RU2768625C1 - System of cathodic protection of ship hull against corrosion - Google Patents

System of cathodic protection of ship hull against corrosion Download PDF

Info

Publication number
RU2768625C1
RU2768625C1 RU2021125630A RU2021125630A RU2768625C1 RU 2768625 C1 RU2768625 C1 RU 2768625C1 RU 2021125630 A RU2021125630 A RU 2021125630A RU 2021125630 A RU2021125630 A RU 2021125630A RU 2768625 C1 RU2768625 C1 RU 2768625C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
ship
controller
potential
Prior art date
Application number
RU2021125630A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Шестаков
Александр Леонидович Кашин
Дмитрий Ефимович Рябинин
Сергей Алексеевич Жуков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" (АО "НПО Завод "Волна")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" (АО "НПО Завод "Волна") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" (АО "НПО Завод "Волна")
Priority to RU2021125630A priority Critical patent/RU2768625C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768625C1 publication Critical patent/RU2768625C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04Controlling or regulating desired parameters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and electronics in shipbuilding and can be used for cathodic protection of the underwater part of ship hulls, oil and gas production platforms, floating power plants and other offshore structures against corrosion. System comprises comparison electrodes, anodes, a controller and a control and display unit, wherein it is equipped with a module for interfacing with a ship control system, input-output of which is connected to the second input-output of the controller, by the converter currents control module, the first input-output of which is connected to the third input-output of the controller, and second input-output is connected to common bus for control of anode self-contained power supply converters, potentials module, first input-output of which is connected to fourth input-output of controller, and the second input-output is connected to the common potential bus, by the self-contained power supply converters of the anodes, the output of each of which is connected to the corresponding anode, and the input is connected to the corresponding input-output of the common current control bus of the self-contained power supply of the anodes, and the ship hull potential digital sensors, input of each of which is connected to the output of the corresponding comparison electrode, and the output is connected to the corresponding input-output of the common potential bus.
EFFECT: increasing the efficiency of protecting the ship hull against corrosion by increasing the accuracy of installation and maintaining the current values of protective potentials in local areas of the surface, depending on their ability to be polarized by electric current.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области применения электротехники и электроники в судостроении и может быть использовано для катодной защиты подводной части корпусов морских судов, нефтегазодобывающих платформ, плавучих электростанций и других морских сооружений от коррозии.The invention relates to the field of application of electrical engineering and electronics in shipbuilding and can be used for cathodic protection of the underwater part of the hulls of sea vessels, oil and gas platforms, floating power plants and other offshore structures from corrosion.

В настоящее время для предотвращения коррозии подводной части корпусов морских судов широко используются системы катодной защиты (СКЗ), которые обеспечивают поддержание требуемого защитного потенциала корпуса судна за счет автоматического регулирования электрического тока, протекающего между погруженным в воду анодом и корпусом судна.Currently, to prevent corrosion of the underwater part of the hulls of marine vessels, cathodic protection (CPS) systems are widely used, which maintain the required protective potential of the hull by automatically regulating the electric current flowing between the anode submerged in water and the hull of the vessel.

Принцип действия систем катодной защиты (Коррозия и защита судов: Справочник / Люблинский ЕЯ. и др. - Л.: Судостроение, 1987. - 376 с.; Бибиков Н.Н., Люблинский Е.Я., Поварова Л.В. Электрохимическая защита морских судов от коррозии. - М: Металлургия, 1987. - 96 с.) основан на способности металла, погруженного в морскую воду, переходить в пассивное состояние при смещении его потенциала в отрицательную сторону от стационарного значения.The principle of operation of cathodic protection systems (Corrosion and protection of ships: a Handbook / Lyublinsky EYa. and others - L .: Shipbuilding, 1987. - 376 p.; Bibikov N.N., Lyublinsky E.Ya., Povarova L.V. Electrochemical protection of marine vessels from corrosion. - M: Metallurgy, 1987. - 96 p.) is based on the ability of a metal immersed in sea water to pass into a passive state when its potential shifts in the negative direction from a stationary value.

Для эффективного функционирования СКЗ должны обеспечивать как высокоточное задание требуемого значения защитного потенциала корпуса судна, так и высокоточное автоматическое поддержание текущего значения защитного потенциала на уровне его требуемого значения с ошибкой, не превышающей 1% от требуемого значения защитного потенциала, на основании сравнения текущего значения потенциала, снимаемого с установленного на корпусе судна электрода сравнения, с заданным требуемым значением.For efficient operation, the CPS should provide both a high-precision setting of the required value of the protective potential of the ship's hull, and high-precision automatic maintenance of the current value of the protective potential at the level of its required value with an error not exceeding 1% of the required value of the protective potential, based on a comparison of the current value of the potential, removed from the reference electrode installed on the ship's hull, with a given required value.

Известны системы катодной защиты от коррозии металлоконструкции, преимущественно корпуса судна (RU 2110616 С1, 1998; RU 2110617 С1, 1998; RU 2215823 С1, 2003), которые в общей для них части содержат управляемый источник постоянного тока (преобразователь), отрицательный и положительный полюсы которого подключены к корпусу судна и аноду, соответственно, выполняющий роль датчика текущего значения потенциала корпуса корабля электрод сравнения, источник уставки защитного потенциала и блок управления.Known systems for cathodic protection against corrosion of metal structures, mainly ship hull (RU 2110616 C1, 1998; RU 2110617 C1, 1998; RU 2215823 C1, 2003), which in their common part contain a controlled DC source (converter), negative and positive poles which is connected to the ship's hull and the anode, respectively, acting as a sensor of the current value of the ship's hull potential, the reference electrode, the source of the protective potential setting and the control unit.

