики хлорсеребряных электродов [5, 7, 8]. Предложения по совершенствованию методики измерения защитного потенциала корпуса судна изложены в [7, 8]. Однако вопрос о замене хлор-серебряных электродов на альтернативные варианты до настоящего времени не решён. Для решения этой проблемы необходимы новые научные исследования, при выполнении которых следует учитывать реальные условия работы экипажей судов в море.

Цель и задачи исследования

Цель исследования - обосновать возможность использования судовых (корабельных) электроугольных изделий вместо электродов сравнения при измерении потенциала стальных корпусов кораблей и судов. Для этого необходимо было обосновать возможность использования в качестве электродов сравнения меднографитных, электрографитированных и угольногра-фитных щёток; оценить метрологические характеристики результатов измерений потенциала корпуса судна, полученные при использовании альтернативных электродов сравнения; определить поправки, которые необходимо добавить к результату измерений для приведения их к стандартным результатам.

Эксперименты и их обсуждение

Для достижения поставленной цели был выполнен следующий эксперимент. Измеряли потенциал стального корпуса судна рыбопромыслового сейнера «Чарымово». При измерении потенциала использовали различные по маркам и размерам щетки для электрических машин, у которых закончился срок эксплуатации [9]: меднографитные (двух размеров: 16 х 20 х 25 и 8 х 10 х 25); электрографитированные (двух размеров: 16 х 20 х 50 и 8 х 10 х 25); угольнографитные (двух размеров: 20 х 30 х 40 и 9 х 10 х 39). Кроме того, выполнили стандартные [3] измерения потенциала корпуса с использованием хлорсеребряного электрода сравнения. Контрольная точка для измерений потенциала была выбрана в районе миделя судна [7]. Измерения выполняли по методике [3]. При использовании каждой отдельной щетки для электрических машин, а также хлорсе-ребряного электрода выполнили 30 измерений потенциала корпуса судна. Измерения проводили в условиях стоянки судна у причала при минимальном волнении моря. Результаты измерений и расчётов [10, 11] приведены в таблице.

Результаты измерений потенциала стального корпуса судна при использовании различных марок щеток и хлорсеребряного электрода, мВ

Щётки, с размерами, мм

№ Меднографитные Электрографитированные Угольнографитные Хлорсеребря-ный электрод

16 х 20 х 25, 8 х 10 х 25, 16 х 20 х 50, 8 х 10 х 25, 20 х 30 х 40, 9 х 10 х 39, С7

С С2 Сз С4 С Сб

1 650 650 647 647 647 647 780

2 650 649 648 647 648 646 780

3 650 649 647 648 647 646 779

4 649 650 647 647 647 647 780

5 650 650 646 648 648 647 781

6 649 651 647 648 647 648 781

7 649 649 647 649 648 648 780

8 648 650 647 648 647 647 778

9 649 650 648 647 646 647 780

10 650 650 648 648 647 648 779

11 650 651 647 648 648 647 780

12 649 651 647 648 647 646 780

13 650 651 648 649 647 646 780

14 650 650 649 648 647 647 779

15 650 650 647 648 646 647 781

16 650 650 647 649 646 646 780

17 650 649 648 648 647 647 780

18 650 650 647 647 647 647 780

19 648 650 647 647 647 647 781

20 649 650 646 648 647 647 779

21 650 649 647 646 647 646 780

22 650 648 647 647 647 647 780

23 650 650 646 647 648 647 780

24 650 650 647 647 646 648 781

25 649 650 648 647 648 647 781

26 649 649 647 647 647 647 780

27 649 650 647 648 647 647 780

28 649 650 648 647 647 647 780

29 650 649 647 648 647 647 781

30 650 650 647 647 646 647 780

Среднее значение С 649,53 649,83 647,20 647,60 647,03 646,93 780,03

Дисперсия S2 0,39 0,48 0,44 0,52 0,34 0,34 0,51

Стандартное отклонение S 0,62 0,69 0,66 0,72 0,58 0,58 0,71

Коэффициент вариации V 0,09 0,11 0,10 0,11 0,09 0,09 0,09

Критерий Фишера F = 1,23 < Fk,, = 3,00 F = 1,18 < F., = 3,00 F = 1,02 < Fk, = 3,00 -

Критерий Стьюдента t = 1,76 < tKp = 2,66 t = 2,25 < кр = 2,66 t = 0,67 < tKp = 2,66 -

Величина

поправки С - С7 130,5 130,2 132,83 132,43 133,00 133,10 -

Примечание. Все выборочные дисперсии однородны, т. к., по критерию Кохрена [11], Gmax = 0,52/(0,39 + + 0,48 + 0,44 + 0,52 + 0,34 + 0,34 + 0,51) = 0,1722 < Gmax (0,05; т = 7; / = 29) = 0,2445.

