СПОСОБ ЗАЩИТЫ СУДОВ ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ
METHOD FOR PROTECTING SHIPS FROM ELECTRIC CORROSION

Изобретение относится к области защиты судов от электрокоррозии под воздействием корпусных переменных токов, индуцируемых бортовыми трехфазными электросистемами.
Известны и широко применяются различные способы защиты судов от коррозии. Состав электрохимических способов защиты установлен ГОСТом 26501-85. Корпуса морских судов. Общие требования к электрохимической защите. В нем указывается, что электрохимическая защита корпусов судов от коррозии осуществляется двумя способами:
- гальваническими анодами-протекторами (протекторная защита);
- током от внешнего источника (катодная защита).
В ГОСТе также отмечается, что электрохимическая защита должна применяться комплексно в сочетании с другими способами противокоррозионной защиты судов, включая лакокрасочные покрытия и использование ингибиторов.
Министерством транспорта РФ принят руководящий документ РД 31.28.10-97 «Комплексные методы защиты судовых конструкций», определяющий порядок применения протекторной и катодной защиты судов от коррозии.
Известны различные устройства, предназначенные для защиты судов от коррозии. Например, известны устройства по патентам RU 2429158 С1 «Система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна» и RU 2110617 С1 «Система катодной защиты от коррозии металлоконструкций», предлагающих технические решения по реализации способа катодной защиты судов от коррозии. В упомянутых и в ряде других нормативных материалов и патентов рассматриваются способы защиты судов от электрокоррозии, происходящей под воздействием постоянных корпусных токов. Подобный подход к построению антикоррозионной защиты судов соответствует имеющимся классическим представлениям. Согласно им (Люблинский Е.Я. и др. Коррозия и защита судов: Справочник - Л. Судостроение, 1987; Улиг Г.Г. и др. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику: Пер. с англ.- Л., Химия, 1989. и др.) коррозия судов, происходящая под воздействием переменных корпусных токов, не представляет существенной практической опасности, поскольку чередующиеся катодные и анодные реакции окисления и восстановления, происходящие на фиксированных участках металлических конструкций под воздействием переменных токов, практически симметричны. Поэтому скорость развития коррозии стали в морской воде признается сопоставимой со скоростью ее естественной коррозии. Однако практика показывает, что при величинах переменных корпусных токов, которые имеют место на судах с трехфазными электросистемами и которые многократно превосходят возможные величины постоянных токов, именно переменные корпусные токи являются главным источником коррозии.
Известны устройства, предназначенные для защиты от коррозии неморских объектов, развивающейся под воздействием переменным токов. В связи с их широким применением принят ГОСТ Р9.604-2021. Единая система защиты от коррозии и старения. Электрохимическая защита. Устройства защиты подземных сооружений от коррозии индуцированным переменным током. Общие технические требования. Он устанавливает требования к устройствам защиты подземных сооружений, в том числе трубопроводов, от коррозии индуцированными переменными токами, осуществляемой способом токоотведения.
Известно устройство для компенсации переменного напряжения, индуцированного в металлическом трубопроводе, размещенном в токопроводящей среде и расположенном вдоль линии электропередачи (патент RU 2114934 С1). Оно предназначено для подавления переменных токов, протекающих между металлическим трубопроводом и проводящей средой и проходящих через дефекты в слое электроизоляционного материала или в диэлектрической оболочке, окружающих защищаемый трубопровод.
Указанные выше способы защиты не морских сооружений от коррозии, предусматривающие отведение блуждающих переменных токов или компенсацию индуцируемых ими напряжений, вряд ли могут быть применены для противокоррозионной защиты морских судов, поскольку возникающие в их конструкциях блуждающие токи не могут быть локализованы подобно блуждающим токам, вызываемым, например, линиями электропередач. Они распределяются по всем частям, элементам, системам и устройствам судов в связи с размещением кабельных трасс и потребителей практически во всех судовых помещениях, на всех палубах, во всех нишах, надстройках и т.д. Это затрудняет как токоотведение от металлических конструкций судов, таки и компенсирование индуцируемых в них напряжений.
Одним из наиболее важных и широко применяемых способов защиты судов от коррозии, развивающейся под воздействием, как переменных, так и постоянных корпусных токов, является нанесение лакокрасочных покрытий на поверхности судовых частей и устройств, соприкасающихся с забортной водой. Механизм противокоррозионного действия защитных покрытий заключается в том, что они во много раз увеличивают электрическое сопротивление в тех контурах корпусных токов, которые замыкаются через забортную воду. В результате эти токи, а с ними и скорость коррозии корпусных конструкций, соприкасающихся с забортной водой, резко уменьшаются. Недостатки способа защиты судов от коррозии путем нанесения лакокрасочных покрытий обусловлены их износом и повреждаемостью, а также тем, что они препятствуют протеканию только тех корпусных токов, которые выходят за пределы корпуса судна и замыкаются через забортную воду, хотя токи, замыкающиеся только по внутренним частям судовых конструкций, также представляют серьезную опасность.
