Коррозионный контроль и автономный корабль

Автор: Buddy Reams • 20 марта 2018

Хотя затраты на топливо представляют собой, по большому счету, большую часть транспортных расходов по сравнению с бортовыми экипажами, все же существуют значительные выгоды, которые могут быть получены от автономных судов. Потенциальные экономические выгоды слишком велики, чтобы игнорировать эту новую технологию.

Успех автономной доставки потребует полного изменения отношения тех, кто работает в морской среде, начиная с верфей, которые обычно ориентированы только на снижение стоимости новых судов.

Хотя понятно, что нынешняя модель дизайна стремится минимизировать затраты на строительство и эксплуатацию судов, это часто приводит к использованию менее оптимальных систем защиты от коррозии. Эта модель принятия решений фокусируется на первоначальных капитальных расходах без понимания и учета значительной безопасности и долгосрочной надежности более совершенной системы. В результате мы сталкиваемся с ситуациями, когда экипаж судна будет наносить дополнительный слой краски сразу после родов, или верфи ограничивают гарантийное покрытие, чтобы компенсировать менее оптимальные системы защиты от коррозии.

Для автономной доставки, чтобы действительно работать, отношения и инфраструктура должны измениться, начиная с редизайна мировых верфей - что немаловажно. Успех автономной доставки будет зависеть от одновременной разработки многих основных технологий, а также соразмерного изменения поведения и подхода к проектированию, строительству и эксплуатации. Каждая из задач, с которыми обычно сталкиваются моряки на борту кораблей, должна быть воплощена в вычислительных системах для автономной доставки или дистанционно контролируемой доставки.

Проблемы автономной доставки

Навигация и связь на море сложны. Например, связь сотового телефона разрывается всего в трех милях от берега, а расходы на связь резко растут в море.

Автономный контроль судовой техники, основанный на данных в реальном времени о ветре и океанских течениях, является лишь одной задачей. Дополнительные риски на море включают непредсказуемость погоды и опасных объектов. Защита от пиратства, кибер-пиратства и терроризма также представляет сложные проблемы, а также надежность электронных и механических систем корабля. И, наконец, важно осознание состояния коррозии конструкций и компонентов кораблей.

Автономное судоходство может применяться ко многим типам судов, от маневрирования буксиров в порту до крупных грузовых судов, пересекающих океаны. Автономный корабль должен быть «осведомлен» о своем внешнем окружении, а также о его внутреннем состоянии. Внешняя обстановка включает в себя погодные условия, а также объекты в море, которые могут представлять опасность. Внутренние условия включают в себя надлежащее функционирование конструктивных элементов, двигателей и механизмов, а также цифровых компьютеров, а также соответствующих систем управления связью и электроникой. В этом смысле автономный корабль должен быть «самосознающим».

Проблемы морской коррозии

История морской промышленности включает много длинных глав по коррозии. Разработка морских сплавов и покрытий была долгой и трудной и продолжает развиваться по сей день. Сегодня большой объем знаний уже существует для медленных процессов коррозии и минимизации рисков из-за коррозии. Неисправность критических компонентов в море может привести к гибели или затоплению судна; или требуют дорогостоящих спасательных операций.

Теперь задача состоит в том, чтобы включить защиту от коррозии в проектирование и строительство автономных судов и их бортовых датчиков и вычислительных систем. Это не будет тонким изменением и может потребовать целостного взгляда на то, как строятся корабли. Автономное судно не может зависеть от членов экипажа, чтобы следить за эксплуатацией покрытия и следить за его обслуживанием в море. Корабль, который не был сохранен, по-разному, в течение шести месяцев резко ухудшится. Корабли должны быть построены с более высоким уровнем коррозионной стойкости на каждом уровне до их ввода в эксплуатацию. После того, как они попадают в воду, их необходимо регулярно проверять и контролировать и придерживаться более высокого стандарта, чем пилотируемый корабль. В противном случае отказ относительно незначительной части, которая обычно будет отремонтирована в море, может привести к дорогостоящей спасательной операции для восстановления судна, находящегося в море.

В настоящее время мы изучаем последующие эффекты модификаций двигателя Tier II, включая повышенную холодную коррозию при длительном ходу и более эффективные двигатели. Новые проблемы могут вступить в игру с двигателями Tier III, которые могут включать комплексные дополнения, такие как рециркуляция отработавших газов (EGR), селективное каталитическое восстановление (SCR) и даже скрубберы. Системы балластной очистки воды (BWTS), наложенные на судоходство, как было разработано в последнее десятилетие, оказываются достаточно интенсивными и потребуют людей на борту.

Топливная ситуация до 2020 года уже неопределенная, а за 2020 год она еще более. Единственная уверенность в том, что каждое крупное изменение будет иметь последствия для последующего потока.

К счастью, сегодня лучше понять коррозию по сравнению с прошлым. К сожалению, такие знания, как правило, не используются; в лучшем случае, контроль коррозии применяется не так эффективно, как можно было бы, учитывая избыток внимания к стоимости строительства, а не долгосрочную жизнеспособность и защиту от коррозии.

Многие превосходные продукты и решения на рынке сегодня не используются, потому что они нелегко адаптируются к процессу, ориентированному на затраты. Финансовые затраты на судно являются второй по важности стоимостью при транспортировке за счет стоимости топлива. Сложные антикоррозионные решения повышают затраты, и эти дополнительные затраты могут стать выше стоимости членов экипажа.

