Предотвращение Коррозии Корпуса Судна при Помощи Моделирования Системы Катодной Защиты — ICCP

06/08/2015

Предотвращение коррозии в суровой среде океана зачастую требует применения методов катодной защиты. Эти методы используют различные приспособления, такие как протекторные (или жертвенные) аноды или внешние источники тока, для того чтобы помочь морским отраслям промышленности остаться на плаву. Одна из таких систем, катодная защита с внешним источником тока (impressed current cathodic protection) — (ICCP), замедляет коррозию путем прикладывания внешнего тока к корпусу судна. Эффективность этого метода зависит от различных факторов, таких как, например, использование винта с защитным покрытием. Здесь мы используем моделирование, для того чтобы исследовать, как покрытие винта влияет на эффективность катодной защиты.

Морская Коррозия

Сидя на палубе корабля, вы можете не подозревать о том, что происходит под ней. Но если вы нырнете под воду, вы сможете увидеть наибольшую проблему, с которой сталкиваются суда: коррозию.

Коррозия, которую вы увидели на корпусе судна, возникает, когда области с различным потенциалом помещены внутрь электролита — океанской воды, в данном случае. Проще говоря, океан служит электролитом, который способствует потоку электронов от анода с более высоким электролитическим потенциалом к катоду с более низким потенциалом. Это приводит к окислению и коррозии анодных областей.

Иллюстрация отображающая снижение окисление и кислорода в электродах и электролитах.
Схематичное изображение, показывающее анод и катод в растворе электролита.

У конструкций, подобных судам и нефтяным платформам, коррозия является причиной износа и разрушения. Это может привести к разгерметизации корпуса конструкции и/или небезопасным условиям работы. Вместо того чтобы пытаться укрепить эти конструкции после случившегося, что к тому же дорого обходится, мы можем сосредоточиться на предотвращении коррозии до ее возникновения с помощью методов защиты, таких как ICCP.

Фотография корабля.
Суда подобные этому, могут использовать системы предотвращения коррозии для поддержания своей конструкционной целостности. (By Jean-Michel Roche. Licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported, via Wikimedia Commons.)

Замедление Коррозии Корпуса Судна с помощью ICCP

При использовании метода ICCP для защиты судна от коррозии, внешний источник тока прикладывается для преобразования высоко-потенциальных анодных участков на корпусе судна в низко-потенциальные катодные участки. Это гарантирует то, что поверхность корпуса судна будет защищена от коррозии, потому что весь корпус функционирует как катод.

Схема корпуса судна.
Геометрия корпуса судна.

Величина тока, необходимого для функционирования системы ICCP зависит от множества факторов, таких как соленость и температура воды. Однако, участкам оголенного (чистого) металла, помещенным в морскую воду, требуется большее количество тока. Винт часто изготавливается из незащищенного (оголенного) металла, но его можно снабдить покрытием. От того, имеет или нет винт защитное покрытие, зависит потребление тока системой ICCP (сколько тока потребуется для функционирования системы ICCP).

Давайте обратимся к моделированию, для того чтобы сравнить эффективность системы катодной защиты ICCP для корабля с покрытием винта и без него.

Оценка Работоспособности Винта с Покрытием при помощи Моделирования

Для оценки использования винта с покрытием в системе ICCP, мы создали модель на основе статьей, написанной Хубером (Huber) и Вангом (Wang).

Винт с Покрытием

В случае винта с покрытием, тестовое значение прикладываемого тока было 0.87 А. При этом видно, что поверхность корпуса судна имеет относительно однородный низкий электролитический потенциал, в то время как поверхность анода находится под более высоким электролитическим потенциалом. До сих пор все кажется хорошо, но давайте посмотрим поближе на менее однородный участок вблизи анода.

Изображение, показывающее электролитический потенциал в случае винта с покрытием.
Визуализация локальной плотности тока на поверхности вала.

Слева: (Распределение) Электролитический потенциал для учебной модели винта с покрытием. Анод выглядит как красный круг. Справа: Локальная плотность тока на поверхности вала для винта с покрытием.

На поверхности вала в нашей модели наблюдается отрицательный знак локальной плотности тока, что свидетельствует о протекании тока в обратном направлении к поверхности вала, а не от него. Это подтверждает то, что поверхность вала подвергается катодной реакции.

Наличие катодной реакции на поверхности вала, большего электролитического потенциала на поверхности анода, и низкого электролитического потенциала в целом, свидетельствует о том, что приложенной плотности тока достаточно для успешной защиты от коррозии в случае винта с покрытием.

Винт без Покрытия

При моделировании винта без покрытия, используется значение прикладываемого тока 3.1 А. Точно так же, поверхность анода имеет более высокий электролитический потенциал, чем остальная часть поверхности корпуса. Однако, в этом случае, поверхности вала и винта без покрытия имеют более низкий электролитический потенциал, по сравнению с оставшейся поверхностью корпуса судна.

Визуализация, показывающая электролитический потенциал корпуса судна в случае винта без покрытия.
 Изображение, показывающее локальную плотность тока на поверхности вала и винта без покрытия.

Слева: Электролитический потенциал для учебной (обучающей) модели винта без покрытия. Анод выглядит как красный круг. Справа: Локальная плотность тока на поверхности вала и винта без покрытия.

Можно удостовериться, что на поверхности вала и винта без покрытия наблюдается отрицательный знак локальной плотности тока. Благодаря этому, можно предположить, что катодная реакция присутствует и на поверхности вала и на поверхности винта без покрытия. Следовательно, плотности тока и в этом случае также достаточно для защиты от коррозии.

Несмотря на то, что в обоих случаях — с покрытием и без — выполняются условия для защиты от коррозии, винт с покрытием требует меньшего значения тока, что делает его более эффективной системой. Кроме этого, электролитический потенциал также распределен более однородно в случае винта с покрытием, как видно из графика представленного ниже.


График сравнения электролитических потенциалов для моделей винтов с покрытием и без. Длина дуги представляет длину корпуса судна.

Заключение и Дальнейшие Шаги

При помощи моделирования в среде COMSOL Multiphysics, мы убедились, что поверхность корпуса в случае винта с покрытием защищена лучше, чем поверхность корпуса с винтом без покрытия, благодаря стабильно низкому потенциалу. Очевидно, что система (катодной защиты) ICCP функционирует лучше в случае винта с покрытием.

Хотите узнать, как настроить и запустить эту модель и проанализировать собственную систему ICCP? Скачайте учебную модель из нашей Библиотеки Приложений. Вы также сможете легко модифицировать эту учебную модель, для моделирования различных типов систем катодной защиты, таких как система с использованием протекторных анодов без внешних источников питания.

Дополнительная Информация по Моделированию Коррозии

Рубрики блога


Комментарии (0)

Оставить комментарий
Войти | Регистрация
Загрузка...
РУБРИКАТОР БЛОГА COMSOL
РУБРИКИ
ТЕГИ