腐蚀控制与自主船舶

通过巴迪雷姆斯 • 20 三月 2018

虽然燃料成本迄今为止大部分运输成本与船上人员相比，但从自主船舶获得的收益仍然很大。潜在的经济效益太大，无法忽视这种新兴技术。

自主航运的成功需要全面改变海洋环境工作者的态度，首先是造船厂，通常只注重降低新船的成本。

尽管目前的设计模式力图最小化建造和运营船舶的成本是可以理解的，但这通常会导致使用不太理想的防腐蚀系统。这种决策模型主要关注最初的资本支出，而无法理解和考虑更高级系统的重要安全性和长期可靠性。因此，我们遇到的情况是，船员在交货后不久将施加额外的涂料，或造船厂限制保修范围，以补偿不理想的防腐系统。

为了让自主航运真正开展工作，态度和基础设施必须改变，首先是重新设计世界造船厂 - 这不是一项小任务。自主航运的成功将取决于许多核心技术的同步发展，以及设计，施工和运营的行为和方法的相应变化。船上船员通常面临的每个挑战都需要体现在自主航运或远程控制航运的计算系统中。

自主航运面临的挑战

海上导航和通信具有挑战性。例如，手机连接性在离海岸仅三英里的地方出现故障，通信成本在海上急剧上升。

基于与风和洋流有关的实时数据对船舶机械的自主控制只是一个挑战。海上的其他风险包括天气和危险物体的不可预测性。防止盗版，网络盗版和恐怖主义也是船舶电子和机械系统可靠性的难题。最后，了解船舶结构和部件的腐蚀状态至关重要。

自主运输可适用于许多类型的船舶，从在港口操纵的拖船到穿越大洋的大型货船。自主船舶必须“意识到”其外部环境以及其内部状况。外部环境包括天气条件以及可能造成危害的海上物体。内部条件包括结构元件，发动机和机械以及数字计算机的正常运行，以及相关的通信和电子控制系统。在这个意义上说，一艘自主船舶必须是“自觉的”。

海洋腐蚀的挑战

海洋工业的历史包含许多关于腐蚀的长篇章节。适航合金和涂层的开发是漫长而艰巨的，并且一直持续到今天。今天，大量知识已经存在，可以减缓腐蚀过程，并将腐蚀风险降至最低。海上关键部件的故障可能导致船舶生命损失或沉没;或者需要昂贵的救援行动。

现在的挑战是在自主船舶及其船载传感器和计算系统的设计和建造中加入防腐蚀措施。这不会是一个微妙的变化，可能需要全面了解船舶的构造方式。自主船舶不能依靠船员监测涂层性能并解决其在海上的维护问题。一艘未经涂层维修6个月的船舶将大幅度恶化。在投入使用之前，船舶必须在每个水平上都达到更高的耐腐蚀标准。一旦进入水域，必须定期进行检查和监测，并将其保持在比有人驾驶的船只更高的水平。否则，通常在海上修理的相对较小部分的故障可能导致收回滞留在海上的船舶的昂贵的救援操作。

我们现在正在学习第二级发动机改型的下游效应，包括增加长行程中的冷蚀和更高效的发动机。 Tier III发动机可能会出现新的问题，其中可能包括废气再循环（EGR），选择性催化还原（SCR）以及洗涤器等复杂添加物。过去十年发展起来的压载水处理系统（BWTS）被证明是相当维护密集型的，需要船上人员。

到2020年的燃料情况已经不确定，2020年以后更是如此。一个确定的是，每个重大变化都会产生下游后果。

幸运的是，与过去相比，腐蚀现在更好地被理解了。不幸的是，这种知识通常不被采用;考虑到过度关注施工成本而非长期生存能力和防腐保护，充其量腐蚀控制的效果并不尽如人意。

目前市场上的许多优质产品和解决方案都没有使用，因为它们不容易调整为以成本为中心的施工过程。船舶的财务成本是燃料成本背后最重要的运输成本。复杂的腐蚀预防解决方案会增加成本，而这些增加的成本可能会高于机组成员的成本。