В настоящее время существуют новые сплавы и покрытия, которые значительно продлевают срок службы компонентов, особенно в море. Могут использоваться улучшенные методы контроля коррозии. Хотя коррозию нельзя полностью устранить, ее можно управлять до такой степени, что катастрофические сбои уменьшаются.

Необходимость дальнейшего минимизации морской коррозии на автономных судах может быть использована как возможность улучшить системы мониторинга и контроля морской коррозии. В этой статье вкратце рассматривается несколько способов, которыми могут быть приняты текущие знания о морской коррозии в развитии автономной судоходства.

Коррозия структурных элементов

Тенденция к автономным судам будет иметь последствия для управления коррозией. Морская коррозия является предметом, требующим агрессивных, упреждающих мер. Специальные сплавы, покрытия и расходуемые аноды были разработаны для замедления неизбежного ухудшения материалов, которые возникают в соленой воде. Редко возникает вопрос «если», но чаще вопрос «когда». Кроме того, коррозия может быть непредсказуемой и катастрофической. Риск можно контролировать, но его легко устранить.

Суда эксплуатируются в грубой коррозионной среде, при этом корпуса судов особенно подвержены коррозии. Биообрастание корпусов может способствовать перетаскиванию и увеличению затрат на топливо. Суда, перевозящие грузы на длинных рейсах, нуждаются в надежных, долговечных покрытиях.

Дни, когда корабли были свободны игнорировать проблему коррозии, исчезли. Балластные и грузовые танки должны быть покрыты. Это требование класса. Если эти покрытия не являются «хорошими» в соответствии с классом, судно не может торговать.

Существует несколько подходов к управлению коррозией корпуса судна. Большинство из них предполагают прогнозирование времени до отказа. Сам корпус судна может быть изготовлен из специальных материалов, отобранных для их коррозионной стойкости, хотя, практически, материал не является полностью безопасным от морской коррозии. Тем не менее, композиты, такие как эпоксидная смола из стекла, обеспечивают отличную коррозионную стойкость. Эта недоработанная технология, пригодная для использования в ручных рельсах, лестницах, опорах для труб и кабельных лотках, доступна уже более 20 лет, но устойчивость к изменениям является сильной в сообществе судовладельцев.

Для автономной доставки особенно важно следить за состоянием корпуса, поскольку ежедневный контроль со стороны экипажа и возможность раннего вмешательства будут несуществующими. Использование беспилотных воздушных систем для проведения обследований может быть нецелесообразным при запуске с самого автономного судна без экипажа на борту. Автономные подводные аппараты и дистанционно управляемые транспортные средства обладают уникальными возможностями, которые могут быть разработаны для осмотра судовых корпусов в море. Ключевым моментом здесь является предсказание времени до отказа или обнаружения потенциально катастрофического состояния, которое потребовало бы, чтобы судно попало в порт для аварийного ремонта.

Другим решением является внедрение датчиков внутри корпуса, таких как датчики напряжения или ультразвуковые измерительные приборы. Обработка таких сигналов может указывать на состояние биологического обрастания или ржавления; или даже сочетание того и другого.

Как это обычно бывает, существуют компромиссы между затратами на мониторинг и поддержание корпуса. Для оценки данных для управления рисками потребуется эксперт по коррозии. Это знание может быть встроено в базу знаний автономного корабля, или решения суда могут быть сделаны экспертом по коррозии, который дистанционно контролирует состояние судна.

Управление рисками может повлиять на размер судна; может быть более практичным перевозить груз на многих малых кораблях и распределять таким образом риск.

Возможности мониторинга и ремонта

Как правило, необходимо дистанционно контролировать коррозию критических систем управления на автономных судах. Такие системы включают в себя силовое оборудование, а также системы наводнения и пожарной защиты. Они могут контролироваться в виде эквивалентных систем на авиалайнере. Основное различие заключается в том, что автономные суда находятся в море и, следовательно, они подвергаются воздействию высококоррозионных сред в течение длительных периодов времени.

В зависимости от типа судна и продолжительности времени в море может потребоваться дистанционное наблюдение за этими компонентами. Это может быть достигнуто различными способами. Датчики могут быть установлены на критических компонентах для мониторинга их состояния в море, и эти данные могут быть захвачены и предоставлены вычислительной системе, используемой для автономного управления судном. Эта ситуация не сильно отличается от ситуации в авиалайнере, который может потребоваться для внеплановых высадок при сбое двигателя или другого критического компонента.

Основное различие между авиакомпанией и океанским судном состоит в том, что судно может находиться в море в течение нескольких недель. Если критический компонент восприимчив к внезапно ускоренным уровням коррозии, то мониторинг этого компонента может быть оправданным, и судно должно быть подготовлено к изменению курса для необходимого ремонта. Неспособность произвести ремонт автономного судна во время его работы может привести к более длительным периодам в порту.

Вывод

Поскольку технологии для поддержки автономной судоходства созревают, системы для контроля коррозии должны стать более сложными. Удаление человеческого элемента от контроля коррозии можно рассматривать как возможность продвинуть науку о коррозии. Вместо того, чтобы рассматривать коррозию как барьер для автономной судоходства, развитие автономного судоходства и сбор данных на борту можно рассматривать как средство продвижения науки о морской коррозии.

(Как опубликовано в издании Maritime Reporter & Engineering News в марте 2018 года)