船舶防海生物裝置原理與應(yīng)用比較

船舶防海生物裝置原理與應(yīng)用比較

摘要：文中較為詳細(xì)的介紹了防海生物裝置的設(shè)計(jì)原理和電流計(jì)離子濃度的計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)不同形式的防海生物裝置的綜合分析與比較，說(shuō)明了正確選擇適當(dāng)防海生物裝置的方法。

關(guān)鍵詞：防海生物、電解、分析與比較

前言：

艦船的海水管系和海上平臺(tái)以及港口的海水系統(tǒng)都會(huì)受到海洋附著生物的嚴(yán)重污染。在海水系統(tǒng)中附著的海洋生物,會(huì)嚴(yán)重腐蝕管道,并且由于海生物堵塞海水進(jìn)入口、管道、濾器、冷卻器,會(huì)使海水管道的有效直徑縮小,影響海水流量和降低熱交換率,導(dǎo)致成本加大和能源浪費(fèi),并影響有關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。

針對(duì)海洋生物對(duì)海水管路系統(tǒng)的嚴(yán)重危害,工作人員研究了許多防止海洋生物污染的方法,目前較為成熟且為廣泛應(yīng)用的方法主要有3種：1）電解海水防污法,即采用次氯酸鈉防污法；2）電解銅、鋁鐵電極防污法；3）電解海水和電解銅、鋁聯(lián)合防污法。

目前最常用的防海生物裝置主要有2種：即電解海水裝置防污裝置和電解銅、鋁鐵防污裝置。防海生物裝置的類(lèi)型及其處理量是根據(jù)船舶和海上設(shè)施的海水的用量及其用途而決定的。

一、電解海水防海生物裝置的基本原理

海水中含有大量的氯化鈉為主的鹽類(lèi),其中氯化鈉含量最高為%左右，占總鹽度的%,其次是氯化鎂,為%左右,占總鹽度的%,在海水的組成中,氯離子含量最高,氯濃度達(dá)19%左右,占離子總含量的55%,電解海水防海生物裝置,它用鍍鉑欽電極或特制的電極將海水電解,以產(chǎn)生次氯酸鈉、氯氣和次氯酸,這些有效氯是強(qiáng)氧化劑,能殺死或擊暈海生物的幼蟲(chóng)和抱子,達(dá)到防污染的目的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究結(jié)果表明,有效氯20mg/l的處理海水,能殺滅海水中幾乎所有的細(xì)菌和海生物。

1、電解海水的電解原理

電解海水的總反應(yīng)式：

電極反應(yīng):陽(yáng)極:陰極:

溶液反應(yīng):

2、產(chǎn)生氮離子濃度的計(jì)算公式

電解槽出水口流出的海水中的氯素濃度,可由以下公式中計(jì)算得出:

二、電解銅鋁鐵防海生物裝置的基本原理

電解銅鋁鐵防海生物裝置是通過(guò)銅陽(yáng)極在海水中電解,產(chǎn)生微量銅離子,鋁或鐵陽(yáng)極電解后生成少量氫氧化鋁或氫氧化鐵絮狀物,海水帶著這種具有很高勃性的銅、鋁絮狀物從系統(tǒng)中通過(guò)時(shí),絮狀物就散布開(kāi)來(lái),粘在海生物幼蟲(chóng)可

能棲生的海水流得較緩慢的區(qū)域,隨著電解時(shí)間的加長(zhǎng),這些絮狀物就附著在海水管系內(nèi)壁上,從而在整個(gè)系統(tǒng)中形成一層很薄的保護(hù)層,進(jìn)而防止海生物附著及海水腐蝕的雙重作用。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果表明,當(dāng)海水中銅離子含量達(dá)2mg/m3時(shí),銅離子能有效地抑制海生物在海水管系中的生長(zhǎng)。

如果海水管系的材質(zhì)是鋼,則需選用鋁陽(yáng)極。如果海水管系的材質(zhì)是鋁或銅,則需選用鐵陽(yáng)極。所以根據(jù)海水管系的材質(zhì)的不同,須正確選擇使用的陽(yáng)極。

1、電解銅鋁的電解原理

電解銅鋁的其總反應(yīng)表達(dá)如下：

電極反應(yīng)：

銅陽(yáng)極反應(yīng)：

陽(yáng)極：在海水中陽(yáng)極處于正常溶解時(shí)，生成銅離子：

鋁陽(yáng)極反應(yīng)：在海水中陽(yáng)極處于正常溶解時(shí)，生成鋁離子：

與陰極產(chǎn)生的氫氧根離子形成氫氧化鋁，反應(yīng)式如下：

陰極：

2、產(chǎn)生離子濃度的計(jì)算公式：

3、電極消耗量的計(jì)算方法

電解時(shí),在電極上析出或溶解掉的物質(zhì)的量,與通過(guò)電極的電量成正比如果通過(guò)的電量相同,則析出或溶解掉的不同物質(zhì)的化學(xué)克當(dāng)量數(shù)相同。

