Комплексная защита от коррозии и обрастания (варианты)

 

Изобретение касается защиты от коррозии и обрастания морских объектов техники широкого назначения. Сущность изобретения: способ включает нанесение противокоррозионного покрытия и противообрастающего покрытия в виде сплошного электропроводящего слоя, сочетание одновременной или раздельной катодной поляризации конструкции и анодной поляризации электропроводящего слоя в зависимости от значений скорости потока морской воды и удельного переходного сопротивления противокоррозионного покрытия. Изобретение повышает эффективность защиты от коррозии и обрастания, повышает срок службы и снижает энергоемкость. 4 с.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретения касается защиты от коррозии и обрастания морских объектов техники широкого назначения - судов, стационарных и плавучих сооружений и конструкций.

Известны различные защиты от коррозии и обрастания (Люблинский Е.Я. Электрохимическая защита от коррозии. М.: Металлургия, 1987; Коррозия и защита от коррозии. Справочник. Л.: Судостроение, 1987; Technical, Review, 1992, v. I, N 1, p. 30; 8th International Congress on Marine Corrosion and Fouling, Taranto (Italy). Sept, 1992).

Среди них наиболее широкое применение получили электрохимические (катодная и протекторная) способы защиты (ЭХЗ) от коррозии в сочетании с лакокрасочными покрытиями противокоррозионными и противообрастающими. Физико-химические способы защиты (ФХЗ) от обрастания, осуществляемые путем обработки морской воды продуктами ее электролиза или анодного растворения меди, получили применение только в замкнутых объемах, в которых можно обеспечить заданную защитную концентрацию биоцидов. Электропроводящие покрытия только начинают рассматриваться как одно из перспективных средств защиты от обрастания. При этом предполагается, что они представляют интерес как самостоятельный элемент (анод) одной из разновидностей ФХЗ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу защиты является способ, представляющий собой сочетание катодной защиты (КЗ) и лакокрасочных покрытий (ЛКП) - противокоррозионных и противообрастающих покрытий (Коррозия и защита от коррозии, Л.: Судостроение, 1987). Принципиальная схема комплексной защиты по прототипу показана на фиг. 3.

Способ комплексной защиты от коррозии и обрастания по прототипу (фиг. 3) осуществляется следующим образом На подводную часть конструкции (К) наносят противокоррозионное (ПКП), затем противообрастающее (ПОП) покрытие.

Непосредственно на подводной части корпуса плавучих объектов морской техники, например судах (фиг. 3, а), или в акватории моря на стационарных объектах морской техники, например платформах (фиг. 3,б), устанавливают аноды (AI-AII...) и электроды сравнения (ЭС).

В помещениях объектов техники, на конструкции или на берегу, устанавливают источники поляризации (ИП - источники постоянного тока), как правило, обеспечивающие автоматическое поддержание режимов поляризации - защитного потенциала.

Через распределительные щиты (РЩ) или непосредственно отрицательный полюс ИП подключается к корпусу (К), а положительный - к анодам (А).

Для измерения потенциала корпуса ИП соединен с ЭС, являющимися датчиками для автоматического управления режимами поляризации корпуса.

Сразу же после погружения конструкции в морскую воду начинается процесс выщелачивания биоцидов из ПОП независимо от того, имеются или не имеются обрастатели; при их наличии обрастание предотвращается при некоторой защитной концентрации биоцидов.

Включается система катодной поляризации корпуса, которая должна работать непрерывно до очередного докования.

Однако известный способ имеет следующие существенные недостатки: срок службы ПОП мал и составляет от 1 до 3-х лет; эффективность защиты не зависит от биологической активности морской воды и постоянно снижается во времени; на начальном этапе эксплуатации ПОП (0,5-2,0 г.) предотвращение обрастания связано с гибелью микроорганизмов и загрязнением окружающей среды (морских бассейнов); предотвращение обрастания связано с использованием и безвозвратным расходом дефицитных и дорогостоящих биоцидов (в основном закиси меди), являющихся наполнителем ПОП; при скорости потока морской воды (v_b) более 3 м/с, когда нет обрастания, наблюдается наибольший расход биоцидов; при удельном переходном сопротивлении противокоррозионного покрытия (ρ_п) более 10³Ом·м², когда опасность коррозии невелика, благодаря высоким барьерным свойствами ЛКП ЭХЗ используется не на полную мощность, так как для поддержания защитного потенциала ток поляризации весьма мал или близок к нулю; так как ЭХЗ, энергоемкость источников питания и количество анодов рассчитаны с учетом обеспечения заданных параметров защиты от коррозии при износе ЛКП на 20% поверхности, до этого момента (2-3 г.) система ЭХЗ используется не на полную мощность.