Количество анодных узлов, управляемых преобразователей, распределительных щитов и датчиков потенциала зависит от водоизмещения корабля.The number of anode units, controlled converters, switchboards and potential sensors depends on the displacement of the ship.

Например, для корабля водоизмещением 12000 тонн система катодной защиты (СКЗ) состоит из 14 анодов, подключаемых к двум преобразователям, которые подразделены на равные по количеству анодов анодные узлы. Количество анодных узлов равно числу преобразователей. На каждый анодный узел предусмотрено два датчика потенциала - основной и резервный. Для каждого анодного узла предусмотрен распределительный щит, к которому подключен кабель от плюсового полюса преобразователя и кабели от анодных узлов. Площадь сечения электрических кабелей, подключаемых к анодам, рассчитывают с учетом длины трассы, исходя из условия допустимых потерь напряжения в кабеле не более 5% от номинального выходного напряжения преобразователя, причем сопротивление кабеля, подключаемого к отдельным анодам, выбирают таким, чтобы величина тока каждого анода отличалась не более чем на 20% от средней величины токов анодов, а разброс силы тока в цепях разных анодов не превышал 30%. Эти требования вызваны ограничениями по регулированию токами анодов, которое производят через распределительный щит электропитания. Такую структуру построения СКЗ продолжают применять на кораблях.For example, for a ship with a displacement of 12,000 tons, the cathodic protection system (CPS) consists of 14 anodes connected to two converters, which are divided into anode units equal in number of anodes. The number of anode nodes is equal to the number of converters. For each anode unit, two potential sensors are provided - the main and the backup. A switchboard is provided for each anode unit, to which a cable from the positive pole of the converter and cables from the anode units are connected. The cross-sectional area of the electric cables connected to the anodes is calculated taking into account the length of the route, based on the condition of permissible voltage losses in the cable no more than 5% of the rated output voltage of the converter, and the resistance of the cable connected to individual anodes is chosen such that the current value of each anode differed by no more than 20% from the average value of the anode currents, and the spread of the current strength in the circuits of different anodes did not exceed 30%. These requirements are caused by limitations on the regulation of the anode currents, which is carried out through the power distribution board. This structure of construction of the SKZ continues to be used on ships.

Основным недостатком таких систем катодной защиты является недостаточная точность установки защитного потенциала, связанная с отсутствием возможности независимого регулирования тока каждого анода. Это обстоятельство усложняет процесс установки и особенно корректировки токов анодов в процессе эксплуатации, которые ограничены номинальным током преобразователя, что в конечном итоге, снижает эффективность катодной защиты, так как пониженный защитный потенциал приводит к возникновению коррозии металла, а при завышении защитного потенциала начинается процесс насыщения металла водородом, вызывающий разрушение металлоконструкции.The main disadvantage of such cathodic protection systems is the insufficient accuracy of setting the protective potential, due to the inability to independently control the current of each anode. This circumstance complicates the process of setting and especially adjusting the anode currents during operation, which are limited by the rated current of the converter, which ultimately reduces the effectiveness of cathodic protection, since a reduced protective potential leads to metal corrosion, and when the protective potential is overestimated, the process of saturation of the metal begins. hydrogen, causing the destruction of the metal structure.

Широко известна СКЗ, разработанная ЦНИИ КМ «Прометей» для атомных ледоколов (журнал «Судостроение» №6 за 2015 г., «Параметры и опыт эксплуатации в арктических условиях систем катодной защиты от коррозионно-эрозионных разрушений корпусов атомных ледоколов», авторы Ю.Л. Кузьмин, д.т.н. О.А. Ставицкий, А.В. Подшивалов). Эта СКЗ включает в себя 38 анодов и 16 электродов сравнения. Аноды разделены на восемь узлов, и все аноды одного узла подключены к одному преобразователю. Эта СКЗ по своей структуре и функциональным возможностям аналогична системам, описанным выше, поэтому возможности регулирования токами анодов также ограничены. Однако, в отличие от предыдущих СКЗ, анодные узлы включают в себя 2-3 анода, что при 16 электродах сравнения позволяет более точно и своевременно отслеживать уровни защитных потенциалов, но коррекция токов анодов проводится по усредненному показателю для всей поверхности, которую охватывает анодный узел.The CPS developed by the Central Research Institute of KM "Prometheus" for nuclear icebreakers is widely known (Sudostroenie magazine No. 6 for 2015, "Parameters and operating experience in arctic conditions of cathodic protection systems against corrosion and erosion damage to the hulls of nuclear icebreakers", authors Yu.L Kuzmin, Doctor of Technical Sciences O. A. Stavitsky, A. V. Podshivalov). This RMS includes 38 anodes and 16 reference electrodes. The anodes are divided into eight nodes, and all the anodes of one node are connected to one converter. This RMS is similar in its structure and functionality to the systems described above, so the ability to control the anode currents is also limited. However, unlike the previous SKZ, the anode nodes include 2-3 anodes, which, with 16 reference electrodes, allows you to more accurately and timely monitor the levels of protective potentials, but the correction of the anode currents is carried out according to the average indicator for the entire surface covered by the anode node.