现在存在的新合金和涂层大大延长了部件的使用寿命，特别是在海上。可以采用改进的监测腐蚀方法。虽然腐蚀不能完全消除，但可以控制到灾难性故障减少的程度。

需要进一步减少自主船舶的海上腐蚀可以作为改进海上腐蚀监测和控制系统的机会。本文简要回顾了当前海上腐蚀知识可以用于自主航运发展的一些方法。

结构元素的腐蚀

自主船舶的趋势将对腐蚀的管理产生影响。海上腐蚀是一个需要采取积极主动措施的主题。已经开发出特殊的合金，涂层和牺牲阳极来减缓盐水环境中不可避免的材料劣化。这很少是“如果”的问题，而更经常是“什么时候”的问题。此外，腐蚀可能是不可预测的并且是灾难性的。风险可以控制，但不容易消除。

船舶在残酷腐蚀的环境中运行，船体特别容易腐蚀。船体的生物污染会导致拖曳并增加燃料成本。在长途航行中运载货物的船舶需要可靠的，持久的涂层。

船舶可以自由忽视腐蚀问题的时代已经过去。压载舱和液货舱需要涂层。这是一个类的要求。如果这些涂料不符合该级别的“良好”标准，则该船无法进行交易。

有几种方法可以管理船体的腐蚀。其中大部分涉及预测失败的时间。尽管实际上没有材料对海洋腐蚀是完全安全的，但船体本身可以由选择其耐腐蚀性的特殊材料制成。也就是说，复合材料（如玻璃鳞片环氧树脂）具有优异的耐腐蚀性。这种未充分利用的技术 - 适用于扶手，梯子，管道支架和电缆桥架 - 已有二十多年的历史，但在船舶制造业中抵制改变的力度很大。

对于自主航运而言，监测船体状况尤其重要，因为船员的日常监测和早期干预的可能性将不存在。从没有船员的自主船舶发射时，使用无人航空系统进行勘测可能不切实际。自主水下运载工具和遥控运载工具具有独特的能力，可以开发用于在海上检查船体。这里的关键是预测故障发生的时间或检测到潜在的灾难性情况，这需要将船舶带入港口进行紧急修理。

另一种解决方案是在船体内嵌入传感器，如应力传感器或超声波测量仪器。这些信号的处理可以指示生物污染或生锈的状况;或者甚至是两者的组合。

通常情况下，用于监测和维护船体的成本之间存在权衡。风险管理将要求腐蚀专家对数据进行评估。这些知识可以建立在自主船舶的知识库中，或者可以由远程监视船舶状况的腐蚀专家作出判断呼叫。

风险管理可能会影响船只的大小;在许多小型船舶上运载货物并分散风险可能更为实际。

监控和维修能力

通常，有必要远程监控自主船舶上关键控制系统的腐蚀情况。这些系统包括推进设备，以及重要的淹没和防火系统。这些可以通过客机上的等效系统的方式进行监控。主要区别在于自主船只在海上，因此它们长时间处于高度腐蚀性环境中。

根据船舶的类型和海上的时间长短，可能需要远程监控这些部件。这可以通过各种方法来完成。传感器可以安装在关键部件上以监测其海上状况，并且可以捕获该数据并将其提供给用于船舶自主控制的计算系统。这种情况与当发动机或其他关键部件发生故障时可能需要进行不定期着陆的客机差别不大。

航空公司和远洋船舶之间的主要区别在于船舶可能会在海上停留数周。如果关键部件容易突然加速腐蚀，则可能需要监测该部件，并且船舶必须准备改变其路线以进行所需的修理。无法在自主船舶进行修理时进行修理可能会导致更长的港口内部时间。

结论

随着支持自主航运技术的成熟，用于监测腐蚀的系统将不得不变得更加复杂。从腐蚀控制中去除人体元素可以看作是推动腐蚀科学发展的一个机会。自主航运和船上数据收集的发展可以被视为推进海上腐蚀科学的一种手段，而不是将腐蚀视为自主航运的障碍。

（如发布于2018年3月版海事报道和工程新闻 ）