Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов

СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА

УДК 620.19:629.5.023

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

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОТЕНЦИАЛА СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ

Согласно ГОСТ 9.056-75, при эксплуатации систем защиты корпуса судна (корабля) от коррозии необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна. Однако экипажи судов и кораблей эту работу не выполняют. Одной из причин невыполнения экипажем своих должностных обязанностей является излишняя жесткость требований к расположению электрода сравнения в морской воде относительно корпуса судна (корабля), установленная ГОСТ 9.056-75. Цель исследования - устранить излишнюю жесткость требований стандартной методики измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов. Для достижения этой цели необходимо было исследовать влияние глубины погружения электрода сравнения в воду на результаты измерения потенциала корпуса судна и влияние расстояния между корпусом судна (корабля) и электродом сравнения на результаты измерения потенциала корпуса судна. Поставленные задачи были решены с помощью планируемых экспериментов и методов математической статистики. Результаты показали, что изменение глубины погружения электрода сравнения в воду в пределах 0,0-5,0 м не влияет на точность результатов измерения потенциала корпуса судна (корабля). Установлено, что расстояние между корпусом судна (корабля) и электродом сравнения может быть увеличено до двух метров и точность результатов измерения потенциала корпуса судна (корабля) при этом не снижается. Показано, что методику измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов можно упростить, отказавшись от излишне жестких требований. Это позволит экипажам судов и кораблей осуществлять оперативный контроль состояния системы защиты стальных корпусов кораблей и судов. Результаты этого контроля позволят своевременно направлять суда и корабли в док, что приведет к снижению стоимости судоремонтных работ и сроков их выполнения.

Ключевые слова: коррозия стальных корпусов кораблей и судов, электрохимическая защита корпуса судна от коррозии, протекторная защита, измерение защитного потенциала корпуса судна.

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 (НД) [6], при эксплуатации систем электрохимической защиты необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна с помощью милливольтметра и хлорсеребряного электрода сравнения. Однако эти требования на кораблях и судах не выполняют. Одной из причин невыполнения экипажем своих обязанностей [6] является несовершенство методики измерений потенциала корпуса. Согласно НД [6], необходимо периодически выполнять измерения во многих контрольных точках (50 точек и более), при этом к расположению электрода сравнения предъявляются жёсткие требования, которые не всегда выполнимы. Например, расстояние между электродом сравнения и бортом судна должно быть не более 0,3 м [6]. Необходимо усовершенствовать методику измерения по-

тенциала корпуса кораблей и судов, т. е. сделать её удобной для практического использования. В [7] показано, что количество контрольных точек, в которых необходимо провести измерения потенциала корпуса, можно сократить на порядок (достаточно провести измерения в шести контрольных точках). Однако вопрос о смягчении требований к расположению электрода сравнения до настоящего времени не решён. Для решения этой проблемы необходимы новые научные исследования.

Цель и задачи исследования

Цель исследования - устранить излишнюю жёсткость требований к расположению электрода сравнения в морской воде относительно корпуса судна (корабля). Для этого необходимо было исследовать влияние глубины погружения электрода сравнения в воду на результаты измерения потенциала корпуса судна и выяснить, как влияет расстояние между корпусом судна и электродом сравнения на результаты измерения потенциала корпуса судна.

Эксперименты и их обсуждение

Для достижения поставленных целей были выполнены следующие эксперименты. В районе миделя рыбопромыслового сейнера (РС) «Чарымово» при помощи переносного милливольтметра и хлорсеребряного электрода сравнения измеряли величину защитного потенциала корпуса судна [6]. При этом изменяли расстояние между корпусом судна и электродом сравнения от 0,3 до 5,0 м. Глубину погружения электрода выдерживали постоянной (1 м), согласно НД [6]. При каждом положении электрода выполнили 15 измерений величины защитного потенциала корпуса судна. Рассчитали среднее значение, дисперсию, стандартное отклонение, коэффициент вариации результатов измерений [8]. Результаты измерений и расчётов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерения защитного потенциала корпуса РС «Чарымово» при расположении электрода сравнения на различном расстоянии от корпуса при глубине погружения электрода сравнения 1 м