Целью изобретения является повышение эффективности комплексной защиты, увеличение ее срока службы, исключение использования биоцидов в противообрастающих покрытиях, обеспечение экологической безопасности защиты от обрастания, повышение коэффициента полезного использования ЭХЗ и вспомогательных анодов, использование их по двойному назначению - дополнительно в качестве катодов.

Цель достигается тем, что противообрастающее покрытие выполняют в виде электропроводящего слоя, подключают его к положительному полюсу источника постоянного тока, осуществляют его анодную поляризацию, вызывающую электролизное хлорирование морской воды, обеспечивают образование на поверхности биоцидов заданной концентрации, необходимой для предотвращения обрастания, измеряют скорость потока морской воды (v_b) и удельное переходное сопротивление противокоррозионного покрытия (ρ_п) и в зависимости от их значений осуществляют раздельную или одновременную катодную поляризацию конструкции и анодную поляризацию электропроводящего покрытия.

Пример. На фиг. 1 показаны принципиальные схемы, обеспечивающие выполнение рекомендуемых способов комплексной защиты от коррозии и обрастания плавучих (фиг. 1,а), стационарных или редко докуемых (фиг. 1,б) объектов морской техники.

Способ защиты от коррозии и обрастания по изобретению в соответствии с указанными схемами выполняется следующим образом.

На подвижную часть конструкции (К) наносят противокоррозионное (ПКП) и электропроводящее (ЭПП) покрытия.

Непосредственно на подводной части корпуса плавучих объектов морской техники (фиг. 1, а) или в акватории моря при защите стационарных конструкций (фиг. 1, б) устанавливают вспомогательные электроды (Э1-Э4...) и электроды сравнения (ЭС).

В помещениях объектов техники, на конструкциях или на берегу устанавливают источники поляризации (ИП), как правило, автоматические источники постоянного тока, обеспечивающие поддержание заданного защитного потенциала или плотности защитного тока.

Через распределительные щиты (РЩ) отрицательный полюс ИП подключается к конструкции К или (и) к электродам Э, а положительный полюс с помощью контактного электрода ЭП к ЭПП и (или) к электродам Э.

В зависимости от величины v_b и ρ_п осуществляется анодная поляризация ЭПП, или катодная поляризация К, или одновременная катодная поляризация ЭПП и катодная поляризация К, для чего Э используют по двойному назначению - в качестве анодов для поляризации конструкции К или одновременно первый ... третий ... электроды в качестве анодов и четвертый ... электроды в качестве катодов.

Вариант 1. Выполнение способа осуществляют в соответствии со схемой, показанной на фиг. 2, а, для варианта, когда ρ_п≅ 10³Oм·м² и v_b > 3 м/с. В этом случае отключают анодную поляризацию ЭПП и катоды используют только в качестве анодов и осуществляют поляризацию корпуса.

Вариант 2. Выполнение способа осуществляют в соответствии со схемой, показанной на фиг. 2,б, для варианта, когда v_b≅3 м/с и ρ_п> 10³Oм·м² . В этом случае отключают катодную поляризацию корпуса К, а электроды переключают в режим катодной поляризации и ЭПП - в режим анодной поляризации.

Вариант 3. Выполнение способа осуществляют в соответствии со схемой, показанной на фиг. 2,в, для варианта, когда v_b≅ 3 м/с и ρ_п≅ 10³Oм·м². В этом случае электроды используют: Э₁-Э₃... в качестве анодов и относительно них осуществляют катодную поляризацию конструкции К;
Э₂-Э₃... в качестве катодов и относительно них осуществляют анодную поляризацию ЭПП.

