腐食制御と自律船

バディ・リームズ • 20 3月 2018

機内乗務員と比較して、燃料コストは遥かに多くの輸送費を占めていますが、自律的な船舶からは大きな利益が得られています。潜在的な経済的利益は、この新興技術を無視するには大きすぎます。

自律航行が成功するには、通常、新造船のコストを下げることにのみ重点を置いている造船所をはじめ、海洋環境で働く人々の姿勢を完全に変更する必要があります。

現在の設計モデルは、船舶の建設および運航コストを最小限に抑えるよう努力していますが、これはしばしば最適ではない腐食保護システムを利用する原因となります。この意思決定モデルは、より高度なシステムの重要な安全性と長期的な信頼性を理解し、考慮することなく、初期資本支出に焦点を当てています。その結果、船の乗組員が配達直後に追加塗装を適用するか、または造船所が保証範囲を制限して、最適ではない腐食防止システムを補う状況に遭遇します。

自律航海が本当に機能するためには、世界の造船所を再設計することから姿勢やインフラストラクチャーを変えなければなりません。これは小さな仕事ではありません。自律輸送の成功は、多くのコア技術の同時開発に加えて、設計、施工、運用に対する行動とアプローチの相応の変化にも左右されます。船舶に乗っている船員が通常直面している課題のそれぞれは、自律輸送または遠隔制御輸送のためにコンピューティングシステムに組み込む必要があります。

自律輸送の課題

海でのナビゲーションとコミュニケーションは挑戦的です。例えば、携帯電話の接続性は、海岸からわずか3マイルの距離にあり、通信コストは海上でさらに大きく上昇します。

船舶の機械を風や海流に関するリアルタイムのデータに基づいて自律的に制御することは、1つの課題に過ぎません。海上でのさらなるリスクには、天気予報や危険物の予測不可能性などがあります。海賊、サイバー海賊およびテロリズムに対する保護は、船舶の電子的および機械的システムの信頼性と同様に困難な問題を提起する。最後に、船舶の構造物やコンポーネントの腐食状態を認識することが不可欠です。

自律輸送は、港湾の綱引きボートから海洋を横断する大型貨物船まで、多くの種類の船に適用される可能性がある。自律的な船舶は、その外部環境および内部状態を「認識」していなければならない。外部の環境には、天候や海面に危険をもたらす可能性のある物が含まれます。内部条件には、関連する通信および電子制御システムと共に、構造要素、エンジンおよび機械ならびにデジタルコンピュータの適切な機能が含まれる。この意味で、自律的な船は「自己認識」でなければなりません。

海洋腐食の課題

海洋産業の歴史には、腐食に関する多くの長い章があります。耐航性のある合金およびコーティングの開発は長く、困難であり、今日まで進行し続けています。今日では、腐食プロセスを遅らせ、腐食によるリスクを最小限に抑えるための大きな知識体がすでに存在しています。海上の重要なコンポーネントの故障は、人命の喪失または船舶の沈没をもたらす可能性があります。費用のかかる救助活動を必要とする。

ここでの課題は、自律型船舶とその搭載センサーおよびコンピューティングシステムの設計および建設に腐食防止を含めることです。これは微妙な変更ではなく、船舶の建設方法を全体的に見直す必要があります。自律船は、乗組員に依存してコーティングの性能を監視し、海上でのメンテナンスに対処することはできません。 6カ月間、コーティングされていないまま維持されていない船は、劇的に悪化するでしょう。船舶は、委託される前にあらゆるレベルでより高い耐食性基準に基づいて建造されなければならない。一度水に入れたら、定期的に検査し、監視し、有人船よりも高い水準に保つ必要があります。さもなければ、通常は海で修理されるであろう比較的軽微な部分の故障は、海で遭遇した船を回収するための高価な救助活動をもたらす可能性がある。

私たちは現在、ロングストロークでの冷腐食の増加やより効率的なエンジンを含む、Tier IIエンジンの改造による下流の影響を学習しています。排出ガス再循環（EGR）、選択的触媒還元（SCR）、さらにはスクラバーなどの複雑な追加が含まれている可能性のあるTier IIIエンジンでは、新しい問題が発生する可能性があります。過去10年間に開発された出荷に課されたバラスト水処理システム（BWTS）は、かなりメンテナンスが集中していることが証明されています。

2020年までの燃料の状況はすでに不確実であり、2020年を超えるとそれはさらにそうです。一つの確実性は、それぞれの大きな変化に下流の影響があることです。

幸いにも、腐食は過去に比べて今日よく理解されています。残念ながら、そのような知識は一般に採用されていません。長期的な実行可能性と腐食保護ではなく、建設コストに重点を置いていることを考慮すると、可能な限り効果的に腐食対策が適用されていません。

今日市場に出ている多くの優れた製品とソリューションは、コスト重視の建設プロセスに容易に調整できないため使用されていません。船舶の財政コストは、燃料コストの後ろの船積みにおいて2番目に重要なコストです。洗練された腐食防止ソリューションがコストを押し上げ、これらの追加コストは乗組員のコストよりも高くなる可能性があります。

