Τον έλεγχο της διάβρωσης και το αυτόνομο πλοίο

Από τους φίλους του Buddy • 20 Μαρτίου 2018

Αν και το κόστος των καυσίμων αντιπροσωπεύει, κατά πολύ, το μεγαλύτερο μέρος των εξόδων αποστολής σε σύγκριση με τα πληρώματα του πλοίου, υπάρχουν ακόμη σημαντικά οφέλη από τα αυτόνομα πλοία. Τα δυνητικά οικονομικά οφέλη είναι υπερβολικά μεγάλα για να αγνοήσουν αυτή την αναδυόμενη τεχνολογία.

Η επιτυχία της αυτόνομης ναυτιλίας θα απαιτήσει μια πλήρη αλλαγή στη στάση εκείνων που εργάζονται στο θαλάσσιο περιβάλλον, ξεκινώντας από τα ναυπηγεία, τα οποία συνήθως εστιάζονται μόνο στη μείωση του κόστους των νέων πλοίων.

Ενώ είναι κατανοητό ότι το τρέχον μοντέλο σχεδιασμού προσπαθεί να ελαχιστοποιήσει το κόστος κατασκευής και λειτουργίας πλοίων, αυτό συχνά προκαλεί τη χρήση συστημάτων προστασίας από τη διάβρωση λιγότερο από το βέλτιστο. Αυτό το μοντέλο λήψης αποφάσεων επικεντρώνεται στις αρχικές κεφαλαιουχικές δαπάνες χωρίς κατανόηση και λαμβάνοντας υπόψη τη σημαντική ασφάλεια και μακροπρόθεσμη αξιοπιστία του πιο προηγμένου συστήματος. Ως αποτέλεσμα, αντιμετωπίζουμε καταστάσεις όπου το πλήρωμα του πλοίου θα εφαρμόσει ένα πρόσθετο χρώμα μετά το πέρας της παράδοσης, ή τα ναυπηγεία θα περιορίσουν την κάλυψη της εγγύησης, όλα αυτά για να αντισταθμίσουν τα λιγότερο από τα βέλτιστα συστήματα προστασίας από τη διάβρωση.

Για να λειτουργήσει πραγματικά η αυτόνομη ναυτιλία, η στάση και η υποδομή πρέπει να αλλάξουν, ξεκινώντας από τον επανασχεδιασμό των ναυπηγείων του κόσμου - κάτι που δεν είναι καθόλου μικρό. Η επιτυχία της αυτόνομης ναυτιλίας θα εξαρτηθεί από την ταυτόχρονη ανάπτυξη πολλών βασικών τεχνολογιών καθώς και από μια ανάλογη αλλαγή στη συμπεριφορά και την προσέγγιση στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία. Κάθε μία από τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν κανονικά οι ναυτικοί στα πλοία θα πρέπει να ενσωματωθεί στα συστήματα υπολογιστών για αυτόνομη ναυτιλία ή απομακρυσμένη ελεγχόμενη ναυτιλία.

Προκλήσεις της αυτόνομης ναυτιλίας

Η ναυσιπλοΐα και η επικοινωνία στη θάλασσα είναι πρόκληση. Για παράδειγμα, η συνδεσιμότητα κινητού τηλεφώνου καταρρέει μόλις τρία μίλια από την ακτή και το κόστος επικοινωνίας αυξάνεται δραματικά στη θάλασσα.

Ο αυτόνομος έλεγχος του μηχανήματος ενός πλοίου, βασιζόμενος σε δεδομένα σε πραγματικό χρόνο σχετικά με τα ρεύματα ανέμου και ωκεανών, είναι μόνο μία πρόκληση. Οι πρόσθετοι κίνδυνοι στη θάλασσα περιλαμβάνουν τον απρόβλεπτο καιρό και τα επικίνδυνα αντικείμενα. Η διασφάλιση της πειρατείας, της πειρατείας στον κυβερνοχώρο και της τρομοκρατίας παρουσιάζει επίσης δύσκολα προβλήματα, όπως και η αξιοπιστία των ηλεκτρονικών και μηχανικών συστημάτων του πλοίου. Τέλος, είναι ζωτικής σημασίας η συνειδητοποίηση της κατάστασης διάβρωσης των δομών και των εξαρτημάτων των πλοίων.