Результаты исследования показывают, что при использовании щеток для электрических машин вместо хлорсеребряного электрода сравнения прецизионность результатов измерения не ухудшается. При этом размеры щеток не влияют на результаты измерения потенциала корпуса судна. Результаты измерений потенциала, полученные при использовании щеток для электрических машин, легко привести к стандартному виду [3]. Для этого в результаты измерения необходимо ввести соответствующую поправку.

Заключение

Для измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов можно использовать бывшие в эксплуатации судовые (корабельные) электроугольные изделия, что позволит обеспечить надёжный контроль режима работы систем электрохимической защиты корпусов кораблей и судов. Применение электроугольных изделий позволит решить проблему отсутствия хлорсе-ребряных электродов сравнения на судах и кораблях и необходимость их приобретения, тем самым значительно сократить финансовые затраты судовладельца. Кроме того, бывшие в употреблении электроугольные изделия являются конструктивно более прочными и приспособленными к измерениям в судовых условиях, чем хрупкие хлорсеребряные электроды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тихонов М. К. Коррозия и защита морских сооружений из бетона и железобетона / М. К. Тихонов. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. 119 с.

2. УлигГ. Т. Коррозия и борьба с ней / Г. Т. Улиг, Р. У. Реви. Л.: Химия, 1989. 454 с.

3. ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме // URL: http://docs.cntd.ru/document/1200015017.

4. Марткович А. М. Борьба с коррозией корпуса судна / А. М. Марткович. М.: Морской транспорт, 1955. 170 с.

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

6. Максимаджи А. И. Оценка технического состояния корпусов морских судов / А. И. Максимаджи, Л. М. Беленький, А. С. Бринер. Л.: Судостроение, 1982. 156 с.

7. Белозёров П. А. Обоснование способа выбора контрольных точек для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П. А. Белозёров, В. А. Швецов, О. А. Белавина, Д. В. Шунькин, Д. В. Коростылёв, В. А. Пахомов, С. А. Малиновский // Вестн. Камчат. гос. техн. ун-та. 2014. № 28. С. 6-11.

8. Белозёров П. А. Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П. А. Белозёров, В. А. Швецов, А. А. Луценко, О. А. Белавина // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2014. № 4. С. 7-12.

9. Готман П. Е. Электротехнические материалы / П. Е. Готман, В. Б. Березин, А. М. Хайкин. М.: Энергия, 1969. 544 с.

10. Смагунова А. Н. Алгоритмы оперативного и статистического контроля качества работы аналитической лаборатории / А. Н. Смагунова, Е. И. Шмелёва, В. А. Швецов. Новосибирск: Наука, 2008. 60 с.

11. Смагунова А. Н. Методы математической статистики в аналитической химии / А. Н. Смагунова, О. М. Карпукова. Ростов н/Д: Феникс, 2012. 346 с.

Статья поступила в редакцию 21.11.2014, в окончательном варианте - 11.02.2015

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Белозёров Павел Александрович - Россия, 6803003, Петропавловск-Камчатский; Камчатский государственный технический университет; аспирант кафедры «Электрооборудование и радиооборудование судов»; Е!есМк _251288@mail.ru.

Швецов Владимир Алексеевич - Россия, 683003, Петропавловск-Камчатский; Камчатский государственный технический университет; д-р хим. наук, доцент; профессор кафедры «Электрооборудование и радиооборудование судов»; oni@kamchatgtu.ru.

Пахомов Владимир Александрович - Россия, 680303, Петропавловск-Камчатский; Камчатский государственный технический университет; аспирант кафедры «Электрооборудование и радиооборудование судов»; oni@kamchatgtu.ru.

Белавина Ольга Александровна - Россия, 683003, Петропавловск-Камчатский; Камчатский государственный технический университет; научный сотрудник отдела науки и инноваций; oni@kamchatgtu.ru.

