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大型集装箱船舶防海生物装置（MGPS）系统实例介绍

岳老轨分享轮机技术2019-01-06 13:56

加拿大罗布特王子港

船舶在海水中锚泊及航行时，海水管系会受到海水及海水中的海生物的严重侵蚀及污染。包括海水中的海生物会腐蚀管系，并且海生物进入管系后会在管系中繁殖生长，使滤器堵塞，由于海生物在管壁的生长、繁殖、侵蚀，导致管系管道的直径越来越小，引起流量减小，冷却量不足，侵蚀会导致部分管系管壁变薄，容易造成在正常工作压力的情况下管系爆裂，这些都是不利于安全生产及船舶安全航行的因素。因此防海生物装置广泛的应用于各个船舶，目前船舶防海生物装置主要有两种，即电解海水防海生物装置和电解铜/铝（铁）防海生物装置。

一：电解海水防海生物装置

电解海水装置是通过铂钛电极或者另外的特制电极对海水进行电解，在电解过程中产生有效的氯离子来杀死海生物，电解海水产生的次氯酸钠、次氯酸及氯气，这些都是强氧化剂，能够有效的杀死海水中的生物及幼虫，从而达到防海生物的目的。

电解海水防海生物装置对海生物的防治比较彻底，同时对海洋环境无污染，对于海水管系还能起到阴极保护功效（直接电解海水方式）。

电解海水防海生物装置通常采用两种方式：一种是直接把电极安装到海底门上直接对海水进行电解（此时以海水管系为阴极）；另一种是把海水引入特制的电解槽中对海水进行电解。无论采用那种电解海水方式，通常安装费用比较高（相对于电解铜/铝装置），况且在电解海水的过程中会产生氢气，氢气属于易燃易爆气体，还要对其进行安全排放，所以在常见的船舶上采用电解海水防海生物装置的越来越少，绝大多数船舶都是采用电解铜/铝（铁）防海生物装置。

二：电解铜/铝（铁）防海生物装置

目前大多数船舶采用的防海生物装置是电解铜/铝（铁）防海生物装置，我轮亦是如此。通常此种装置电极会安装在船舶的高低位海底及应急海底门上，有利于电极的定期检查及更换；但也有部分船舶会把电极安装在海底吸口阀箱内，电极的检查和更换只能等船舶进坞才能进行不利于设备的保养。

（1），电解铜/铝（铁）防海生物装置的原理

电解铜/铝（铁）防海生物装置阳极的选择是根据管系材质的不同而进行不同的选择，如果管系的材质是钢，需要选择铜/铝阳极,如果管系的材质是铜或者铝的话，则需要选择铜/铁阳极。铜/铝（铁）阳极并不仅仅是一对一的关系（即一个铜阳极对应一个铝或者铁阳极），可以是多对一或者多对多的关系（即两个或者更多的铜阳极对应一个或者多个铝/铁阳极），这些都是根据船舶不同而进行不同的搭配。在这种装置中，铜/铝（铁）都是作为阳极进行电解的，利用海水管系本身作为阴极。

由化学知识可以知道，当铜/铝阳极在海水中进行电解时，铜阳极会产生微量的铜离子（Cu 2+）,铝/铁阳极在海水中电解时会产生铝离子（Al3+）/铁离子(Fe3+),铝离子（Al3+）/铁离子(Fe3+)会和阴极产生的氢氧根离子（OH-）进行化学反应，生成相应的氢氧化铝{Al(OH)3 }或者氢氧化铁{Fe(OH)3},氢氧化铝{Al(OH)3 }或者氢氧化铁{Fe(OH)3}是一种高黏性的絮状物，铜阳极电解出的Cu 2+ 也会被吸附在这些絮状物上，这些絮状物通过海水带动流过海水管时会粘附在海水管壁上，形成一层保护膜，当然这层保护膜是很薄的。这层保护膜的作用有两种：一是阻止海生物在管壁吸附并生长，二是也可以防止海水对管系腐蚀。铜离子（Cu 2+）的主要作用是阻止海生物的生长进而杀死海生物，经查资料得知，当海水中铜离子的含量达到每立方米2毫克的时候就能有效的阻止海生物的生长。

（2）离子浓度、阳极电流和电极消耗量

海水中铜/铝离子的浓度的大小取决于以下几个因素：阳极电流、通过阳极的海水流量、海水密度、电极数量和电解效率。由于铜/铝的电化当量是固定的（铜的电化当量是1.168g/A.h,铝为0.3365 g/A.h），只要知道电流大小、电极数量和海水流量就可以很容易的算出离子浓度。

在船舶实际应用当中，由于电极数量和海水流量是固定的，所以离子浓度与通过阳极的电流成正比关系。

阳极在电解时消耗率用电化当量来表示，且每种金属的电化当量是固定的，这样就很容易的算出阳极的年消耗率。例如铜的电化当量是1.168g/A.h，指的是以1安培的电流电解铜一小时，铜消耗1.168克，那么铜在电解时的年消耗率就是24*365*1.168g/Ah,即每安培年10.4Kg。只要知道电解电流，那么阳极的年消耗量也就知道了。