Следует отметить, что для СКЗ основной характеристикой защищаемой от коррозии поверхности, находящейся в морской воде, является удельная катодная поляризуемость «b» (Ом⋅м2), которая в процессе эксплуатации снижается. Например, как было зарегистрировано во время проведения эксплуатационных испытаний СКЗ, установленной на атомных ледоколах, в начале эксплуатации этот параметр составлял 2-3 Ом⋅м2, а через 1,5 года 0,5-0,6 Ом⋅м2. При этом потенциал защищаемой поверхности, измеренный электродами сравнения, и токи анодов соответственно изменяли относительно первоначально установленных значений.It should be noted that for SCZ the main characteristic of the surface protected from corrosion in sea water is the specific cathodic polarizability "b" (Ohm⋅m 2 ), which decreases during operation. For example, as it was registered during the performance tests of the SPS installed on nuclear icebreakers, at the beginning of operation this parameter was 2-3 Ohm⋅m 2 , and after 1.5 years 0.5-0.6 Ohm⋅m 2 . In this case, the potential of the protected surface, measured by the reference electrodes, and the anode currents, respectively, were changed relative to the initially set values.

Значительный разброс поляризуемости защищаемой от коррозии поверхности особенно часто наблюдается на кораблях с большой подводной поверхностью, что вызвано неравномерным износом лакокрасочного покрытия, механическими повреждениями, как это ярко проявляется на корпусах ледоколов, а также анизотропией металла корпуса и рядом других факторов. В результате, при обобщении данных предшествующего периода эксплуатации, определяют среднее значение удельной катодной поляризуемости поверхности каждого анодного узла и корректируют величину средней плотности тока (А/м2), исходя из технических возможностей управления токами анодов, ток которых не может превышать номинальный ток преобразователя. Такой критерий регулирования защитного потенциала в процессе эксплуатации становится не эффективным, так как является избыточным для одних участков защищаемой поверхности и недостаточным для других. В тоже время СКЗ должна обеспечивать, в течение всего срока эксплуатации, непрерывную по времени и достаточную катодную поляризацию всей защищаемой поверхности, а не отдельных участков, таким образом, чтобы значения защитного потенциала по абсолютной величине находились в пределах не меньше Uмин и не более Uмax. В процессе работы СКЗ изменения защитного потенциала допускаются в диапазоне от минус 0,2 В до минус 1,5 В.A significant spread in the polarizability of the surface protected from corrosion is especially often observed on ships with a large underwater surface, which is caused by uneven wear of the paintwork, mechanical damage, as is clearly manifested on the hulls of icebreakers, as well as the anisotropy of the hull metal and a number of other factors. As a result, when summarizing the data of the previous period of operation, the average value of the specific cathodic polarizability of the surface of each anode unit is determined and the value of the average current density (A/m 2 ) is corrected, based on the technical capabilities of controlling the anode currents, the current of which cannot exceed the rated current of the converter. Such a criterion for regulating the protective potential during operation becomes ineffective, since it is redundant for some areas of the protected surface and insufficient for others. At the same time, the CPS must provide, during the entire service life, continuous in time and sufficient cathodic polarization of the entire protected surface, and not individual sections, so that the values of the protective potential in absolute value are within not less than U min and not more than U max . During the operation of the SKZ, changes in the protective potential are allowed in the range from minus 0.2 V to minus 1.5 V.

В целом, существующие корабельные СКЗ по своему структурному построению, а именно, объединению анодов в узлы и подаче питания на каждый анодный узел через распределительный щит электропитания от одного преобразователя и регулированию защитного потенциала в процессе эксплуатации по усредненной величине катодной поляризуемости поверхности, защищаемой током анодного узла, не обеспечивают достаточную защиту корпуса корабля при проявлении локальных видов коррозии, таких как язвенная, щелевая, контактная и других, которые выявляются при осмотре во время докования корабля.In general, the existing shipboard RMS in terms of their structural design, namely, the combination of anodes into nodes and the supply of power to each anode node through the power distribution board from one converter and the regulation of the protective potential during operation according to the average value of the cathodic polarizability of the surface protected by the current of the anode node , do not provide sufficient protection of the ship's hull in case of manifestation of local types of corrosion, such as pitting, crevice, contact and others, which are detected during inspection during the docking of the ship.

Наиболее близким по своей технической сущности аналогом (прототипом) по отношению к предлагаемой СКЗ является известное средство для катодной защиты от коррозии металлоконструкций, находящихся в воде по патенту RU №201537, опубл. 21.12.2020 г., МПК C2F13/04, содержащее электрод сравнения, анод, преобразователь, выполненный по схеме ШИМ-инвертора, блок управления и индикации и датчики тока и напряжения. Информационный обмен между узлами средства осуществляют в цифровом виде с использованием микроконтроллеров, что позволяет отслеживать защитный потенциал металлоконструкций с высокой точностью. Недостатком данного устройства, как и вышеописанных СКЗ, является недостаточная точность установки и поддержания защитных потенциалов для локальных участков поверхности корпуса корабля в зависимости от их поляризуемости, снижающая общую эффективность защиты корпуса корабля от коррозии.The closest in its technical essence analogue (prototype) in relation to the proposed SKZ is a well-known tool for cathodic corrosion protection of metal structures in water according to patent RU No. 201537, publ. 12/21/2020, IPC C2F13 / 04, containing a reference electrode, an anode, a converter made according to the PWM inverter circuit, a control and indication unit, and current and voltage sensors. Information exchange between the nodes of the tool is carried out in digital form using microcontrollers, which makes it possible to monitor the protective potential of metal structures with high accuracy. The disadvantage of this device, as well as the above-described RMS, is the lack of accuracy in setting and maintaining protective potentials for local areas of the surface of the ship's hull, depending on their polarizability, which reduces the overall effectiveness of the protection of the ship's hull from corrosion.