電解1克當(dāng)量的物質(zhì),所需用的電量叫1個(gè)“法拉第”,等于96484C。

即96484C=96484A·S=·H

電化當(dāng)量=克當(dāng)量/化合價(jià)/法拉第常數(shù)

年消耗率=電化當(dāng)量*24*365以銅為列

1克當(dāng)量的銅的質(zhì)量為

對(duì)2價(jià)銅，其電化當(dāng)量為

/2/=若以年為單位，其化當(dāng)量為

*24*365=20389=

三、直接式電解銅、鋁防海生物裝置

1、直接式電解海水防污裝置

直接式電解海水防海生物裝置將電解陽(yáng)極直接安裝在海水過(guò)濾器或海水管路或船舶的海底閥箱中,以海水管道本身作為陰極,利用海水構(gòu)成回路,電解產(chǎn)生的有效氯直接混合在海水中。直接式電解海水防海生物裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低的特點(diǎn),還能使管道得到一定的陰極保護(hù),但維修不便。

圖1直接電解式防海生物原理圖

2、直接式電解銅、鋁防海生物裝置

直接式電解銅、鋁防海生物裝置是將電解陽(yáng)極直接安裝在海水管路或船舶的海底閥箱內(nèi),電解產(chǎn)生銅離子和氫氧化鋁直接混合在海水中。直接式電解銅、鋁裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低等特點(diǎn),不需要專(zhuān)門(mén)的擺放空間,但更換陽(yáng)極不便,且海水處理量小。如果將直接式電解銅、鋁防海生物裝置安裝在船舶的海底閥箱內(nèi),更換陽(yáng)極需在船舶進(jìn)塢后進(jìn)行。

四、間接式防海生物裝置

1、間接式電解海水防海生物裝置

間接式電解海水防海生物裝置即電解槽式海水防海生物裝置,將一部分海水通過(guò)過(guò)濾器和壓力控制器后再送人電解槽內(nèi)進(jìn)行電解,電解后含有效氯的海水經(jīng)輸送管道再送到海水管路或船舶的海底閥箱內(nèi)。該系統(tǒng)的電解槽,對(duì)材質(zhì)的要求較高,因?yàn)樗艿降母g較嚴(yán)重但對(duì)其下游,只要保證有效氯的濃度不超過(guò)1*10-6,就不會(huì)產(chǎn)生明顯的腐蝕。電解槽式電解海水防海生物裝置具有處理量大、操作和維修方便的特點(diǎn)。

2、間接式電解銅、鋁防海生物裝置

間接式電解銅、鋁防海生物裝置的原理圖與電解海水裝置類(lèi)似,電解陽(yáng)極都安裝在電解槽內(nèi),見(jiàn)圖2。

圖2間接電解式防海生污置原理圖

間接式電解銅、鋁防海生物裝置即電解槽式防海生物裝置,是將安裝在電解槽內(nèi)的銅、鋁陽(yáng)極進(jìn)行電解,電解產(chǎn)生的銅離子和氫氧化鋁被進(jìn)入電解槽的海水輸送到海水管路或船舶的海底閥箱內(nèi)。間接式電解銅鋁防海生物裝置具有處理量大、耗電量小的特點(diǎn),可隨時(shí)更換陽(yáng)極。

五、防海生物裝置的特點(diǎn)

1、電解海水防海生物裝置的特點(diǎn)

電解海水防海生物裝置具有安全可靠,防污徹底,對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)。但作為其副產(chǎn)品,需要注意安全排放。在電解槽電解海水過(guò)程中,必然會(huì)產(chǎn)生氫氧化鎂和碳酸鈣等電解副產(chǎn)物,大多數(shù)的電解副產(chǎn)物都會(huì)隨海水一起排走,但在系統(tǒng)運(yùn)行一段較長(zhǎng)時(shí)間后,部分副產(chǎn)物可能附著或聚集在電解槽內(nèi)部,阻塞電解槽,且其在陽(yáng)極上結(jié)垢,會(huì)造成電極燒毀,故使用中必須定期對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行酸洗。電解海水防海生物裝置分為直接式和間接式兩種。

2、電解銅鋁防海生物裝置的特點(diǎn)