Вариант 4. Выполнение способа осуществляют в соответствии со схемой, показанной на фиг. 2,г, для варианта, когда защитный потенциал конструкции К может быть обеспечен при плотности тока анодной поляризации ЭПП, необходимой для защиты от обрастания. В этом случае отключаются электроды:
корпус используют в качестве катода для обеспечения параметров анодной поляризации ЭПП, необходимых для предотвращения обрастания;
ЭПП используют в качестве анода для обеспечения параметров катодной поляризации конструкции К, необходимых для предотвращения коррозии.

Апробация изобретения. На Черноморской коррозионной станции в г. Севастополе были проведены сравнительные испытания разработанного способа защиты и прототипа. Испытания проводили в течение 2 лет. При этом были охвачены два биологически активных сезона - в период с мая по сентябрь каждого года.

Образцы для испытаний представляли собой стальные листы размером 500·500 мм. На всю поверхность листов с обеих сторон было нанесено штатное ПКП (марки ХС-436) и штатное ПОП для прототипа.

Для возможности ускоренной оценки способа и воспроизведения низких значений ρ_п были использованы листы с состаренным ПКП и ПОП.

На поверхность каждой стороны на ПКП было нанесено ЭПП размером 400·400 мм. Вспомогательными электродами (анодами - катодами) служили платино-титановые пластины. Датчиком потенциала служил хлор-серебряный электрод сравнения с собственным потенциалом 0,2 В. Результаты измерений пересчитывали по отношению к водородному электроду сравнения. Источником поляризации служил потенциогальваностат.

Во всех экспериментах при катодной поляризации подложки (КЗ) принимали оптимальный защитный сдвиг потенциала ΔE_к= 0,2B.

Режимы анодной поляризации ЭПП отличается существенной новизной и являются предметом самостоятельной заявки на изобретение. Поэтому в данном изобретении они не рассматриваются, так как для выполнения способа не являются принципиальными. В связи с этим был использован режим, обеспечивающий предотвращение обрастания при всех рассмотренных выше примерах осуществления изобретения. Во всех случаях коррозии и отслоения ПКП и ЭПП не наблюдалось, поэтому характеристикой служило только обрастание.

Результаты сравнительных экспериментов приведены в таблице.

Как видно, во всех случаях на поверхности ЭПП не обнаружено обрастания. При v_b ≅ 3 м/с на ПОП через 8-12 мес и на ПКП через 0,5 мес наблюдается обрастание как при катодной поляризации стали, так и при анодной поляризации ЭПП. Через 12 мес испытаний на ПОП и ПКП наблюдалось сплошное многослойное обрастание толщиной до 10 мм, состоящее из гидроидов (60-70%), мшанок, балянуса, мидий (30-40%).

Таким образом, результаты экспериментов полностью обосновывают существенные преимущества изобретения по сравнению с прототипом.

Существенные преимущества, сформулированные в цели изобретения, поясняются ниже.

Повышение эффективности защиты от обрастания обеспечивается благодаря возможности регулирования режимов анодной поляризации электропроводящего покрытия в зависимости от биологической активности морской воды. При этом в отличие от противообрастающих покрытий эффективность защиты не зависит от продолжительности эксплуатации конструкции и не снижается во времени.

Срок службы защиты от обрастания обеспечивается любой заданной величиной, но не менее срока службы противокоррозионного покрытия, например от 2 до 5 лет. Это обеспечивается выбором толщины покрытия, обеспечивающей его сплошность, а также благодаря тому, что оно не содержит выщелачиваемых биоцидов. Кроме того, так как анодная поляризация электропроводящего покрытия включается только при v_b ≅ 3 м/с, т.е. на стоянке, срок службы защиты от обрастания повышается примерно в два раза.

Исключение необходимости использования биоцидов в противообрастающих покрытиях обеспечено за счет образования биоцидов на поверхности электропроводящего покрытия при его анодной поляризации в морской воде.

Обеспечение экологической безопасности защиты от обрастания достигнуто следующим образом:
покрытия не содержат ядовитых веществ;
путем анодной поляризации на поверхности электропроводящего покрытия создается концентрация биоцидов (продуктов электролиза морской воды), минимально необходимая для предотвращения обрастания, при которой обрастатели не уничтожаются, а отпугиваются.

