行業(yè)動(dòng)態(tài)

大型集裝箱船舶防海生物裝置（MGPS）系統實(shí)例介紹

岳老軌分享輪機技術(shù)2019-01-06 13:56

加拿大羅布特王子港

船舶在海水中錨泊及航行時(shí)，海水管系會(huì )受到海水及海水中的海生物的嚴重侵蝕及污染。包括海水中的海生物會(huì )腐蝕管系，并且海生物進(jìn)入管系后會(huì )在管系中繁殖生長(cháng)，使濾器堵塞，由于海生物在管壁的生長(cháng)、繁殖、侵蝕，導致管系管道的直徑越來(lái)越小，引起流量減小，冷卻量不足，侵蝕會(huì )導致部分管系管壁變薄，容易造成在正常工作壓力的情況下管系爆裂，這些都是不利于安全生產(chǎn)及船舶安全航行的因素。因此防海生物裝置廣泛的應用于各個(gè)船舶，目前船舶防海生物裝置主要有兩種，即電解海水防海生物裝置和電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置。

一：電解海水防海生物裝置

電解海水裝置是通過(guò)鉑鈦電極或者另外的特制電極對海水進(jìn)行電解，在電解過(guò)程中產(chǎn)生有效的氯離子來(lái)殺死海生物，電解海水產(chǎn)生的次氯酸鈉、次氯酸及氯氣，這些都是強氧化劑，能夠有效的殺死海水中的生物及幼蟲(chóng)，從而達到防海生物的目的。

電解海水防海生物裝置對海生物的防治比較徹底，同時(shí)對海洋環(huán)境無(wú)污染，對于海水管系還能起到陰極保護功效（直接電解海水方式）。

電解海水防海生物裝置通常采用兩種方式：一種是直接把電極安裝到海底門(mén)上直接對海水進(jìn)行電解（此時(shí)以海水管系為陰極）；另一種是把海水引入特制的電解槽中對海水進(jìn)行電解。無(wú)論采用那種電解海水方式，通常安裝費用比較高（相對于電解銅/鋁裝置），況且在電解海水的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生氫氣，氫氣屬于易燃易爆氣體，還要對其進(jìn)行安全排放，所以在常見(jiàn)的船舶上采用電解海水防海生物裝置的越來(lái)越少，絕大多數船舶都是采用電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置。

二：電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置

目前大多數船舶采用的防海生物裝置是電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置，我輪亦是如此。通常此種裝置電極會(huì )安裝在船舶的高低位海底及應急海底門(mén)上，有利于電極的定期檢查及更換；但也有部分船舶會(huì )把電極安裝在海底吸口閥箱內，電極的檢查和更換只能等船舶進(jìn)塢才能進(jìn)行不利于設備的保養。

（1），電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置的原理

電解銅/鋁（鐵）防海生物裝置陽(yáng)極的選擇是根據管系材質(zhì)的不同而進(jìn)行不同的選擇，如果管系的材質(zhì)是鋼，需要選擇銅/鋁陽(yáng)極,如果管系的材質(zhì)是銅或者鋁的話(huà)，則需要選擇銅/鐵陽(yáng)極。銅/鋁（鐵）陽(yáng)極并不僅僅是一對一的關(guān)系（即一個(gè)銅陽(yáng)極對應一個(gè)鋁或者鐵陽(yáng)極），可以是多對一或者多對多的關(guān)系（即兩個(gè)或者更多的銅陽(yáng)極對應一個(gè)或者多個(gè)鋁/鐵陽(yáng)極），這些都是根據船舶不同而進(jìn)行不同的搭配。在這種裝置中，銅/鋁（鐵）都是作為陽(yáng)極進(jìn)行電解的，利用海水管系本身作為陰極。

