Проблемы методологии контроля электрохимической защиты стальных корпусов кораблей и судов

УДК 620.19:629.5.023

О.А. Белов, А.Б. Дороганов

ПРОБЛЕМЫ МЕТОДОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ

Коррозия стальных корпусов кораблей и судов является основной причиной износа судов, снижения их прочности и безопасности. Предупреждение преждевременного износа корпусов кораблей и судов, а также обеспечение их защиты по электрическому полю являются важными задачами эксплуатации. Существует несколько методов контроля и измерения электрического поля корабля и его защитного потенциала. Каждый из этих методов основан на использовании определенных средств измерений и технологии анализа результата измерений. В статье рассматриваются основные методы и средства контроля и измерения электрического поля судна, защитного потенциала корпуса и состояния конструктивно-технологических средств защиты от коррозии.

Ключевые слова: электрическое поле, коррозия, средства измерения, электрическое разъединение, защитный потенциал корпуса, электрод сравнения.

O.A. Belov, A.B. Doroganov

METHODOLOGICAL PROBLEMS IN THE CONTROL OF ELECTROCHEMICAL PROTECTION OF STEEL HULLS

Corrosion of steel hulls of vessels and ships is the main cause of its deterioration, decrease of durability and safety. Prevention of premature hull wear and also electric filed protection are important operation tasks. There are some methods to control and measure electric field and its protection potential. Each of these methods is based on the using of the definite measuring apparatus and the analysis technology of measuring results. The article deals with the main methods to control and measure ship electric field, protection hull potential and state of engineered and technological defender items against corrosion.

Key words: electric field, corrosion, measuring apparatus, electric disconnection, protection hull potential, reference electrode.

DOI: 10.17217/2079-0333-2016-37-10-13

Эксплуатация современных кораблей и судов связана с определенным влиянием на корпус, оборудование, судовые системы и комплексы, а также и экипажи судов физических полей различной природы. Для одних кораблей и судов этот фактор определяет их скрытность и вызывает необходимость разработки адекватных методов и средств повышения скрытности и защиты кораблей по физическим полям. Для других необходимость контроля и регулирования физических полей связана с различными эксплуатационными свойствами судна как технического объекта. Наряду с гидроакустическим, магнитным, гидродинамическим, радиолокационным и тепловым полем к числу основных относится и электрическое поле корабля. Обеспечение допустимого уровня данного поля в процессе эксплуатации судна требует осуществления комплекса взаимосвязанных инженерно-технических и организационных мероприятий, который принято называть электрохимической защитой (ЭХЗ).

В настоящее время электрическое поле судна входит в перечень основных физических полей, по которым предусмотрены меры защиты на кораблях и судах всех классов. В зарубежной литературе мероприятия по снижению электрического поля корабля часто называются электрической гигиеной судна, так как снижение электрического поля также обеспечивает и его противокоррозионную защиту.

Основными направлениями электрохимической защиты кораблей и судов являются различные виды протекторной и катодной защиты. Кроме того, для защиты от контактной коррозии предусматриваются конструктивно-технологические средства, обеспечивающие электрическое разъединение корпуса и корпусных конструкций. Однако в процессе эксплуатации по различным причинам может происходить сбой в электрохимической защите судна (например, обрыв протекторов, разрушение изоляционных элементов и т. д.). В результате электрическое поле судна существенно

отклоняется от допустимых значений и процессы коррозии начинают протекать более интенсивно. Для предотвращения коррозионного износа корпуса необходим объективный систематический контроль за состоянием технических средств защиты судна и его электрическим полем [1].

Контроль состояния электрического разъединения осуществляется методом измерения сопротивления с помощью омметра. Этот метод позволяет определить сопротивление изоляции электроразъединения. Так контролируется состояние узлов электрического разъединения в процессе постройки, ремонта и эксплуатации кораблей. Основным средством измерения, используемым в данном методе, является мегаомметр на 100-500 В типа Ф-4101, М017-04 или М146. Сопротивление изоляции узла электрического разъединения должно быть не менее 1 кОм, при этом узлы разъединения должна быть сухими [2].