Η αυτόνομη ναυτιλία μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλούς τύπους πλοίων, από ελιγμούς με ρυμουλκά σε λιμάνια σε μεγάλα φορτηγά πλοία που διασχίζουν ωκεανούς. Ένα αυτόνομο πλοίο πρέπει να γνωρίζει το εξωτερικό του περιβάλλον καθώς και την εσωτερική του κατάσταση. Το εξωτερικό περιβάλλον περιλαμβάνει τις καιρικές συνθήκες καθώς και αντικείμενα στη θάλασσα που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν κινδύνους. Οι εσωτερικές συνθήκες περιλαμβάνουν τη σωστή λειτουργία των δομικών στοιχείων, των κινητήρων και των μηχανημάτων, καθώς και των ψηφιακών υπολογιστών, καθώς και των συσχετισμένων συστημάτων επικοινωνιών και ηλεκτρονικών συστημάτων. Με αυτή την έννοια, ένα αυτόνομο πλοίο πρέπει να είναι "αυτογνωσμένο".

Προκλήσεις της Θαλάσσιας Διάβρωσης

Η ιστορία των ναυτιλιακών βιομηχανιών περιλαμβάνει πολλά μεγάλα κεφάλαια σχετικά με τη διάβρωση. Η ανάπτυξη των αξιόπιστων κραμάτων και επιχρισμάτων ήταν μακρά και επίπονη και συνεχίζει να εξελίσσεται μέχρι σήμερα. Σήμερα υπάρχει ένα μεγάλο σύνολο γνώσεων για την επιβράδυνση των διεργασιών διάβρωσης και την ελαχιστοποίηση των κινδύνων που οφείλονται στη διάβρωση. Η αποτυχία των κρίσιμων στοιχείων στη θάλασσα μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ζωής ή τη βύθιση ενός σκάφους. ή απαιτούν δαπανηρές επιχειρήσεις διάσωσης.

Η πρόκληση τώρα είναι να συμπεριληφθεί η πρόληψη της διάβρωσης στο σχεδιασμό και την κατασκευή των αυτόνομων πλοίων και των αισθητήρων επί του σκάφους τους και των υπολογιστικών συστημάτων. Αυτό δεν θα είναι μια λεπτή αλλαγή και θα μπορούσε να απαιτήσει μια ολιστική ματιά στο πώς κατασκευάζονται τα πλοία. Ένα αυτόνομο πλοίο δεν μπορεί να εξαρτάται από τα μέλη του πληρώματος να παρακολουθούν τις επιδόσεις επίχρισης και να αντιμετωπίζουν τη συντήρησή του στη θάλασσα. Ένα πλοίο που δεν έχει συντηρηθεί για έξι μήνες θα επιδεινωθεί δραματικά. Τα πλοία πρέπει να είναι κατασκευασμένα σε υψηλότερο επίπεδο ανθεκτικότητας στη διάβρωση σε κάθε επίπεδο πριν από την έναρξη λειτουργίας τους. Μόλις βρεθούν στο νερό, πρέπει να ελέγχονται τακτικά και να παρακολουθούνται και να κρατούνται σε υψηλότερο επίπεδο από ένα επανδρωμένο σκάφος. Διαφορετικά, η αποτυχία ενός σχετικά μικρού μέρους που κανονικά θα επισκευάστηκε στη θάλασσα θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια δαπανηρή επιχείρηση διάσωσης για την ανάκτηση ενός σκάφους που έχει κολλήσει στη θάλασσα.