由化學(xué)知識可以知道，當銅/鋁陽(yáng)極在海水中進(jìn)行電解時(shí)，銅陽(yáng)極會(huì )產(chǎn)生微量的銅離子（Cu 2+）,鋁/鐵陽(yáng)極在海水中電解時(shí)會(huì )產(chǎn)生鋁離子（Al3+）/鐵離子(Fe3+),鋁離子（Al3+）/鐵離子(Fe3+)會(huì )和陰極產(chǎn)生的氫氧根離子（OH-）進(jìn)行化學(xué)反應，生成相應的氫氧化鋁{Al(OH)3 }或者氫氧化鐵{Fe(OH)3},氫氧化鋁{Al(OH)3 }或者氫氧化鐵{Fe(OH)3}是一種高黏性的絮狀物，銅陽(yáng)極電解出的Cu 2+ 也會(huì )被吸附在這些絮狀物上，這些絮狀物通過(guò)海水帶動(dòng)流過(guò)海水管時(shí)會(huì )粘附在海水管壁上，形成一層保護膜，當然這層保護膜是很薄的。這層保護膜的作用有兩種：一是阻止海生物在管壁吸附并生長(cháng)，二是也可以防止海水對管系腐蝕。銅離子（Cu 2+）的主要作用是阻止海生物的生長(cháng)進(jìn)而殺死海生物，經(jīng)查資料得知，當海水中銅離子的含量達到每立方米2毫克的時(shí)候就能有效的阻止海生物的生長(cháng)。

（2）離子濃度、陽(yáng)極電流和電極消耗量

海水中銅/鋁離子的濃度的大小取決于以下幾個(gè)因素：陽(yáng)極電流、通過(guò)陽(yáng)極的海水流量、海水密度、電極數量和電解效率。由于銅/鋁的電化當量是固定的（銅的電化當量是1.168g/A.h,鋁為0.3365 g/A.h），只要知道電流大小、電極數量和海水流量就可以很容易的算出離子濃度。

在船舶實(shí)際應用當中，由于電極數量和海水流量是固定的，所以離子濃度與通過(guò)陽(yáng)極的電流成正比關(guān)系。

陽(yáng)極在電解時(shí)消耗率用電化當量來(lái)表示，且每種金屬的電化當量是固定的，這樣就很容易的算出陽(yáng)極的年消耗率。例如銅的電化當量是1.168g/A.h，指的是以1安培的電流電解銅一小時(shí)，銅消耗1.168克，那么銅在電解時(shí)的年消耗率就是24*365*1.168g/Ah,即每安培年10.4Kg。只要知道電解電流，那么陽(yáng)極的年消耗量也就知道了。

離子濃度、陽(yáng)極電流和電極消耗量三者之間是相互影響的，陽(yáng)極電流決定了離子濃度及電極的消耗量。大電流增強了防治效果，但是也相應加劇了陽(yáng)極消耗，不經(jīng)濟；小電流又起不到防海生物的效果。所以根據實(shí)際情況選擇合適的電流才能做到即減少陽(yáng)極消耗又起到防治效果。

（3）電解銅/鋁裝置的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

電解銅/鋁裝置是直接把電極安裝在海水管路上，此種裝置結構簡(jiǎn)單、安裝方便且成本低廉。不需要進(jìn)行特別管理，沒(méi)有副產(chǎn)品，僅需定期更換電極即可。另外此種裝置耗電量很少，兼具防腐蝕的效果。電解銅/鋁裝置對貝殼類(lèi)生物防治效果不錯，但對于植物類(lèi)和粘液類(lèi)生物效果較差。

缺點(diǎn)為防治效果不如電解海水裝置，銅、鋁等電極屬于不可再生資源，長(cháng)期排放到海水中會(huì )對環(huán)境造成污染，破壞海洋的生態(tài)環(huán)境。

三：我輪的防海生物裝置

我輪采用意大利AZIENDA CHIMICA GENOVESE公司電解銅/鋁海生物裝置，由于我輪海水管系的材質(zhì)是鋼質(zhì)的，所以采用的是銅/鋁陽(yáng)極。整個(gè)裝置中共有3組陽(yáng)極，分別安裝在高位海底、低位海底和應急海底上，其中高、低位海底的陽(yáng)極都是2個(gè)銅陽(yáng)極（直徑150mm）直徑和一個(gè)鋁陽(yáng)極（直徑150mm）作為一組，應急海底陽(yáng)極是一銅一鋁（直徑都是80mm），具體請看圖片(圖1)。

圖1

電氣部分

本系統通過(guò)把AC220V輸入電源經(jīng)過(guò)一個(gè)降壓變壓器降壓并整流成直流電壓后，然后通過(guò)每個(gè)獨立的通道輸送到每個(gè)陽(yáng)極上，且每個(gè)通道的電壓是可以調節的，本裝置有10路獨立的直流電壓輸出，我輪只用了其中的8路。直流電壓的調節和控制由DGT card來(lái)完成。本裝置還在交流電路部分安裝短路和過(guò)載保護裝置，用來(lái)保護系統不被損壞。