При нахождении корабля на плаву и когда узлы разъединения находятся во влажном состоянии используется метод последовательного измерения напряжения, тока и сопротивления на участке разъединения.

Напряжение между разъединенными деталями качественно характеризует сопротивление изоляции. Если значение напряжения близко к значению разности стационарных электродных потенциалов разъединенных деталей, то сопротивление узла разъединения высокое. В случае если напряжение стремится к нулю, то узел разъединения замкнут.

Ток, протекающий по прибору, включенному как амперметр, зависит от величины электродных потенциалов металлов, от сопротивления разъединения, а также от качества электроизолирующего покрытия. При отсутствии покрытия узла разъединения ток, протекающий через амперметр, тем больше, чем больше сопротивление разъединения. При хорошем состоянии покрытия значение тока будет минимальным при качественном состоянии узла разъединения.

При включении прибора омметром измеряется сопротивление разъединения. При этом подключение прибора к разъединенным деталям производится дважды, с переменой полярности. При отсутствии контакта по металлу показания омметра должны отличаться друг от друга.

Оценка состояния узла электрического разъединения данными методами определяется в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Оценка состояния узла электрического разъединения

Результат измерения падения напряжения (вольтметром) Результат измерения тока (амперметром) Результат измерения сопротивления на постоянном токе (омметром) Вывод о состоянии узла разъединения

Менее 5 мВ на шкале 0-75 мВ Менее 2 мА на шкале 0-15 мА Менее 1 кОм Контакт по металлу

Менее 100-200 мВ на шкале 0-750 мВ Менее 10 мА на шкале 0-15 мА Менее 1 кОм, различные показания при изменении полярности Сопротивление электрической изоляции низкое

Более 200 мВ на шкале 0-750 мВ Более 2 мА на шкале 0-15 мА Менее 1 кОм, различные показания при изменении полярности Электрическое разъединение хорошее, покрытие изделия удовлетворительное

Более 200 мВ на шкале 0-750 мВ 2 мА и более на шкале 0-15 мА Более 1 кОм Электрическое разъединение хорошее, покрытие хорошее

Более 200 мВ на шкале 0-750 мВ Значительная величина тока на нескольких пределах измерения Менее 1 кОм, различные показания при изменении полярности Электрическое разъединение хорошее, покрытие нарушено или отсутствует

В качестве средства измерения при реализации данного метода используются многопредельные приборы типа Ц4340, Ц4315, Ц4353 или цифровые мультиметры с входным сопротивлением не менее 20 кОм/В (например, ЦГ203 или МУ64) [3].

Вместе с тем указанные выше методы контроля состояния электрического разъединения не позволяют определить общее состояние электрического поля корабля и интенсивность процессов коррозии в конкретных условиях. Использование данных методов направлено в большей степени на обеспечение качественной эксплуатации локальных элементов судовых систем и корпусных конструкций. Для комплексной оценки электрического поля судна наиболее эффективным является метод измерения разности потенциалов.

Метод измерения разности потенциалов электрического поля в настоящее время является основным методом, применяемым для контроля электрического поля кораблей и судов различного назначения. Для реализации метода измерения разности потенциалов во всех типах аппаратуры измерения электрического поля кораблей и судов используются хлорсеребряные электроды (ХСЭ).

Метод измерения разности потенциалов электрического поля является контактным и используется как для определения разности потенциалов, так и для определения напряженности электрического поля корабля.

Хлорсеребряный электрод обладает собственным электродным потенциалом, значение которого непостоянно во времени и зависит:

- от температуры и солености воды в месте измерений ЭПК;

- от глубины установки электрода;

- от степени загрязнения фильтра;

- от плотности электролита внутри преобразователя.

Указанные факторы обусловливают нестабильность во времени собственной разности потенциалов между измерительным и нулевым (опорным) электродом, что приводит к необходимости компенсации собственной разности потенциалов и периодическому контролю степени ее компенсации в процессе измерений.