電解銅鋁海水防海生物裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,耗電量小,安裝方便,無(wú)須專(zhuān)人管理,無(wú)副產(chǎn)品,但需要定期更換銅、鋁陽(yáng)極。電解銅鋁防海生物裝置也分為直接式和間接式兩種。

3、電解海水和電解銅、鋁復(fù)合裝置的特點(diǎn)

氯一銅、鋁復(fù)合防海生物裝置的基本原理是利用電解海水產(chǎn)生的有效氯及電解銅、鋁產(chǎn)生的銅離子共同作用來(lái)殺死海生物,其防污染效果比單獨(dú)使用的總效果大,而且藥物使用的體積分?jǐn)?shù)比單獨(dú)使用的低,對(duì)環(huán)境的污染?。坏傎M(fèi)用比

單獨(dú)使用任何一種的總費(fèi)用都要高。

六、綜合比較與分析

1、電解海水防海生物技術(shù)的防污染效果最好,但需要定期反沖洗,以清除電解槽內(nèi)的沉積物定期還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行酸洗,將陽(yáng)極上的水垢清除掉。間接式電解海水防污染系統(tǒng),具有操作維修方便,海水處理量大,便于檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。與電解銅、鋁裝置相比,電解海水防海生物裝置的缺點(diǎn)是除了需要定期維護(hù)外,一次性投資和耗電量較大在其使用劑量高于1*10-6時(shí)對(duì)碳鋼有腐蝕,為了不污染環(huán)境和控制對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕影響,需有效控制殘余含氯量。

2、電解銅、鋁防海生物技術(shù)對(duì)貝殼類(lèi)動(dòng)物較有作用,但對(duì)勃液類(lèi)生物和植物類(lèi)生物影響較小。電解銅、鋁設(shè)備工藝流程比較簡(jiǎn)單,除需定期更換陽(yáng)極外,不需要專(zhuān)人管理。直接式電解銅、鋁防海生物裝置可用于海水處理量不大的場(chǎng)合,如,能定期進(jìn)塢的船只、井口平臺(tái)等。它具有防污染和防腐蝕的雙重效果,不額外占用面積,也無(wú)須專(zhuān)人管理,價(jià)格比間接式的便宜許多。直接式電解銅、鋁裝置用在平臺(tái)上,一般都安裝在海水提升泵的套管內(nèi),2年左右需提泵更換陽(yáng)極用在船上的,一般都安裝在海底閥箱內(nèi),只有在船的塢修期內(nèi)才能更換陽(yáng)極。間接式電解銅、鋁裝置不具備陰極保護(hù)功能,但檢測(cè)方便,海水處理量大,并可隨時(shí)更換陽(yáng)極不受塢修時(shí)間的限制。與電解海水裝置相比,電解銅、鋁防海生物裝置的缺點(diǎn)是綜合防污效果不如電解海水技術(shù),資源不可再生銅、鋁資源,并會(huì)破壞海洋生態(tài)環(huán)境電解銅、鋁的產(chǎn)物不可降解。在淺海地區(qū)使用電解銅、鋁裝置不符合來(lái)來(lái)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求,電解海水裝置的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品,不會(huì)污染海洋生態(tài)環(huán)境,而電解銅、鋁的產(chǎn)物卻會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成破壞。世界上己有一些國(guó)家對(duì)在海上排放銅等重金屬制定了限制標(biāo)準(zhǔn)。

3、防海生物污染裝置的選擇與海水的處理量密切相關(guān)。對(duì)電解銅鋁防海生物技術(shù),當(dāng)海水處理量在300m3/h到400m3/h時(shí),主要考慮直接式電解銅、鋁設(shè)備海水處理量在400m3/h到500m3/h時(shí),主要考慮直接式電解氯、銅、鋁復(fù)合設(shè)備海水處理量在600m3/h到1000m3/h時(shí),主要考慮間接式電解銅、鋁設(shè)備。對(duì)于電解海水防海生物技術(shù),由于直接式電解裝置存在檢測(cè)和維護(hù)比較困難的問(wèn)題,一般不推薦使用,而以間接式為主。當(dāng)海水處理量在500m3/h時(shí),可考慮采用間接式電解海水設(shè)備。

4、費(fèi)用比較。在海水處理量比較小的情況下,采用電解銅鋁防海生物裝置的設(shè)備與維護(hù)費(fèi)用,比較經(jīng)濟(jì)一些。對(duì)海水處理量較大的場(chǎng)合,電解海水與電解銅鋁裝置的設(shè)備費(fèi)用相差不多,但電解銅鋁裝置的維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)大于電解海水裝置,所

以,這時(shí)多數(shù)都