В связи с этим потребовалось решение технической проблемы, заключающейся в повышении эффективности защиты корпуса корабля от коррозии в соответствии с современными требованиями по обеспечению точности установки и поддержания значений защитного потенциала корпуса корабля.In this regard, it was necessary to solve the technical problem, which is to increase the effectiveness of the protection of the ship's hull from corrosion in accordance with modern requirements to ensure the accuracy of the installation and maintain the values of the protective potential of the ship's hull.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности защиты корпуса корабля от коррозии за счет повышения точности установки и поддержания текущих значений защитных потенциалов на локальных участках поверхности в зависимости от их способности к поляризации.The technical result of the proposed invention is to increase the efficiency of protecting the ship's hull from corrosion by improving the accuracy of the installation and maintaining the current values of protective potentials in local areas of the surface, depending on their ability to polarize.

Указанный технический результат достигается тем, что система катодной защиты корпуса корабля от коррозии, содержащая электроды сравнения, аноды и контроллер, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом блока управления и индикации, снабжена модулем сопряжения с системой управления корабля, вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу контроллера, модулем управления токами преобразователей, первый вход-выход которого подключен к третьему входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине управления токами преобразователей автономного питания анодов, модулем потенциалов, первый вход-выход которого подключен к четвертому входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине потенциалов, преобразователями автономного питания анодов, выход каждого из которых соединен с соответствующим анодом, а вход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины управления токами преобразователей автономного питания анодов, и цифровыми датчиками потенциала корпуса корабля, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего электрода сравнения, а выход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины потенциалов.The specified technical result is achieved by the fact that the cathodic protection system of the ship's hull against corrosion, containing reference electrodes, anodes and a controller, the first input-output of which is connected to the input-output of the control and indication unit, is equipped with an interface module with the ship's control system, the input-output of which connected to the second input-output of the controller, by the converter current control module, the first input-output of which is connected to the third input-output of the controller, and the second input-output is connected to the common bus for controlling the currents of the autonomous anode supply converters, by the potential module, the first input-output of which connected to the fourth input-output of the controller, and the second input-output is connected to a common potential bus, by anode independent power converters, the output of each of which is connected to the corresponding anode, and the input is connected to the corresponding input-output of the common current control bus of anode autonomous power converters, and digital sweat sensors cial of the ship's hull, the input of each of which is connected to the output of the corresponding reference electrode, and the output is connected to the corresponding input-output of the common potential bus.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемой системе катодной защиты корпуса корабля от коррозии определяется совокупное влияние токов близко расположенных анодов на потенциал каждого локального участка поверхности и обеспечивается автономное регулирование токов преобразователей с высокой точностью, соответствующей заданному защитному потенциалу локального участка поверхности.Thanks to a new set of essential features in the proposed system of cathodic protection of the ship's hull from corrosion, the cumulative effect of currents of closely spaced anodes on the potential of each local surface area is determined and autonomous regulation of the converter currents is provided with high accuracy corresponding to the given protective potential of the local surface area.

Заявляемая система катодной защиты корпуса корабля от коррозии поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed system of cathodic protection of the ship's hull against corrosion is illustrated by drawings, which show:

на фиг. 1 - структурная схема СКЗ корпуса корабля от коррозии;in fig. 1 - block diagram of the ship's hull anti-corrosion protection system;

на фиг. 2 - общая эквивалентная электрическая схема СКЗ корпуса корабля от коррозии;in fig. 2 - general equivalent electrical circuit of the ship's hull RMS against corrosion;

на фиг. 3 -эквивалентная электрическая схема для СКЗ корпуса корабля от коррозии с тремя цифровыми датчиками потенциала и тремя анодами.in fig. 3-equivalent electrical circuit for the RMS of the ship's hull against corrosion with three digital potential sensors and three anodes.

Заявляемая система катодной защиты корпуса корабля от коррозии, показанная на фиг. 1, состоит из анодов (6), каждый из которых соединен с преобразователем автономного питания анода (7), вход которого подключен к общей шине управления токами преобразователей автономного питания анодов (8), вход-выход которой подключен к модулю управления токами преобразователей (4). К каждому электроду сравнения (11) подключен цифровой датчик потенциала корпуса корабля (10), вход которого подключен к общей шине потенциалов (9), вход-выход которой подключен к модулю потенциалов (5). Вход-выход модуля управления токами преобразователей (4), вход-выход модуля потенциалов (5) и вход-выход блока управления и индикации (2) подключены каждый к соответствующему входу-выходу контроллера (3), выполненного на базе микропроцессора, при этом контроллер (3) соединен с модулем сопряжения с системой управления корабля (1).The inventive system of cathodic protection of the ship's hull against corrosion, shown in Fig. 1, consists of anodes (6), each of which is connected to an anode autonomous power converter (7), the input of which is connected to a common bus for controlling the currents of the anode autonomous power converters (8), the input-output of which is connected to the converter current control module (4 ). Each reference electrode (11) is connected to a digital ship hull potential sensor (10), the input of which is connected to a common potential bus (9), the input-output of which is connected to the potential module (5). The input-output of the current control module of the converters (4), the input-output of the potential module (5) and the input-output of the control and indication unit (2) are each connected to the corresponding input-output of the controller (3), made on the basis of a microprocessor, while the controller (3) connected to the interface module with the ship's control system (1).

Входящие в СКЗ корпуса корабля от коррозии элементы имеют следующее назначение.The elements included in the SKZ of the ship's hull against corrosion have the following purpose.