Τώρα μαθαίνουμε τις μεταγενέστερες επιπτώσεις των τροποποιήσεων του κινητήρα Tier II, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης διάβρωσης του κρύου σε μεγάλες διαδρομές και πιο αποδοτικών κινητήρων. Τα νέα προβλήματα μπορούν να τεθούν σε λειτουργία με κινητήρες Tier III, οι οποίοι θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν πολύπλοκες προσθήκες όπως η ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR), η εκλεκτική καταλυτική μείωση (SCR) και ακόμη και οι συσκευές πλύσης. Τα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων (BWTS) που επιβλήθηκαν στη ναυτιλία, όπως αναπτύχθηκαν κατά την τελευταία δεκαετία, αποδεικνύονται αρκετά εντατικά στη συντήρηση και απαιτούν την επιβίβαση των ανθρώπων.

Η κατάσταση των καυσίμων μέχρι το 2020 είναι ήδη αβέβαιη, και πέρα ​​από το 2020 είναι ακόμη περισσότερο. Η μία βεβαιότητα είναι ότι κάθε σημαντική αλλαγή θα έχει συνέπειες κατάντη.

Ευτυχώς, η διάβρωση είναι καλύτερα κατανοητή σήμερα σε σύγκριση με το παρελθόν. Δυστυχώς, η γνώση αυτή γενικά δεν χρησιμοποιείται. στην καλύτερη περίπτωση, ο έλεγχος της διάβρωσης δεν εφαρμόζεται τόσο αποτελεσματικά όσο θα μπορούσε, αν ληφθεί υπόψη η υπερβολική εστίαση στο κόστος κατασκευής και όχι η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα και η προστασία από τη διάβρωση.

Πολλά προϊόντα και λύσεις ανώτερης ποιότητας στην αγορά σήμερα δεν χρησιμοποιούνται επειδή δεν προσαρμόζονται εύκολα στην κατασκευαστική διαδικασία που επικεντρώνεται στο κόστος. Το οικονομικό κόστος του σκάφους είναι το δεύτερο σημαντικότερο κόστος στη ναυτιλία πίσω από το κόστος των καυσίμων. Οι εξελιγμένες λύσεις πρόληψης της διάβρωσης αυξάνουν το κόστος και αυτό το πρόσθετο κόστος μπορεί να υπερβεί το κόστος των μελών του πληρώματος.

Υπάρχουν νέα κράματα και επικαλύψεις που επεκτείνουν σημαντικά την ωφέλιμη ζωή των εξαρτημάτων, ιδιαίτερα στη θάλασσα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν βελτιωμένες μέθοδοι για την παρακολούθηση της διάβρωσης. Ενώ η διάβρωση δεν μπορεί να εξαλειφθεί εντελώς, μπορεί να αντιμετωπιστεί σε τέτοιο βαθμό ώστε οι καταστροφικές αποτυχίες να μειωθούν.

Η ανάγκη περαιτέρω ελαχιστοποίησης της θαλάσσιας διάβρωσης στα αυτόνομα πλοία μπορεί να ληφθεί ως ευκαιρία για τη βελτίωση των συστημάτων παρακολούθησης και ελέγχου της θαλάσσιας διάβρωσης. Αυτό το άρθρο ανασκοπεί εν συντομία ορισμένους από τους τρόπους με τους οποίους μπορούν να υιοθετηθούν οι τρέχουσες γνώσεις σχετικά με τη θαλάσσια διάβρωση στην ανάπτυξη της αυτόνομης ναυτιλίας.

Διάβρωση δομικών στοιχείων

Η τάση προς αυτόνομα σκάφη θα έχει συνέπειες για τη διαχείριση της διάβρωσης. Η θαλάσσια διάβρωση είναι ένα θέμα που απαιτεί επιθετικά, δυναμικά μέτρα. Ειδικά κράματα, επικαλύψεις και θυσίες ανόδους έχουν αναπτυχθεί για να επιβραδύνουν την αναπόφευκτη φθορά των υλικών που συμβαίνουν σε περιβάλλοντα θαλασσινού νερού. Σπάνια είναι το ζήτημα του "εάν" αλλά πιο συχνά το ζήτημα του "πότε." Επιπλέον, η διάβρωση μπορεί να είναι απρόβλεπτη και καταστροφική. Ο κίνδυνος μπορεί να ελεγχθεί αλλά δεν εξαλείφεται εύκολα.