新しい合金およびコーティングが現在存在し、特に海洋でのコンポーネントの耐用年数を大幅に延長しています。腐食を監視するための改善された方法を用いることができる。腐食を完全に排除することはできませんが、壊滅的な故障が減少する程度に腐食を管理することができます。

自律的船舶の海上腐食をさらに最小限に抑える必要性は、海洋腐食の監視と制御のためのシステムを改善する機会として捉えることができます。この記事では、海洋腐食の現在の知識を自律輸送の開発に採用する方法のいくつかを簡単に説明します。

構造要素の腐食

自律的な船舶への傾向は、腐食の管理に影響を与えます。海洋腐食は積極的で積極的な対策が必要な課題です。塩水環境で生じる材料の不可避的な劣化を緩和するために、特別な合金、コーティングおよび犠牲アノードが開発されている。それはまれに「もし」の問題ではなく、より多くの場合「いつ」の問題かです。さらに、腐食は予測不可能で破局的なものになります。リスクはコントロールできますが、簡単に排除することはできません。

船舶は、船殻が特に腐食しやすい、残酷な腐食環境で運転されます。船体の生物付着は抗力に寄与し、燃料コストを増加させる可能性がある。長い航海で貨物を運ぶ船は、信頼性の高い長期的なコーティングが必要です。

船が自由に腐食の問題を見過ごしていた時代は終わりました。バラストタンクと貨物タンクは塗装する必要があります。これはクラスの要件です。これらのコーティングがクラスによって「良好」でない場合、船は交換できません。

船体の腐食を管理するには、いくつかの方法があります。これらのほとんどは、故障までの時間を予測します。船体自体は耐食性のために選択された特別な材料で作ることができますが、事実上、海洋腐食から完全に安全な材料はありません。つまり、グラスフレークエポキシなどの複合材料は優れた耐食性を提供します。ハンドレール、はしご、パイプサポート、ケーブルトレイでの使用に適したこの未利用の技術は、20年以上にわたり利用されていますが、船舶ビルのコミュニティでは変化への抵抗が強いです。

自律輸送の場合、船員の日常的な監視と早期介入の可能性は存在しないため、船体の状態を監視することは特に重要です。調査のための無人航空システムの使用は、乗組員が乗船していない自律船自体から発射された場合には実用的ではないかもしれない。自律型水中車両および遠隔操作車両は、海上で船体を検査するために開発できる独自の能力を有する。ここでの鍵は、故障までの時間の予測、または船舶を緊急修理のために港に運ぶ必要がある潜在的に破局的な状態を検出することです。

別の解決策は、応力センサまたは超音波測定機器のような、船体内にセンサを埋め込むことである。そのような信号の処理は、生物付着または錆の状態を示すことができる。または両方の組み合わせであってもよい。

通常の場合のように、船体の監視と維持のコストにはトレードオフがあります。リスク管理では、腐食の専門家がデータを評価する必要があります。この知識は、自律的船の知識ベースに組み込まれるか、または船の状態を遠隔監視している腐食の専門家が判断することができます。

リスク管理は船舶の大きさに影響を与える可能性がある。多くの小型船に貨物を運び、危険を分散する方が現実的かもしれません。

監視と修復能力

通常、自律的な船舶の重要な制御システムの腐食を遠隔監視する必要があります。そのようなシステムには、推進装置、重要な洪水および火災防護システムが含まれます。これらは、航空機の同等のシステムのやり方で監視することができます。主な違いは、自律船が海上にあり、したがって長期間非常に腐食性の高い環境にさらされていることです。

船舶の種類や海上の時間によっては、これらのコンポーネントを遠隔監視する必要があるかもしれません。これは様々な方法で達成することができます。センサーは重要なコンポーネントにインストールして、海上での状態を監視することができ、このデータをキャプチャして、船舶の自律制御に使用されるコンピューティングシステムで利用できるようにすることができます。このような状況は、エンジンやその他の重要なコンポーネントが故障した場合に予定外の着陸を要求される可能性のある旅客機の状況とほとんど変わりません。

航空会社と海上船舶の主な違いは、船舶が数週間海にいる可能性があることです。重要な部品が急激に加速された腐食の影響を受けやすい場合、その部品の監視が必要となり、船舶は修理のためにコースを変更する用意が必要です。自律的な船舶が進行中に修理することができないことは、より長い航海期間をもたらす可能性がある。

結論

成熟した自律輸送を支援する技術として、腐食を監視するためのシステムはより洗練されなければなりません。腐食制御から人間の要素を除去することは、腐食の科学を進歩させる機会とみなすことができます。腐食を自律輸送の障壁とみなすのではなく、海洋腐食の科学を進歩させるための手段として、自律輸送と船上データ収集の開発が考えられます。

（ Maritime Reporter＆Engineering Newsの 2018年3月版に掲載されています）