Модуль сопряжения с системой управления корабля (1) предназначен для передачи информации о состоянии СКЗ в автоматизированную систему управления корабля и получения данных об удельной электропроводности морской воды в регионах нахождения судна, которые через контроллер (3) поступают на пульт управления и индикации (2). Данный модуль представляет собой элемент цифрового сопряжения, выполненный на базе типового микроконтроллера, и может быть конструктивно объединен с контроллер (3) через порт с интерфейсом типа USB и др.The interface module with the ship's control system (1) is designed to transmit information about the status of the RMS to the ship's automated control system and receive data on the specific electrical conductivity of sea water in the regions where the ship is located, which are fed through the controller (3) to the control and display panel (2). This module is a digital interface element made on the basis of a typical microcontroller and can be structurally combined with the controller (3) through a port with a USB interface, etc.

Блок управления и индикации (2) предназначен для установки и отображения значений токов анодов, задания защитных потенциалов, их корректировки и индикации в процессе эксплуатации. Блок управления и индикации (2) содержит элементы для ввода данных о потенциалах, токах, напряжениях и табло, отображающее состояние СКЗ. Обеспечивает отображение данных, поступающих от системы управления корабля. Блок управления и индикации (2) может быть реализован с использованием микропроцессора и на типовых элементах, а конструкция выполнена в соответствии с требованиями, предъявляемыми к аппаратуре корабля.The control and indication unit (2) is intended for setting and displaying the values of anode currents, setting protective potentials, their correction and indication during operation. The control and indication unit (2) contains elements for entering data on potentials, currents, voltages and a display showing the status of the RMS. Provides display of data coming from the ship's control system. The control and indication unit (2) can be implemented using a microprocessor and on typical elements, and the design is made in accordance with the requirements for the ship's equipment.

Контроллер (3) предназначен для реализации алгоритма работы системы катодной защиты и обеспечивает информационный обмен между блоком управления и индикации (2) и модулем сопряжения с системой управления корабля (1). Программное обеспечение блока содержит специальные программные модули, устанавливающие циклы проведения опросов датчиков потенциалов, статической обработки и опросов преобразователей. Блок может быть реализован на типовом управляющем микроконтроллере типа 1986 ВЕ91 с встроенной FLASH-памятью программ и ОЗУ с 12-разрядными АЦП и ЦАП, периферийными интерфейсами USB, UART, SPI и др.The controller (3) is designed to implement the algorithm of the cathodic protection system and provides information exchange between the control and indication unit (2) and the interface module with the ship's control system (1). The block software contains special software modules that set the cycles for polling potential sensors, static processing and polling transducers. The block can be implemented on a typical control microcontroller type 1986 BE91 with built-in FLASH program memory and RAM with 12-bit ADC and DAC, USB, UART, SPI peripheral interfaces, etc.

Модуль управления токами преобразователей (4) предназначен для передачи и приема через общую шину управления токами преобразователей автономного питания анодов (8) адресных команд на установку токов преобразователей автономного питания анодов (7), автоматического поддержания токов в заданных пределах и содержит элементы сопряжения с общей шиной управления токами преобразователей автономного питания анодов (катодный повторитель).Converter current control module (4) is designed to transmit and receive via a common current control bus of anode autonomous power converters (8) address commands to set the currents of anode autonomous power converters (7), automatically maintain currents within specified limits and contains interface elements with a common bus control of currents of converters of autonomous supply of anodes (cathode follower).

Модуль потенциалов (5) принимает адресные сообщения о потенциалах от цифровых датчиков потенциала корпуса корабля (10) во временном цикле, заданном контроллером (3), и состоит из микроконтроллера и элемента сопряжения (согласующего элемента) с общей шиной потенциалов (9).The potential module (5) receives address messages about potentials from digital sensors of the ship's hull potential (10) in a time cycle set by the controller (3), and consists of a microcontroller and an interface element (matching element) with a common potential bus (9).

Общая шина управления токами преобразователей автономного питания анодов (8) и общая шина потенциалов (9) обеспечивают индивидуальное селективное получение адресных команд преобразователями и прием адресных сообщений о потенциалах, фиксируемых цифровыми датчиками потенциала корпуса корабля из общих потоков команд и сообщений.The common bus for controlling the currents of the converters of the independent power supply of the anodes (8) and the common bus of potentials (9) provide individual selective receipt of address commands by the converters and the receipt of address messages about the potentials recorded by digital sensors of the ship's hull potential from the general command and message flows.

В качестве преобразователей автономного питания анодов (7) используют управляемые источники питания с регулируемым в цифровом виде выходным напряжением от 12 В до 24 В, с точностью поддержания тока около 1% в пределах диапазона регулирования, в редких случаях до 36 В с выходным током до 40 А с электропитанием от сети ~3x380 В, например, типа МАА 900-1Т1224 БКЮС.436610.007 ТУ с регулируемым выходным напряжением от 12 В до 24 В и выходным током до 37,5 А, так же могут быть применены регулируемые источники с ПШМ-модуляцией.As anode autonomous power converters (7), controlled power supplies with a digitally regulated output voltage from 12 V to 24 V are used, with an accuracy of maintaining a current of about 1% within the control range, in rare cases up to 36 V with an output current of up to 40 And with a power supply from the mains ~ 3x380 V, for example, type MAA 900-1T1224 BKYUS.436610.007 TU with adjustable output voltage from 12 V to 24 V and output current up to 37.5 A, adjustable sources with PSWM modulation can also be used .