离子浓度、阳极电流和电极消耗量三者之间是相互影响的，阳极电流决定了离子浓度及电极的消耗量。大电流增强了防治效果，但是也相应加剧了阳极消耗，不经济；小电流又起不到防海生物的效果。所以根据实际情况选择合适的电流才能做到即减少阳极消耗又起到防治效果。

（3）电解铜/铝装置的优点和缺点

电解铜/铝装置是直接把电极安装在海水管路上，此种装置结构简单、安装方便且成本低廉。不需要进行特别管理，没有副产品，仅需定期更换电极即可。另外此种装置耗电量很少，兼具防腐蚀的效果。电解铜/铝装置对贝壳类生物防治效果不错，但对于植物类和粘液类生物效果较差。

缺点为防治效果不如电解海水装置，铜、铝等电极属于不可再生资源，长期排放到海水中会对环境造成污染，破坏海洋的生态环境。

三：我轮的防海生物装置

我轮采用意大利AZIENDA CHIMICA GENOVESE公司电解铜/铝海生物装置，由于我轮海水管系的材质是钢质的，所以采用的是铜/铝阳极。整个装置中共有3组阳极，分别安装在高位海底、低位海底和应急海底上，其中高、低位海底的阳极都是2个铜阳极（直径150mm）直径和一个铝阳极（直径150mm）作为一组，应急海底阳极是一铜一铝（直径都是80mm），具体请看图片(图1)。

图1

电气部分

本系统通过把AC220V输入电源经过一个降压变压器降压并整流成直流电压后，然后通过每个独立的通道输送到每个阳极上，且每个通道的电压是可以调节的，本装置有10路独立的直流电压输出，我轮只用了其中的8路。直流电压的调节和控制由DGT card来完成。本装置还在交流电路部分安装短路和过载保护装置，用来保护系统不被损坏。

控制屏能够读取当前每个阳极的电压和电流并且可以对其进行调节，控制屏见下图（用低位海底时）。其中Cu3和Cu6没有连接电极，Cu1、Cu2和Al1是低位海底电极，Cu4、Cu5和Al2是高位海底电极，Cu7和Al3是应急海底电极。

用低位海底门时-参数

工作模式的选择及参数的更改

工作模式的选择及参数的更改通过控制屏上的按键完成。当按下控制屏上的退出（ESCAPE）键时，会出现如下的界面：

在第一项Operation Set Mode里可以进行操作模式的设定，也可以更改电流值；第二项Potential Set Mode里可以对电流值的上下限进行设定；第三项Anode Way & Type Set Mode船方没有权限进入，属于工程师模式。*号键代表将要选择的菜单，UP/DOWN键进行选择，确定以后按ENTER键进入。通过操作可以进行工作模式的选择及电流的保护值（电流上限）的更改。

当选择Operation Set Mode并按ENTER键进入下级菜单后就可以进行操作模式的设定及电流的更改。左右键进行光标的左右移动，上下键更改当前光标处的值，当更改后，按ESCAPE键两次会出现下图界面，按下ENTER键进行保存数据，按下ESCAPE则为不保存数据，此时无论按下2个键中的任何一个键，系统将会进行重启并进入到工作模式。

根据我轮的实际情况，高/低位海底阳极工作电流都是设定在1.2A，应急吸入海底阳极的工作电流设定在0.1A。正常情况下工作电流是无需更改的，如果进行了海底门转换，则需要对高/低位海底电极电流进行重新设定。如海底从高位转到低位工作，相应的要把高位海底电极电流从1.2A更改到0.1A，低位海底电极电流则从0.1A更改到1.2A。

当选择Potential Set Mode并按下ENTER键时，会进入如下界面（进入此菜单需要密码）：

可以通过四个导航键进行电流的上下限值的设定，方法如上，就不再详述。电流的上限设定多少，说明书会给出具体值，我轮装置说明书要求所有电极电流不要超过1.8A，故电流的保护值设定在1.8A。

① 保养维护及常见故障

电解铜/铝装置结构简单，并不需要特别的保养维护。定期检查控制箱内部各器件的工作情况，检查电极接线盒内接线连接情况，看有无松动。接线盒水密情况，避免清洗海底门滤器是海水渗入，另外要特别注意接线盒内接地线是否牢固接地。

如果电极工作时电流是0A，首先检查电极连接电缆，看是否存在电缆接头松动或者连接脱落现象，另外检查电极看电极部件是否存在损坏而漏水的情况。另外可能是电极消耗过大以至于不能进行电解，此时需更换电极。也可将电极接线接入控制屏的备用通道，看此时工作电流是否正常，用来判断通道是否正常。

② 电极更换

下图为电极的结构的局部放大图，电极的更换请按照下面的步骤进行：1，从接线盒处拆下需要更换电极的电缆（图中1）；2，拧下电缆密封填料盖（图中2）；3，打开电极电缆接线处的上端盖（图中4）；4，拧下电缆连接紧固螺栓，拆下电缆（图中9）；5，拧下固定图中PART-A的所有固定螺栓（图中23、24、25）。然后拔出电极棒；6，卸下电极的固定螺栓及垫片（图中10、26）；7，此时可把电极棒拧下；更换后按照相反顺序装复即可。

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