Запобігання Корозії Корпуси Судна при Допомоги Моделювання Системи Катодного Захисту - ICCP
- морська Корозія
- Уповільнення Корозії Корпуси Судна з допомогою ICCP
- Оцінка Працездатності Вінта з Покриттям за допомогою Моделювання
- Гвинт з Покриттям
- Гвинт без Покриття
- Висновок і Подальші Кроки
Запобігання корозії в суворій середовищі океану часто вимагає застосування методів катодного захисту. Ці методи використовують різні пристосування, такі як протекторні (або жертовні) аноди або зовнішні джерела струму, для того щоб допомогти морським галузям промисловості залишитися на плаву. Одна з таких систем, катодний захист із зовнішнім джерелом струму (impressed current cathodic protection) - (ICCP), уповільнює корозію шляхом прикладання зовнішнього струму до корпусу судна. Ефективність цього методу залежить від різних чинників, таких як, наприклад, використання гвинта із захисним покриттям. Тут ми використовуємо моделювання, для того щоб дослідити, як покриття гвинта впливає на ефективність катодного захисту.
морська Корозія
Сидячи на палубі корабля, ви можете не підозрювати про те, що відбувається під нею. Але якщо ви пірнете під воду, ви зможете побачити найбільшу проблему, з якою стикаються суду: корозію.
Корозія, яку ви побачили на корпусі судна, виникає, коли області з різним потенціалом поміщені всередину електроліту - океанської води, в даному випадку. Простіше кажучи, океан служить електролітом, який сприяє потоку електронів від анода з більш високим електролітичним потенціалом до катода з більш низьким потенціалом. Це призводить до окислення і корозії анодних областей.
Схематичне зображення, що показує анод і катод в розчині електроліту.
У конструкцій, подібних судам і нафтовим платформам , Корозія є причиною зносу і руйнування. Це може привести до розгерметизації корпусу конструкції і / або небезпечним умовам роботи. Замість того щоб намагатися зміцнити ці конструкції після того, що сталося, що до того ж дорого обходиться, ми можемо зосередитися на запобіганні корозії до її виникнення за допомогою методів захисту, таких як ICCP.
Суду подібні до цього, можуть використовувати системи запобігання корозії для підтримки своєї конструкційної цілісності. (By Jean-Michel Roche. Licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported , via Wikimedia Commons .)
Уповільнення Корозії Корпуси Судна з допомогою ICCP
При використанні методу ICCP для захисту судна від корозії, зовнішнє джерело струму прикладається для перетворення високо-потенційних анодних ділянок на корпусі судна в низько-потенційні катодні ділянки. Це гарантує те, що поверхня корпусу судна буде захищена від корозії, тому що весь корпус функціонує як катод.
Геометрія корпусу судна.
Величина струму, необхідного для функціонування системи ICCP залежить від безлічі факторів, таких як солоність і температура води. Однак, ділянкам оголеного (чистого) металу, поміщеним в морську воду, потрібна більша кількість струму. Гвинт часто виготовляється з незахищеного (оголеного) металу, але його можна забезпечити покриттям. Від того, має чи ні гвинт захисне покриття, залежить споживання струму системою ICCP (скільки струму потрібно для функціонування системи ICCP).
Давайте звернемося до моделювання, для того щоб порівняти ефективність системи катодного захисту ICCP для корабля з покриттям гвинта і без нього.
Оцінка Працездатності Вінта з Покриттям за допомогою Моделювання
Для оцінки використання гвинта з покриттям в системі ICCP, ми створили модель на основі статтею, написаної Хубером (Huber) і Вангом (Wang) .
Гвинт з Покриттям
У разі гвинта з покриттям, тестове значення прикладається струму було 0.87 А. При цьому видно, що поверхня корпусу судна має відносно однорідний низький електролітичний потенціал, в той час як поверхня анода знаходиться під більш високим електролітичним потенціалом. До сих пір все здається добре, але давайте подивимося ближче на менш однорідний ділянку поблизу анода.
Зліва: (Розподіл) електролітичним потенціал для навчальної моделі гвинта з покриттям. Анод виглядає як червоне коло. Справа: Локальна щільність струму на поверхні валу для гвинта з покриттям.
На поверхні вала в нашій моделі спостерігається негативний знак локальної щільності струму, що свідчить про протікання струму в зворотному напрямку до поверхні вала, а не від нього. Це підтверджує те, що поверхня вала піддається катодного реакції.
Наявність катодного реакції на поверхні вала, більшого електролітичного потенціалу на поверхні анода, і низького електролітичного потенціалу в цілому, свідчить про те, що додається щільності струму досить для успішного захисту від корозії в разі гвинта з покриттям.
Гвинт без Покриття
При моделюванні гвинта без покриття, використовується значення прикладається струму 3.1 А. Точно так же, поверхня анода має більш високий електролітичний потенціал, ніж інша частина поверхні корпусу. Однак, в цьому випадку, поверхні вала і гвинта без покриття мають більш низький електролітичний потенціал, у порівнянні з залишилася поверхнею корпусу судна.
Зліва: електролітичним потенціал для навчальної (навчальної) моделі гвинта без покриття. Анод виглядає як червоне коло. Справа: Локальна щільність струму на поверхні вала і гвинта без покриття.
Можна переконатися, що на поверхні вала і гвинта без покриття спостерігається негативний знак локальної щільності струму. Завдяки цьому, можна припустити, що катодна реакція присутня і на поверхні вала і на поверхні гвинта без покриття. Отже, щільності струму і в цьому випадку також досить для захисту від корозії.
Незважаючи на те, що в обох випадках - з покриттям і без - виконуються умови для захисту від корозії, гвинт з покриттям вимагає меншого значення струму, що робить його більш ефективною системою. Крім цього, електролітичний потенціал також розподілений більш однорідно в разі гвинта з покриттям, як видно з графіка представленого нижче.
Графік порівняння електролітичних потенціалів для моделей гвинтів з покриттям і без. Довжина дуги являє довжину корпусу судна.
Висновок і Подальші Кроки
За допомогою моделювання в середовищі COMSOL Multiphysics, ми переконалися, що поверхня корпусу в разі гвинта з покриттям захищена краще, ніж поверхня корпусу з гвинтом без покриття, завдяки стабільно низькому потенціалу. Очевидно, що система (катодного захисту) ICCP функціонує краще в разі гвинта з покриттям.
Хочете дізнатися, як налаштувати і запустити цю модель і проаналізувати власну систему ICCP? Скачайте навчальну модель з нашої бібліотеки Додатків . Ви також зможете легко модифікувати цю навчальну модель, для моделювання різних типів систем катодного захисту, таких як система з використанням протекторних анодів без зовнішніх джерел живлення.