Для кораблей различного водоизмещения и назначения при проектировании СКЗ могут быть установлены типовые или специальные аноды, как это сделано на ледоколах, хлорсеребряные электроды сравнения типа ЭСХП-СЛ и другие, которые устанавливают на внешней стороне корпуса и непосредственно или кабелем соединяют с цифровым датчиком, гальванически развязанным от электросети корабля, и также соединенным с общей шиной потенциалов (9). Цифровой датчик потенциала корпуса корабля (10) содержит АЦП и элементы усиления потенциала и электропитания.For ships of various displacements and purposes, when designing the SKZ, standard or special anodes can be installed, as is done on icebreakers, silver chloride reference electrodes of the ESKhP-SL type and others, which are installed on the outside of the hull and connected directly or by cable to a digital sensor, galvanically isolated from the ship's electrical network, and also connected to a common potential bus (9). The digital ship hull potential sensor (10) contains an ADC and potential amplification and power supply elements.

На фиг. 3 показана эквивалентная электрическая схема заявляемой СКЗ корпуса корабля от коррозии для частного случая использования трех цифровых датчиков потенциала и трех анодов. Эта схема составлена, исходя из свойств дуальности (взаимообратимости) двухполюсников, а нагрузка каждого анода представлена параллельным соединением сопротивлений растекания тока каждого анода по локальным участкам поверхности, на которых размещены цифровые датчики потенциалов.In FIG. 3 shows an equivalent electrical circuit of the claimed RMS of the ship's hull against corrosion for the particular case of using three digital potential sensors and three anodes. This scheme is based on the properties of duality (mutual reversibility) of two-terminal networks, and the load of each anode is represented by a parallel connection of the current spreading resistances of each anode over local areas of the surface, on which digital potential sensors are placed.

Исходя из предположения о том, что токи анодов складываются в каждой точке поверхности, и цифровой датчик потенциала фиксирует потенциал, пропорциональный сумме протекающих токов преобразователей, СКЗ может быть адекватно представлена следующей системой линейных уравнений (СЛУ):Based on the assumption that the anode currents add up at each point of the surface, and the digital potential sensor captures the potential proportional to the sum of the flowing currents of the converters, the RMS can be adequately represented by the following system of linear equations (SLE):

Figure 00000001
Figure 00000001

где:where:

-n и m - соответственно количество цифровых датчиков потенциалов и анодов в СКЗ;-n and m - respectively, the number of digital sensors of potentials and anodes in the SKZ;

- Ij - ток j-oго анода;- Ij - current of the j-th anode;

- rij - сопротивление растекания тока «j»-ого анода в цепи «i»-ого цифрового датчика потенциала (переходное сопротивление);- r ij - current spreading resistance of the "j"-th anode in the circuit of the "i"-th digital potential sensor (transitional resistance);

- Ui…Um - защитные потенциалы.- U i …U m - protective potentials.

При малых значениях отдельных переходных сопротивлений для удаленных участков поверхности данная система линейных уравнений распадается на ряд независимых уравнений и порядок системы понижается.For small values of individual transient resistances for remote areas of the surface, this system of linear equations is decomposed into a number of independent equations and the order of the system is reduced.

Поясним это. Пусть в результате проведения измерений, например, на этапе пуско-наладочных работ СКЗ на объекте, были получены следующие данные для одного из фрагментов защищаемой поверхности: r11=0,3 Ом, r22=0,025 Ом и r33=0,02 Ом, r12=r21=r31=r13=r23=r32=0,01 Ом и все другие переходные сопротивления, связанные с токами других анодов, были приравнены нулю.Let's explain this. Let as a result of measurements, for example, at the stage of commissioning of the RMS at the facility, the following data were obtained for one of the fragments of the protected surface: r 11 = 0.3 Ohm, r 22 = 0.025 Ohm and r 33 = 0.02 Ohm , r 12 =r 21 =r 31 =r 13 =r 23 =r 32 =0.01 Ohm and all other transient resistances associated with the currents of other anodes were set to zero.

Значения приведенных к сопротивлению растекания тока преобразователя защитных потенциалов определены и равны соответственно: U1=0,7 В, U2=0,8 В, U3=0,6 В.The values \u200b\u200bof the protective potentials reduced to the current spreading resistance of the converter are determined and are equal, respectively: U 1 \u003d 0.7 V, U 2 \u003d 0.8 V, U 3 \u003d 0.6 V.

Введение приведенных защитных потенциалов к сопротивлению растекания тока преобразователя обуславливается тем, что фиксируемые цифровыми датчиками потенциалы уровней индицируют только части растекающегося по локальному участку поверхности тока, но весь ток не пропускают.The introduction of the reduced protective potentials to the resistance of the current spreading of the converter is due to the fact that the level potentials recorded by digital sensors indicate only parts of the current spreading over a local area of the surface, but do not pass the entire current.

Используя вышеуказанные данные, составим СЛУ для данного фрагмента защищаемой поверхности:Using the above data, we will compose the SLE for this fragment of the protected surface:

Figure 00000002
Figure 00000002

Подставляя данные и решая эту СЛУ, например по методу Крамера, получаем искомые токи анодов I1=22,l А, I2=32,1 А, I3=19,4 А (определитель D=144,5⋅10-6, дополнительные определители: D1=32⋅104, D2=2,33⋅10-4 и D3=28⋅10-6, Ii=Di/D).Substituting the data and solving this SLE, for example, using the Cramer method, we obtain the desired anode currents I 1 \u003d 22.l A, I 2 \u003d 32.1 A, I 3 \u003d 19.4 A (determinant D \u003d 144.5 ⋅ 10 -6 , additional determinants: D1=32⋅10 4 , D2=2.33⋅10 -4 and D3=28⋅10 -6 , Ii=Di/D).