Результаты измерения защитного потенциала корпуса судна, мВ,

при удалении электрода сравнения от корпуса судна на расстояние

№ 0,3 м, 1 м, 2 м, 3 м, 4 м, 5 м,

измерения 1 серия 2 серия 3 серия 4 серия 5 серия 6 серия

экспери экспери- экспери- экспери- экспери- экспери

ментов ментов ментов ментов ментов ментов

1 674 674 674 673 672 671

2 675 674 674 673 672 671

3 674 673 673 673 673 671

4 674 674 673 674 672 671

5 674 674 674 673 671 671

6 674 673 674 673 672 671

7 674 674 674 673 672 671

8 673 674 674 673 672 671

9 674 674 675 672 672 671

10 675 675 674 673 672 671

11 674 674 674 673 672 671

12 674 674 674 673 672 671

13 674 674 674 673 672 671

14 674 674 674 673 672 672

15 675 674 674 673 672 671

Среднее значение С 674,1 673,9 673,9 673,0 672,0 671,1

Дисперсия -2 0,26 0,21 0,20 0,14 0,14 0,07

Стандартное отклонение - 0,51 0,46 0,45 0,37 0,37 0,25

Коэффициент вариации V 0,07 0,07 0,06 0,05 0,06 0,03

С помощью критерия Кохрена [9] оценили однородность дисперсий (т. к. число степеней свободы для всех выборок одинаково - fi = 14). Получили следующий результат:

Gm„ = = 0— = 0,2549< (0,05; т = 6; / = 14) = 0,3857. т 1,02

Дисперсии однородны, а следовательно, изменение расстояния между корпусом судна и электродом сравнения не влияет на прецизионность (воспроизводимость) результатов измерения.

С помощью критерия Стьюдента [9] установили, что между результатами измерений нет значимых систематических расхождений в интервале 0,3-2,0 м. Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Оценка значимости расхождения средних результатов измерений в различных сериях эксперимента

Серии результатов измерений, в которых оценивалось расхождение АС = С - С1 Стандартное отклонение Значение критерия Стьюдента

Расчётное отклонение Табличное отклонение

Уровень значимости 0,05 t

1 и 2 0,2 0,48 1,13 2,05 2,76

1 и 3 0,2 0,48 1,13

1 и 4 1,1 0,45 6,69*

1 и 5 2,1 0,45 12,78*

1 и 6 3,0 0,41 20,04*

* Расхождение значимо.

Результаты исследования показали, что увеличение расстояния (0,3-2,0 м) между корпусом судна и электродом сравнения в пределах 0,3-2,0 м не влияет на точность результатов контроля защитного потенциала корпуса судна (корабля) и позволяет упростить методику измерений.

Затем измеряли защитный потенциал корпуса судна, изменяя глубину погружения электрода сравнения в пределах 0,0-5,0 м. Расстояние между корпусом и электродом выдерживали постоянным (0,3 м), согласно [6]. Результаты измерений и необходимые статистические расчёты приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты измерения защитного потенциала корпуса РС «Чарымово» при расположении электрода сравнения на различной глубине и на расстоянии 0,3 м от корпуса судна

№ измерения Результаты измерения защитного потенциала корпуса судна, мВ, при расположении электрода сравнения на глубине

на поверхности воды, 1 серия экспериментов 1 м, 2 серия экспериментов 2 м, 3 серия экспериментов 3 м, 4 серия экспериментов 4 м, 5 серия экспериментов 5 м, 6 серия экспериментов

1 674 674 674 674 673 674

2 674 674 674 675 674 673

3 675 675 673 674 673 674

4 674 674 674 674 674 673

5 674 674 674 674 674 673

6 673 674 674 675 673 674

7 674 675 675 674 673 674

8 673 674 674 674 674 673

9 674 672 673 674 674 675

10 674 674 674 676 674 674

11 674 674 674 674 673 674

12 674 675 673 674 673 673

13 673 674 674 674 674 673

14 675 674 674 675 674 673

15 674 674 674 674 674 674

Среднее значение С 673,9 674,1 673,9 674,3 673,6 673,6

Дисперсия £2 0,35 0,49 0,26 0,38 0,25 0,40

Стандартное отклонение £ 0,59 0,70 0,51 0,61 0,50 0,63

Коэффициент вариации V 0,08 0,10 0,07 0,09 0,07 0,09

При сравнении дисперсии по критерию Кохрена были получены следующие результаты: S2 0 49

G = SSSL = 0— = 0,2300 <G (0,05; m = 6; f = 14) = 0,3857.

max 2 13 maxV ? ? ? J / ?