Износ защитных покрытий и утрата ими своих антикоррозионных свойств происходит в результате внешних механических ударов или соскребания плавающими предметами, причалами, швартующимися судами, а также в результате их разрушения кавитацией, истиранием водой или льдом. Важной причиной повреждения защитных покрытий является проникновение в структуру металлов ионов водорода, выделяющихся в процессе диссоциации воды под воздействием токов, протекающих через область двойного электрического слоя между забортной водой и металлическими конструкциями корпуса. Металл с растворенным в нем водородом становится менее прочным, расслаивается и слабее удерживает защитное покрытие. В отдельных локальных областях покрытие отслаивается и приобретает сквозные дефекты, которые становятся концентраторами корпусных токов, стекающих в воду. Плотность токов, протекающих сквозь дефекты в покрытиях, во много раз превышает их плотность на неповрежденных участках покрытий. В результате в зонах, непосредственно примыкающих к дефектам, под воздействием токов с высокой плотностью образуются довольно глубокие язвы или продольные борозды с хорошо очерченными границами. Для замедления подобных процессов необходимо резко уменьшить величины корпусных токов, протекающих через анодные участки судовых конструкций, а также своевременно проводить дорогостоящее докование судов с возобновлением покрытий и протекторной защитой корпуса.
Изложенные материалы показывают, что комплексная система защиты судов от коррозии не содержит специализированных и достаточно эффективных способов, направленных на предотвращение коррозионных разрушений судов, оснащенными трехфазными электроэнергетическими системами. Между тем, длительные наблюдения за скоростями развития коррозионных процессов на морских судах с разными величинами корпусных переменных токов, показали, что между средними величинами этих токов и интенсивностью электрокоррозии судов имеется тесная количественная взаимосвязь. В качестве индикаторов скорости коррозии судов использовались защитные протекторы, размещенные на корпусах и предназначенные для их опережающего растворения в морской воде и, таким образом, для защиты самих судов от коррозии. Было установлено, что на одном и том же судне при неизменных условиях его эксплуатации в результате уменьшения средних величин корпусных токов в 2,8 раза, скорость коррозионного разрушения протекторов, зафиксированная за 8,5 лет наблюдений, уменьшилась не меньше, чем в 3 раза. Аналогичные данные, подтверждающие влияние величин переменных корпусных токов на скорость коррозии судовых корпусов, были получены в ходе наблюдений и за другими судами.
В связи с изложенным была поставлена задача в дополнение к применяющейся в настоящее время системе антикоррозионной защиты морских судов разработать пока полностью отсутствующий в ней способ защиты от коррозии, вызываемой переменными корпусными токами, индуцируемыми бортовыми трехфазными электросистемами, за счет многократного увеличения сопротивления в контурах их протекания по корпусам судов.
Для получения необходимого технического результата в способе защиты судов от электрокоррозии предлагается каждую из трех диэлектрических конструкций, изолирующих отдельную фазу бортовых трехфазных электросистем от корпусов судов, ввести в резонанс токов с вновь подключаемой цепочкой, содержащей компенсирующий дроссель и включаемой параллельно этой диэлектрической конструкции.
Для устранения проводниковых связей между бортовыми электросистемами и корпусами судов, возникающих в результате включения компенсирующих дросселей предлагается между каждой из трех фаз бортовых электросистем и корпусами судов, последовательно с этими дросселями включают разделительные конденсаторы с емкостями, величины которых в совокупности с дросселями соответствуют условиям наступления резонанса.
Для защиты от старения и пробоя ослабленных участков фазных диэлектрических конструкций в бортовых трехфазных электросистемах с компенсирующими дросселями, происходящими под воздействием дуговых перенапряжений повышенных кратностей, предлагается в состав каждой из трех цепочек, содержащих компенсирующий дроссель, параллельно этим дросселям включать дополнительную цепочку, содержащую высокоомный резистор и конденсатор малой емкости, соединенные между собой параллельно.
Предложенный способ уменьшения переменных корпусных токов заключается в создании резонанса токов между диэлектрическими конструкциями, изолирующими каждую из трех фаз бортовых электросистем от корпуса, и тремя цепочками с компенсирующими дросселями, включаемыми параллельно этим конструкциям. Резонанс токов возникает при равенстве емкостных проводимостей изоляции отдельных фаз и суммарных индуктивных проводимостей всех совокупностей элементов подключаемых цепочек, включающие компенсирующие дроссели и другие элементы. При наступлении резонанса полные сопротивления корпусной изоляции переменному току на резонирующих участках цепи во всех трех фазах электросистем многократно увеличиваются, что приводит к соответствующему уменьшению корпусных токов вне зависимости от контура, по которому они протекают и от колебаний рабочего напряжения в электросети. В результате величины корпусных токов могут быть снижены до значений, практически безопасных для металлических конструкций судов.