控制屏能夠讀取當前每個(gè)陽(yáng)極的電壓和電流并且可以對其進(jìn)行調節，控制屏見(jiàn)下圖（用低位海底時(shí)）。其中Cu3和Cu6沒(méi)有連接電極，Cu1、Cu2和Al1是低位海底電極，Cu4、Cu5和Al2是高位海底電極，Cu7和Al3是應急海底電極。

用低位海底門(mén)時(shí)-參數

工作模式的選擇及參數的更改

工作模式的選擇及參數的更改通過(guò)控制屏上的按鍵完成。當按下控制屏上的退出（ESCAPE）鍵時(shí)，會(huì )出現如下的界面：

在第一項Operation Set Mode里可以進(jìn)行操作模式的設定，也可以更改電流值；第二項Potential Set Mode里可以對電流值的上下限進(jìn)行設定；第三項Anode Way & Type Set Mode船方?jīng)]有權限進(jìn)入，屬于工程師模式。*號鍵代表將要選擇的菜單，UP/DOWN鍵進(jìn)行選擇，確定以后按ENTER鍵進(jìn)入。通過(guò)操作可以進(jìn)行工作模式的選擇及電流的保護值（電流上限）的更改。

當選擇Operation Set Mode并按ENTER鍵進(jìn)入下級菜單后就可以進(jìn)行操作模式的設定及電流的更改。左右鍵進(jìn)行光標的左右移動(dòng)，上下鍵更改當前光標處的值，當更改后，按ESCAPE鍵兩次會(huì )出現下圖界面，按下ENTER鍵進(jìn)行保存數據，按下ESCAPE則為不保存數據，此時(shí)無(wú)論按下2個(gè)鍵中的任何一個(gè)鍵，系統將會(huì )進(jìn)行重啟并進(jìn)入到工作模式。

根據我輪的實(shí)際情況，高/低位海底陽(yáng)極工作電流都是設定在1.2A，應急吸入海底陽(yáng)極的工作電流設定在0.1A。正常情況下工作電流是無(wú)需更改的，如果進(jìn)行了海底門(mén)轉換，則需要對高/低位海底電極電流進(jìn)行重新設定。如海底從高位轉到低位工作，相應的要把高位海底電極電流從1.2A更改到0.1A，低位海底電極電流則從0.1A更改到1.2A。

當選擇Potential Set Mode并按下ENTER鍵時(shí)，會(huì )進(jìn)入如下界面（進(jìn)入此菜單需要密碼）：

可以通過(guò)四個(gè)導航鍵進(jìn)行電流的上下限值的設定，方法如上，就不再詳述。電流的上限設定多少，說(shuō)明書(shū)會(huì )給出具體值，我輪裝置說(shuō)明書(shū)要求所有電極電流不要超過(guò)1.8A，故電流的保護值設定在1.8A。

① 保養維護及常見(jiàn)故障

電解銅/鋁裝置結構簡(jiǎn)單，并不需要特別的保養維護。定期檢查控制箱內部各器件的工作情況，檢查電極接線(xiàn)盒內接線(xiàn)連接情況，看有無(wú)松動(dòng)。接線(xiàn)盒水密情況，避免清洗海底門(mén)濾器是海水滲入，另外要特別注意接線(xiàn)盒內接地線(xiàn)是否牢固接地。

如果電極工作時(shí)電流是0A，首先檢查電極連接電纜，看是否存在電纜接頭松動(dòng)或者連接脫落現象，另外檢查電極看電極部件是否存在損壞而漏水的情況。另外可能是電極消耗過(guò)大以至于不能進(jìn)行電解，此時(shí)需更換電極。也可將電極接線(xiàn)接入控制屏的備用通道，看此時(shí)工作電流是否正常，用來(lái)判斷通道是否正常。

② 電極更換

下圖為電極的結構的局部放大圖，電極的更換請按照下面的步驟進(jìn)行：1，從接線(xiàn)盒處拆下需要更換電極的電纜（圖中1）；2，擰下電纜密封填料蓋（圖中2）；3，打開(kāi)電極電纜接線(xiàn)處的上端蓋（圖中4）；4，擰下電纜連接緊固螺栓，拆下電纜（圖中9）；5，擰下固定圖中PART-A的所有固定螺栓（圖中23、24、25）。然后拔出電極棒；6，卸下電極的固定螺栓及墊片（圖中10、26）；7，此時(shí)可把電極棒擰下；更換后按照相反順序裝復即可。

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