Заявляемая система катодной защиты корпуса корабля от коррозии работает следующим образом.The inventive system of cathodic protection of the ship's hull from corrosion works as follows.

Первоначально, при вводе СКЗ корпуса корабля в эксплуатацию, не включая преобразователей, определяют стационарные потенциалы корпуса корабля в местах размещения цифровых датчиков потенциалов корпуса корабля, и эти значения вводят в контроллер через блок управления и индикации. Далее производят последовательное включение/выключение каждого преобразователя, определяют значения потенциалов по всем датчикам и вводят их в контроллер. Таким образом определяют растекание тока каждого преобразователя по локальным участкам корпуса корабля и вычисляют переходные сопротивления между анодами и датчиками. На фиг. 2 показана общая эквивалентная электрическая схема СКЗ корпуса корабля от коррозии, из которой следует, что переходные сопротивления между i-ым датчиком и j-ым анодом rij=rj/ku, где ku - коэффициент передачи по напряжению между ними, ri - внутреннее сопротивление датчика потенциала. Далее устанавливают защитные потенциалы для всех локальных участков поверхности корпуса корабля, исходя из значений стационарных потенциалов, вводят их в контроллер и вычисляют необходимые величины токов каждого преобразователя, используя расчетный программный модуль контроллера. Полученные величины токов передают на вход модуля управления токами преобразователей.Initially, when the ship hull RMS is put into operation, not including converters, stationary potentials of the ship hull are determined at the locations of digital sensors of the ship hull potentials, and these values are entered into the controller through the control and indication unit. Next, each converter is sequentially turned on/off, the potential values are determined for all sensors and entered into the controller. Thus, the spreading of the current of each converter over the local sections of the ship's hull is determined and the transient resistances between the anodes and sensors are calculated. In FIG. 2 shows the general equivalent electrical circuit of the RMS of the ship's hull against corrosion, from which it follows that the transient resistances between the i-th sensor and the j-th anode r ij =r j /k u , where k u is the voltage transfer coefficient between them, r i - internal resistance of the potential sensor. Next, protective potentials are set for all local areas of the surface of the ship's hull, based on the values of stationary potentials, they are entered into the controller, and the required values of the currents of each converter are calculated using the calculation software module of the controller. The obtained values of currents are transmitted to the input of the current control module of the converters.

Модуль управления токами преобразователей поочередно по заданному контроллером циклу считывает с преобразователей в цифровом виде текущие значения токов, которые поступают на его вход-выход через общую шину управления токами преобразователей автономного питания анодов и контроллер этого модуля сравнивает текущее значение тока с заданием, поступившим на его вход из контроллера, и после вычисления разности в значениях изменяет ток преобразователя таким образом, чтобы свести эту разность токов к нулевому значению.The converter current control module, in turn, according to the cycle set by the controller, reads from the converters in digital form the current values of the currents that enter its input-output through the common bus for controlling the currents of the converters of the autonomous power supply of the anodes and the controller of this module compares the current value of the current with the task received at its input from the controller, and after calculating the difference in values, changes the converter current in such a way as to reduce this current difference to zero.

Изолированный от корпуса корабля анод с развитыми геометрическими размерами создает зону растекания тока благодаря электропроводности морской воды и тем самым сдвигает потенциал этой части поверхности корпуса корабля. Размещенный на удалении от анода цифровой датчик потенциала корпуса корабля преобразует в цифровой вид значение потенциала корпуса корабля и по гальванически развязанной цепи передает значение потенциала через общую шину потенциалов на вход-выход модуля потенциалов, который соединен с контроллером.An anode isolated from the ship's hull with developed geometric dimensions creates a current spreading zone due to the electrical conductivity of sea water and thereby shifts the potential of this part of the ship's hull surface. A digital sensor of the ship's hull potential located at a distance from the anode converts the value of the ship's hull potential into digital form and transmits the potential value via a galvanically isolated circuit through a common potential bus to the input-output of the potential module, which is connected to the controller.

Электрод сравнения является высокочувствительным элементом системы катодной защиты, подвержен влиянию корпусных помех, обладает высоким входным сопротивлением от десятков кОм и более и по этой причине его показания подвержены значительным флуктуациям. Для получения стабильных показаний цифровых датчиков потенциала корпуса корабля контроллером задается временной цикл опроса всех датчиков СКЗ. Полученные таким образом массивы показаний датчиков интегрируют в модуле потенциалов на значительном временном интервале (порядка нескольких минут) с исключением отдельных статически выпадающих значений, и по команде со стороны контроллера данные о потенциалах с выхода модуля потенциалов поступают в контроллер.The reference electrode is a highly sensitive element of the cathodic protection system, is affected by body noise, has a high input resistance of tens of kOhm or more, and for this reason its readings are subject to significant fluctuations. To obtain stable readings of digital sensors of the potential of the ship's hull, the controller sets a time cycle for polling all sensors of the SKZ. The arrays of sensor readings obtained in this way are integrated in the potential module over a significant time interval (of the order of several minutes) with the exception of individual statically outlier values, and upon command from the controller, the potential data from the output of the potential module are sent to the controller.

Общий алгоритм регулирования токов преобразователей заключается в выполнении последовательных итераций с отслеживанием цифровыми датчиками сдвигов защитных потенциалов.The general algorithm for regulating the currents of the converters is to perform successive iterations with digital sensors monitoring the shifts of protective potentials.