P. A. Belozerov, V. A. Shvetsov, V. A. Pakhomov, O. A. Belavina

USE OF ELECTRO-COAL COMPONENTS WHILE ESTIMATING THE POTENTIAL FUNCTION OF THE SHIP STEEL HULLS

Abstract. Corrosion is one of the basic reasons of the ship hull strength retrogression; therefore, it is necessary to control the operational mode of the systems of the ship steel hull electrochemical prevention from corrosion. At the same time, it is necessary to estimate the ship steel hull potential function by means of mobile mill voltmeter and standard reference silver-chloride electrode. However, the advisable for the usage reference silver-chloride electrode is characterized by the volatility of the potential function. Therefore, it is necessary to check occasionally its operability by means of the standard reference silver-chloride electrode. But it is impossible to prepare the reference silver-chloride electrode in marine conditions. The necessity of rejection from the usage of the standard reference electrodes while estimating the ship steel hull potential function is explained. It is shown that instead of the reference electrodes the use of ship electro-coal components is practicable, for example, the brushes for electric machines, whose exploitation period is over. The obtained experimental and design data demonstrated that the precision of the results does not worsen while using the brushes for electric machines instead of the reference silver-chloride electrode. It is easy to bring the results of the estimation of the ship hull potential function to the standard norms by introducing the appropriate corrections. Besides, substitution of the reference silver-chloride electrode for the ship electro-coal components will allow controlling the operational mode of the systems of the ship steel hull electrochemical protection effectively. This hypothesis is confirmed by the practical usage of the alternative reference electrodes at the fishing seiner "Charymovo".

Key words: ship steel hull corrosion, ship hull electrochemical prevention from corrosion, estimation of ship hull potential function, reference electrode, electro-coal components.

REFERENCES

1. Tikhonov M. K. Korroziia i zashchita morskikh sooruzhenii iz betona i zhelezobetona [Corrosion and protection of marine concrete and steel concrete constructions]. Moscow, Izd-vo Akademii nauk SSSR, 1962. 119 p.

2. Ulig G. T., Revi R. U. Korroziia i bor'ba s nei [Corrosion and its prevention]. Leningrad, Khimiia Publ., 1989. 454 p.

3. GOST 9.056-75. Stal'nye korpusa korablei i sudov [Steel hulls of the vessels and ships]. Obshchie tre-bovaniia k elektrokhimicheskoi zashchite pri dolgovremennom stoianochnom rezhime. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200015017.

4. Martkovich A. M. Bor'ba s korroziei korpusa sudna [Prevention of the sip hull from corrosion]. Moscow, Morskoi transport Publ., 1955. 170 p.

5. Zobochev Iu. E., Solinskaia E. V. Zashchita sudov ot korrozii i obrastaniia [Prevention of the ships from corrosion and fouling]. Moscow, Transport Publ., 1984. 174 p.

6. Maksimadzhi A. I., Belen'kii L. M., Briner A. S. Otsenka tekhnicheskogo sostoianiia korpusov morskikh sudov [Estimation of the technical condition of the marine vessel hull]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1982. 156 p.

7. Belozerov P. A., Shvetsov V. A., Belavina O. A., Shun'kin D. V., Korostylev D. V., Pakhomov V. A., Malinovskii S. A. Obosnovanie sposoba vybora kontrol'nykh tochek dlia izmereniia zashchitnogo potentsiala stal'nykh korpusov korablei i sudov [Explanation of the choice of the test points for estimation of the protective potential function of the ship steel hull]. Vestnik Kamchatskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2014, no. 28, pp. 6-11.

8. Belozerov P. A., Shvetsov V. A., Lutsenko A. A., Belavina O. A. Sovershenstvovanie metodiki iz-mereniia zashchitnogo potentsiala stal'nykh korpusov korablei i sudov [Improvement of the methods of estimation of the protective potential function of the ship steel hull]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2014, no. 4, pp. 7-12.

9. Gotman P. E., Berezin V. B., Khaikin A. M. Elektrotekhnicheskie materialy [Electro-technical materials]. Moscow, Energiia Publ., 1969. 544 p.

10. Smagunova A. N., Shmeleva E. I., Shvetsov V. A. Algoritmy operativnogo i statisticheskogo kontrolia kachestva raboty analiticheskoi laboratorii [Algorithms of the dynamic and static control of the quality of the analytical laboratory work]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2008. 60 p.

11. Smagunova A. N., Karpukova O. M. Metody matematicheskoi statistiki v analiticheskoi khimii [Methods of mathematical statistics in analytical chemistry]. Rostov-on-Don, Feniks Publ., 2012. 346 p.

The article submitted to the editors 21.11.2014, in the final version - 11.02.2015

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Belozerov Pavel Aleksandrovich - Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsky; Kamchatka State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Electrical and Radio Equipment of Vessels"; Electrik _251288@mail.ru.

Shvetsov Vladimir Alekseevich - Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsky; Kamchatka State Technical University; Doctor of Chemical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Electrical and Radio Equipment of Vessels"; oni@kamchatgtu.ru.

Pakhomov Vladimir Alexandrovich - Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsky; Kamchatka State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Electrical and Radio Equipment of Vessels"; oni@kamchatgtu.ru.

Belavina Olga Aleksandrovna — Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsky; Kamchatka State Technical University; Researcher of the Department of Science and Innovations; oni@kamchatgtu.ru.