Дисперсии однородны, а следовательно, изменение глубины погружения электрода сравнения в пределах 0,0-5,0 м не влияет на точность результатов измерения потенциала корпуса судна (корабля). С помощью критерия Стьюдента установлено, что между результатами измерений нет значимых систематических расхождений. Результаты расчётов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Оценка значимости расхождения средних результатов измерений в различных сериях эксперимента

Серии результатов измерений, в которых оценивалось расхождение АС = С - С1 Стандартное отклонение Значение критерия Стьюдента

Расчётное отклонение Табличное отклонение

Уровень значимости 0,05 t

2 и 1 0,2 0,65 0,84 2,05 2,76

2 и 3 0,2 0,61 0,90

2 и 4 0,2 0,66 0,83

2 и 5 0,5 0,61 2,24

2 и 6 0,5 0,67 2,04

Таким образом, показано, что изменение глубины погружения электрода сравнения в пределах 0,0-0,5 м не влияет на точность результатов измерений. Снятие ограничения на глубину погружения также упрощает методику измерений.

Заключение

Таким образом, методику измерения защитного потенциала корпусов стальных кораблей и судов можно упростить, отказавшись от излишне жёстких требований НД к расположению электрода сравнения. Это позволит экипажам судов и кораблей осуществлять оперативный контроль состояния системы защиты стальных корпусов кораблей и судов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

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

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

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

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

6. 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.

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. 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.

9. 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 30.09.2014

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

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

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

Луценко Алексей Алексеевич - Россия, 683003, Петропаловск-Камчатский; Камчатский государственный технический университет; студент, специальность «Электрооборудование и радиооборудование судов», oni@kamchatgtu.ru.

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

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

IMPROVEMENT OF THE METHODS OF MEASURING THE POTENTIAL OF STEEL HULLS OF VESSELS AND SHIPS

Abstract. According to State Standard 9.056-75, it is necessary to measure the vessel hull potential occasionally during exploitation of the anticorrosion protection systems of the vessel hull. However, the vessel crews do not perform this work. One of the reasons of failure to carry out crew's duties is unreasonable severe demand to the reference electrode arrangement in the seawater relative to the vessel hull, which is determined by State Standard 9.056-75. The aim of the study is to eliminate unreasonable severe demand of the standard procedure of measurement of steel vessel hull potential. For this reason, it is necessary to solve the following tasks: to investigate the influence of the reference electrode immersion depth into the water on the vessel hull potential measurement results, to investigate the influence of the distance between the vessel hull and the reference electrode on the vessel hull potential measurement results. The given tasks were solved by means of the planned experiments and mathematical statistics methods. The results of the experiments and calculations show that the change of the reference electrode immersion depth into the water within 0.0-5.0 m does not affect the accuracy vessel hull potential measurement results. As a result, it is determined that the distance between the vessel hull and the reference electrode may be increased up to 2 meters and the accuracy of the vessel hull potential measurement results does not even decrease. Therefore, it is shown that the steel vessel hull potential measurement procedure can be simplified rejecting the unreasonable severe demand of State Standard 9.056-75. It allows the ship crews to control the state of the steel vessel hull protection systems. The results of this control will allow to direct the vessels to the dock promptly that will lead to the reduction of the ship repairing expenditures and the periods of their accomplishment.

Key words: steel vessel hull corrosion, electrochemical protection of vessel hull from corrosion, protection, vessel hull protection potential measurement.

REFERENCES

1. Martkovich A. M. Bor'ba s korroziei korpusa sudna [Control of the corrosion of the vessel hull]. Moscow, Morskoi transport Publ., 1955. 170 p.

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

3. Maksimadzhi A. I., Belen'kii A. I., Maksimadzhi L. M., Briner A. S. Otsenka tekhnicheskogo sostoianiia korpusov morskikh sudov [Assessment of the technical state of the marine vessel hulls]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1982. 156 p.

4. Korobtsov I. M. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i remont flota [Technical service and repairing of the fleet]. Moscow, Transport Publ., 1975. 195 p.

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

6. GOST 9.056-75. Stal'nye korpusa korablei i sudov. Obshchie trebovaniia k elektrokhimicheskoi zash-chite pri dolgovremennom stoianochnom rezhime [Steel hulls of the vessels and ships. General requirements to electrochemical protection at long-lasting steady regime]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200015017.

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 [Justification of the method of choice of test points for measurement of protective potential of the steel hulls of the vessels and ships]. Vestnik Kamchatskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2014, no. 28, pp. 6-11.

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

9. 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 30.09.2014

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Belozerov Pavel Aleksandrovich - Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsk; 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-Kamchatsk; Kamchatka State Technical University; Doctor of Chemical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Electrical and Radio Equipment of Vessels"; oni@kamchatgtu.ru.

Lutsenko Alexey Alekseevich - Russia, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsk; Kamchatka State Technical University; Student, Specialty "Electrical and Radio Equipment of Vessels"; oni@kamchatgtu.ru.

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