Claims (1)

Система катодной защиты корпуса корабля от коррозии, содержащая электроды сравнения, аноды и контроллер, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом блока управления и индикации, отличающаяся тем, что она снабжена модулем сопряжения с системой управления корабля, вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу контроллера, модулем управления токами преобразователей, первый вход-выход которого подключен к третьему входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине управления токами преобразователей автономного питания анодов, модулем потенциалов, первый вход-выход которого подключен к четвертому входу-выходу контроллера, а второй вход-выход подключен к общей шине потенциалов, преобразователями автономного питания анодов, выход каждого из которых соединен с соответствующим анодом, а вход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины управления токами преобразователей автономного питания анодов, и цифровыми датчиками потенциала корпуса корабля, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего электрода сравнения, а выход подключен к соответствующему входу-выходу общей шины потенциалов.The cathodic protection system of the ship's hull against corrosion, containing reference electrodes, anodes and a controller, the first input-output of which is connected to the input-output of the control and indication unit, characterized in that it is equipped with an interface module with the ship's control system, the input-output of which is connected to the second input-output of the controller, the converter current control module, the first input-output of which is connected to the third input-output of the controller, and the second input-output is connected to the common bus for controlling the currents of the autonomous anode power converters, the potential module, the first input-output of which is connected to the fourth input-output of the controller, and the second input-output is connected to a common bus of potentials, by converters of independent power supply of anodes, the output of each of which is connected to the corresponding anode, and the input is connected to the corresponding input-output of the common bus for controlling the currents of converters of independent supply of anodes, and digital ship hull potential sensors, input each of which is connected to the output of the corresponding reference electrode, and the output is connected to the corresponding input-output of the common potential bus.
RU2021125630A 2021-08-30 2021-08-30 System of cathodic protection of ship hull against corrosion RU2768625C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125630A RU2768625C1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 System of cathodic protection of ship hull against corrosion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125630A RU2768625C1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 System of cathodic protection of ship hull against corrosion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768625C1 true RU2768625C1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80820012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021125630A RU2768625C1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 System of cathodic protection of ship hull against corrosion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768625C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215823C1 (en) * 2002-05-13 2003-11-10 Закрытое акционерное общество "СУЛАК" System for cathode protection of metallic structures against corrosion
RU2618968C1 (en) * 2015-10-13 2017-05-11 Александр Петрович Молодцов Device for power and automatic control of output current system of cathodic protection system from corrosion of metal constructions
CN211256101U (en) * 2020-01-16 2020-08-14 上海汇凯电器有限公司 Constant potential rectifier for impressed current cathodic protection device of ship body
RU201537U1 (en) * 2020-05-26 2020-12-21 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" MEANS FOR CATHODIC CORROSION PROTECTION OF METAL STRUCTURE IN WATER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215823C1 (en) * 2002-05-13 2003-11-10 Закрытое акционерное общество "СУЛАК" System for cathode protection of metallic structures against corrosion
RU2618968C1 (en) * 2015-10-13 2017-05-11 Александр Петрович Молодцов Device for power and automatic control of output current system of cathodic protection system from corrosion of metal constructions
CN211256101U (en) * 2020-01-16 2020-08-14 上海汇凯电器有限公司 Constant potential rectifier for impressed current cathodic protection device of ship body
RU201537U1 (en) * 2020-05-26 2020-12-21 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" MEANS FOR CATHODIC CORROSION PROTECTION OF METAL STRUCTURE IN WATER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7951286B2 (en) Using an impressed current cathodic protection system to power electrical appliances
CN106645966B (en) Device and method for monitoring insulation state between couples
US4381981A (en) Sacrificial cathodic protection system
RU2768625C1 (en) System of cathodic protection of ship hull against corrosion
CN113445054B (en) Control method for improving impressed current cathodic protection reliability of offshore wind power pile foundation
US4437957A (en) Cathodic or anodic protection system and method for independently protecting different regions of a structure
CN105603438B (en) Region cathodic protection monitoring regulator control system
CN114487574A (en) Potential measuring apparatus and method
KR101347707B1 (en) Hybrid type cathode protection system sacrificial anode type cathode protection technologies for marine concrete structure
Kessler et al. An update on the long term use of cathodic protection of steel reinforced concrete marine structures
CN103590334B (en) A kind of anti-corrosion protection method of stayed structure and the drag-line with anti-corrosion function
KR20090127713A (en) Electric antipolution system for ocean facilities at sea
JP2018123394A (en) Electric anticorrosion system and constant current circuit
Mishra et al. Design of a solar photovoltaic-powered mini cathodic protection system
TWI636245B (en) System and method for monitoring metal collision
Anis et al. Photovoltaic powered regulated cathodic protection system
Mathiazhagan Design and Programming of Cathodic Protection for ships
RU201537U1 (en) MEANS FOR CATHODIC CORROSION PROTECTION OF METAL STRUCTURE IN WATER
JP4841148B2 (en) Method of measuring deterioration of electrode of seawater electrolyzer and method of calculating limit of use of electrode of seawater electrolyzer
CN217839138U (en) Impressed current cathodic protection system for offshore wind power single pile
KR102554221B1 (en) External Power ICCP System for Ships
Krebs ICCP system for internal protection of monopiles for offshore wind farms
RU2791558C1 (en) Modular sacrificial protection system for marine structures
JPS61177384A (en) Electrolytic corrosion preventive device
Alzetouni Impressed current cathodic protection for oil well casing and associated flow lines