Кроме того, собственная разность потенциалов электродов при относительно большом токе, проходящем через электроды в процессе измерений, изменяется и является неоднозначной функцией тока, поэтому аппаратура должна обладать высоким входным сопротивлением. Характеристики хлорсеребряных электродов сравнения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристики хлорсеребряных электродов сравнения

Тип ХСЭ Марка Собственный потенциал, мВ Срок службы, лет Условия изготовления

Переносной ХСЭ ЭСХП-П 240-260 10 ТУ5.394-13127-77

Стационарный ХСЭ для судов со стальными корпусами ЭСХП-СС 240-260 10 ТУ5.394-13127-77

Стационарный ХСЭ для судов с корпусами из алюминиевых сплавов ЭСХП-СА 240-260 10 ТУ5.394-13127-77

Стационарный ХСЭ для быстроходных судов со стальными корпусами ЭСБС-СС 240-260 - ТУ5.394-13286-80

Стационарный ХСЭ для быстроходных судов с корпусами из алюминиевых сплавов ЭСБС-СА 240-260 - ТУ5.394-13286-80

Для измерения электрического поля кораблей и судов на стопе используется переносной прибор М-148. В комплектацию данного прибора входят:

- пульт измерительный;

- набор кабелей;

- первичные измерительные преобразователи с устройствами подвеса;

- блок питания.

В измерительных пультах предусмотрены автономные источники питания. Блоки питания этих приборов обеспечивают подзаряд автономных источников питания - аккумуляторов и возможность питания приборов от судовой сети.

Основные характеристики переносного прибора для измерения электрического поля судов и кораблей на стопе представлены в табл. 3.

Таблица 3

Основные характеристики переносного прибора для измерения ЭП кораблей на стопе

Пределы измерения, мВ

Масса пульта, кг 12,0

Масса электрода с глубиномером, кабелем и фалом, кг 35

Число электродов, включая опорный и запасной 4

Длина кабеля, входящего в комплект с электродом, м (без удлинителей) 75

Рабочая глубина, м 25

Погрешность измерения глубины, % 1,5

Данная аппаратура разрабатывалась в 70-х годах прошлого века. В ней используются устаревшие элементная база и материалы, что приводит к увеличению размера прибора и его массы.

С учетом современных технологий средства контроля и измерения электрического поля судов и кораблей можно реализовать в более компактном корпусе с использованием микропроцессорных технологий для регистрации и сохранения результатов измерений. Использование современных аккумуляторных батарей может значительно увеличить срок автономной работы и уменьшить размеры устройства. Совершенствование первичных измерительных преобразователей приведет к снижению погрешности измерения [4].

С учетом возрастающих требований к качеству эксплуатации судовой аппаратуры, необходимости реализации надежной защиты судна по электрическому полю, а также обеспечения противокоррозионных мероприятий требуется разработка и внедрение эффективных методов измерения и контроля электрического поля кораблей и судов, основанных на использовании современных средств измерений.

Литература

1. Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозеров, В.А. Швецов, А.А. Луценко, О.А. Белавина // Вестник Астраханского гос. тех. ун-та. Серия Морская техника и технология. - 2014. - № 4. - С. 7-12.

2. Руководство по защите надводных кораблей ВМФ от коррозии и обрастания. РЗК НК-2001. - М.: Военное издательство, 2002. - С. 260.

3. Белов О.А. Анализ современных диагностических средств в системах электроснабжения // Вестник КамчатГТУ. - 2013. - Вып. 26. - С. 5-8.

4. Белов О.А., Парфенкин А.И. Системная интеграция контроля электрооборудования // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - Т.10, № 1. - С. 14-17.

Информация об авторах Information about authors

Белов Олег Александрович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; кандидат технических наук; заведующий кафедрой электрооборудования и радиооборудования судов; beloff.oa@gmail.com

Belov Oleg Aleksandrovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Candidate of Technical Sciences; Head of Electrical and Radio Equipment of Ships Chair; beloff. oa@gmail. com

Дороганов Алексей Борисович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; аспирант; 684007, Россия, Петропавловск-Камчатский; 697 отряд судов обеспечения, инженер по спецработам; boa-1@mail.ru

Doroganov Aleksey Borisovich - Kamchatka State Technical University, 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Postgraduate; 684007, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; 697 Supply Vessel Group, Special Work Engineer; boa-1@mail.ru