Τα πλοία λειτουργούν σε ένα βίαια διαβρωτικό περιβάλλον, με κύτη πλοίων ιδιαίτερα επιρρεπή στη διάβρωση. Η βιοσυσσώρευση των κελύφων μπορεί να συμβάλει στη μεταφορά και την αύξηση του κόστους των καυσίμων. Τα πλοία που μεταφέρουν φορτία σε μακρινά δρομολόγια χρειάζονται αξιόπιστες, μακράς διάρκειας επικαλύψεις.

Οι ημέρες κατά τις οποίες τα πλοία ήταν ελεύθερα να παραβλέψουν το ζήτημα της διάβρωσης έχουν φύγει. Οι δεξαμενές έρματος και φορτίου πρέπει να είναι επικαλυμμένες. Αυτή είναι μια απαίτηση κλάσης. Εάν αυτές οι επιστρώσεις δεν είναι «καλές» σύμφωνα με την κατηγορία, το πλοίο δεν μπορεί να εμπορεύεται.

Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις για τη διαχείριση της διάβρωσης του σκάφους του πλοίου. Οι περισσότερες από αυτές περιλαμβάνουν την πρόβλεψη του χρόνου μέχρι την αποτυχία. Το ίδιο το σκάφος του σκάφους μπορεί να κατασκευαστεί από ειδικά υλικά που έχουν επιλεγεί για την αντίσταση στη διάβρωση, αν και, πρακτικά, κανένα υλικό δεν είναι απολύτως ασφαλές από τη θαλάσσια διάβρωση. Τούτου λεχθέντος, τα σύνθετα υλικά - όπως η εποξειδική νιφάδα γυαλιού - παρέχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση. Αυτή η ανεπαρκώς αξιοποιημένη τεχνολογία - κατάλληλη για χρήση σε σιδηροτροχιές, σκάλες, υποστηρίγματα σωλήνων και σχάρες καλωδίων - είναι διαθέσιμη για περισσότερα από 20 χρόνια, αλλά η αντοχή στην αλλαγή είναι ισχυρή στην κοινότητα των πλοίων.

Για την αυτόνομη ναυτιλία, η παρακολούθηση της κατάστασης του κύτους είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς η καθημερινή παρακολούθηση από το πλήρωμα και η πιθανότητα για έγκαιρη παρέμβαση θα είναι ανύπαρκτες. Η χρήση μη επανδρωμένων εναέριων συστημάτων για έρευνες μπορεί να μην είναι πρακτική όταν εκτοξεύεται από το αυτόνομο σκάφος χωρίς να υπάρχει πλήρωμα. Τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα και τα οχήματα με τηλεχειρισμό διαθέτουν μοναδικές δυνατότητες που θα μπορούσαν να αναπτυχθούν για την επιθεώρηση των θαλάσσιων σκαφών. Το κλειδί εδώ είναι η πρόβλεψη του χρόνου μέχρι την αποτυχία ή η ανίχνευση μιας δυνητικά καταστροφικής κατάστασης που θα απαιτούσε να φέρει το πλοίο σε λιμάνι για επισκευή έκτακτης ανάγκης.

Μια άλλη λύση είναι να ενσωματωθούν αισθητήρες μέσα στο κύτος, όπως αισθητήρες τάσης ή όργανα μέτρησης υπερήχων. Η επεξεργασία τέτοιων σημάτων μπορεί να υποδεικνύει μια κατάσταση βιοσυσσώρευσης ή σκουριάς. ή ακόμα και ένας συνδυασμός και των δύο.

Όπως συμβαίνει συνήθως, υπάρχουν συναλλαγές μεταξύ των δαπανών παρακολούθησης και διατήρησης του κύτους. Η διαχείριση κινδύνων θα απαιτήσει έναν εμπειρογνώμονα διάβρωσης για την αξιολόγηση των δεδομένων. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να ενσωματωθεί στη βάση γνώσεων του αυτόνομου πλοίου ή οι κλήσεις κρίσης μπορούν να γίνουν από ειδικούς διάβρωσης που παρακολουθούν από απόσταση την κατάσταση του πλοίου.