Обеспечивается снижение энергоемкости катодной защиты за счет того, что она включается только при ρ_п≅ 10³Oм·м² , т.е. в начальный период эксплуатации конструкций, когда ЛКП не обладает собственными защитными барьерными свойствами.

Повышение коэффициента полезного использования вспомогательных электродов обеспечивается за счет
отключения их как анодов при ρ_п> 10³Oм·м² ;
использования их в качестве катодов при v_b ≅ 3 м/с независимо от величины ρ_п ;
использование первого, третьего... электрода в качестве анода и второго, четвертого... в качестве катода при ρ_п≅ 10⁰Oм·м² и v_b ≅ 3 м/с.

Таким образом, принципиально новым является также то, что система катодной защиты (катодной поляризации) дополнительно выполняет функции источника анодной поляризации. Следовательно, на любом объекте морской техники, где в составе комплексной системы защиты имеется катодная защита, создается возможность рассматриваемого способа защиты только за счет нанесения электропроводящего покрытия и рекомендованной системы поляризации.

Формула изобретения

1. Комплексная защита от коррозии и обрастания конструкции в морской воде, включающая нанесение противокоррозионного и противообрастающего покрытий, катодную поляризацию конструкции от внешнего источника постоянного тока, обеспечивающую установление и поддержание заданного защитного потенциала относительно электродов сравнения, отличающаяся тем, что противообрастающее покрытие выполняют в виде сплошного электропроводящего слоя, измеряют скорость морской воды v_в и удельное переходное сопротивление противокоррозионного покрытия ρ_п и при их значениях v_в > 3 м/с, ρ_п≅ 10 Ом · м² осуществляют катодную поляризацию корпуса относительно вспомогательных электродов.

2. Комплексная защита от коррозии и обрастания конструкции в морской воде, включающая нанесения противокоррозионного и противообрастающего покрытия, катодную поляризацию конструкций от внешнего источника постоянного тока, обеспечивающую установление и поддержание заданного защитного потенциала относительно электродов сравнения, отличающаяся тем, что противообрастающее покрытие выполняют в виде сплошного электропроводящего слоя, подключают его к положительному полюсу источника питания постоянного тока, измеряют скорость морской воды v_в и удельное переходное сопротивление противокоррозионного покрытия ρ_п и при их значениях v_в ≅ 3 м/с, ρ_п> 10³ Ом · м² осуществляют анодную поляризацию электропроводящего покрытия относительно вспомогательных электродов.

3. Комплексная защита от коррозии и обрастания конструкции в морской воде, включающая нанесения противокоррозионного и противообрастающего покрытий, катодную поляризацию конструкции от внешнего источника постоянного тока, обеспечивающую установление и поддержание заданного защитного потенциала относительно электродов сравнения, отличающаяся тем, что противообрастающее покрытие выполняют в виде сплошного электропроводящего слоя, подключают его к положительному полюсу источника питания постоянного тока, измеряют скорость морской воды v_в, удельное переходное сопротивление противокоррозионного покрытия ρ_п и при их значениях v_в ≅ 3 м/с и ρ_п≅ 10³ Ом · м² осуществляют катодную поляризацию конструкции относительно части установленных вспомогательных электродов (например четных) и анодную поляризацию электропроводящего покрытия относительно остальных вспомогательных электродов (например нечетных).

4. Комплексная защита от коррозии и обрастания конструкции в морской воде, включающая нанесение противокоррозионного и противообрастающего покрытий, катодную поляризацию конструкции от внешнего источника тока, обеспечивающую установление и поддержание заданного защитного потенциала относительно электродов сравнения, отличающаяся тем, что противообрастающее покрытие выполняют в виде сплошного электропроводящего слоя, подключают его к положительному полюсу источника питания постоянного тока, определяют плотность тока катодной поляризации для защиты от коррозии корпуса i^к_з, необходимую для достижения защитного потенциала ϕ^к_з, и плотность тока анодной поляризации для защиты от обрастания электропроизводящего слоя i^a_з и при условии i^к_з = i^a_з осуществляют катодную поляризацию корпуса относительно электропроводящего слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4