Предложен также способ устранений нежелательных проводниковых связей, осуществляемых через обмотки компенсирующих дросселей при их непосредственном включении между бортовыми электросистемами и корпусами судов. Их появление препятствует работе тех судовых систем и устройств, действие которых основано на использовании постоянного напряжения, накладываемого на переменное рабочее напряжение. Например, исключается использование системы контроля корпусной электрической изоляции мегаомметрами, схемы которых встроены источники постоянного напряжения. Для устранения указанного нежелательного результата непосредственного включения компенсирующих дросселей последовательно с каждым из них включаются разделительные конденсаторы больших емкостей.
Предложен также способ подавления дуговых перенапряжений повышенных кратностей, развивающихся в трехфазных судовых электросистемах при однофазных замыканиях на корпус через неустойчивую электрическую дугу. Он заключается в предотвращении значительных срезов токов замыкания в условиях перекомпенсации емкостных проводимостей фазной изоляции, достигаемого путем включения параллельно с каждым компенсирующим дросселем R,C - цепочки, состоящей из соединенных параллельно между собой высокоомного резистора и конденсатора малой емкости. 1 ил.
На графических материалах изображена схема бортовой электросистемы, показывающая реализацию способа защиты судов от электрокоррозии под воздействием корпусных переменных токов.
Обозначения, используемые на схеме:
1 - корпус судна; 2 - электросистема; 3 - емкость диэлектрической конструкции, изолирующей одну из фаз А, В или С от корпуса судна; 4 -дроссель компенсирующий; 5 - емкость разделительная; 6 - резистор высокоомный; 7 - конденсатор малой емкости.
Токи, протекающие по корпусу 1, вызываются трехфазной электросистемой 2 и замыкаются одновременно по трем контурам, связывающим каждую из трех фаз А, В или C с двумя другими, например, фазу А с фазами В и С. Величины этих корпусных токов определяются емкостями 3 диэлектрических конструкций, изолирующих одну из фаз А, В или С от корпуса судна. Величины емкостей фазной изоляции 3 могут иметь произвольные значения. Они создают значительные емкостные проводимости и обуславливают протекание переменных корпусных токов, представляющих опасность коррозионного разрушения судовых конструкций. Для устранения риска ускоренного развития процессов коррозии необходимо скомпенсировать емкостную проводимость фазной изоляции. Для этого параллельно каждой из трех диэлектрических конструкций, изолирующих отдельные фазы А, В или С от корпуса судна, подключают три компенсирующих дросселя 4. Они вместе с другими элементами, входящими в цепочки их подключения, имеют результирующие индуктивные проводимости, равные соответствующим емкостным проводимостям изоляций 3 отдельных фаз А, В или С. В результате такой настройки дросселей 4 в каждой паре элементов, включающей фазную диэлектрическую конструкцию и цепочку с компенсирующим дросселем 4, возникает резонанс токов. Такой резонансный режим иногда показывают «электрической пробкой», поскольку при его возникновении многократно увеличивается полное сопротивление переменному току на резонирующем участке электрической цепи. Резкое увеличение сопротивлений переменному току на всех трех фазных участках изоляции приводит к многократному уменьшению проходящих через них токов, которые замыкаются через них и различные судовые конструкции. Этим решается задача, поставленная при разработке настоящего способа защиты судов от коррозии.
Включение компенсирующего дросселя 4 между каждой из фаз А, И, С электросистемы 2 и корпусом судна 1 приводит к увеличению сопротивлений изоляции переменному току, но одновременно уменьшает практически до нуля сопротивление изоляции постоянному току, поскольку между фазами А, И и С и корпусом 1 возникают проводниковые связи через обмотки дросселей 4. Такими устройствами являются, например, мегомметры, в схемы которых встроены генераторы постоянного испытательного напряжения. Для устранения указанного нежелательного побочного эффекта в электрические цепочки последовательно с компенсирующими дросселями 4 включают разделительные конденсаторы 5. Они должны обладать большими емкостями для того, чтобы результирующие реактивные сопротивления всех элементов этих цепочек, включая 4 и 5, а также 6 и 7, оставались индуктивными и соответствовали условиям п. 1.
При включении компенсирующих дросселей 4 в условиях неустойчивого замыкания одной из фаз А, И или С на корпус через перемежающуюся дугу в условиях превышения индуктивной проводимостью цепочки с дросселями 4 величины емкостной проводимости фазной диэлектрической конструкции 3 возможно возникновение разных обрывов тока. Это обуславливает возникновение повышенных дуговых перенапряжений, способных вызвать пробой ослабленной изоляции неповрежденных фаз. Для подавления этих перенапряжений параллельно дросселям 4 включают высокоомные резисторы 6 и конденсаторы малой емкости 7.