Η διαχείριση του κινδύνου μπορεί να επηρεάσει το μέγεθος του σκάφους. μπορεί να είναι πιο πρακτικό να μεταφέρετε φορτίο σε πολλά μικρά πλοία και έτσι να διανείμετε τον κίνδυνο.

Δυνατότητα παρακολούθησης και επισκευής

Τυπικά, θα είναι απαραίτητο να παρακολουθείται εξ αποστάσεως η διάβρωση των συστημάτων ελέγχου κρίσιμης σημασίας στα αυτόνομα σκάφη. Τέτοια συστήματα περιλαμβάνουν τον εξοπλισμό πρόωσης, καθώς και ζωτικής σημασίας συστήματα πλημμύρας και πυροπροστασίας. Αυτά μπορούν να παρακολουθούνται με τον τρόπο των ισοδύναμων συστημάτων σε αεροσκάφος. Η κύρια διαφορά είναι ότι τα αυτόνομα πλοία είναι στη θάλασσα και επομένως υπόκεινται σε ιδιαίτερα διαβρωτικά περιβάλλοντα για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Ανάλογα με τον τύπο του σκάφους και το χρονικό διάστημα στη θάλασσα, μπορεί να είναι αναγκαία η παρακολούθηση αυτών των εξαρτημάτων από απόσταση. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με διάφορες μεθόδους. Οι αισθητήρες μπορούν να εγκατασταθούν σε κρίσιμα εξαρτήματα για την παρακολούθηση της κατάστασής τους στη θάλασσα και τα δεδομένα αυτά μπορούν να ληφθούν και να διατεθούν στο υπολογιστικό σύστημα που χρησιμοποιείται για αυτόνομο έλεγχο του πλοίου. Η κατάσταση αυτή δεν είναι πολύ διαφορετική από εκείνη ενός αεροσκάφους το οποίο μπορεί να απαιτείται να κάνει μη προγραμματισμένες προσγειώσεις όταν αποτύχει ένας κινητήρας ή άλλο κρίσιμο στοιχείο.

Η κύρια διαφορά μεταξύ μιας αεροπορικής εταιρείας και ενός ωκεάνιου σκάφους είναι ότι ένα πλοίο μπορεί να είναι στη θάλασσα για εβδομάδες. Εάν ένα κρίσιμο συστατικό είναι επιρρεπές σε ξαφνικά επιταχυνόμενα επίπεδα διάβρωσης, τότε μπορεί να δικαιολογηθεί η παρακολούθηση αυτού του στοιχείου και το πλοίο πρέπει να είναι προετοιμασμένο να αλλάξει την πορεία του για τις απαραίτητες επισκευές. Η αδυναμία να πραγματοποιηθούν επισκευές σε ένα αυτόνομο πλοίο ενώ βρίσκεται σε εξέλιξη θα μπορούσε να προκαλέσει παρατεταμένες περιόδους εισόδου.

συμπέρασμα

Δεδομένου ότι οι τεχνολογίες υποστήριξης της αυτόνομης ναυτιλίας είναι ώριμες, τα συστήματα παρακολούθησης της διάβρωσης θα πρέπει να καταστούν πιο εξελιγμένα. Η απομάκρυνση του ανθρώπινου στοιχείου από τον έλεγχο της διάβρωσης μπορεί να θεωρηθεί ως μια ευκαιρία για την προώθηση της επιστήμης της διάβρωσης. Αντί να θεωρεί τη διάβρωση ως εμπόδιο στην αυτόνομη ναυτιλία, η ανάπτυξη της αυτόνομης ναυτιλίας και της συλλογής δεδομένων επί των πλοίων θα μπορούσε να θεωρηθεί ως μέσο προώθησης της επιστήμης της θαλάσσιας διάβρωσης.

(Όπως δημοσιεύθηκε στην έκδοση του Μαρτίου του 2018 των Ναυτικών Reporter & Engineering News )