船体牺牲阳极阴极保护设计指南

Q/DNS 大连新船重工有限责任公司企业标准
Q/DNS.J0×.×××-2002
船体保护设计指南
Guide for cathodic protection design
（审查稿）
2002- - 发布 2002- - 实施
目次
前言 (1)
1 范围 (1)
2 定义 (1)
3 设计依据 (1)
4 设计内容 (1)
5 设计方法 (2)
参考文献 (6)
前言
为规范牺牲阳极阴极保护的布置设计过程中应遵循的技术准则﹑方法和要求，并为设计工作和控制设计质量提供依据，特制定本标准。

本标准中的设计方法是公司多年来大中型散货船﹑油船以及集装箱船的牺牲阳极阴极保护的布置经验的总结。

本标准按Q/DNS.J01.007.1-2002《设计规范编制规定》的要求编制。

本标准由大连新船重工有限责任公司标准化委员会提出。

本标准由船研所标准室归口。

本标准起草单位：船研所标准室
本标准起草人：×××校对：×××审定：×××批准：×××
本标准标审、编辑：×××编校：×××编审：×××
本标准由船研所标准室负责解释。

牺牲阳极阴极保护设计指南
1.范围
本标准规定了船体保护设计布置以及设计时的依据﹑保护参数﹑布置原则和设计方法。

本标准适用于各种大中型船舶（散货﹑油船以及集装箱船）的牺牲阳极阴极保护设计。

1定义
2.1牺牲阳极保护法:
是采用一种比被保护金属电位更负(化学性更活泼)的金属或合金和被保护的金属连接在一起,依靠该金属或合金不断地腐蚀融解所产生的电流使其他金属获得阴极极化而受到保护的方法。

而这种自身被腐蚀的金属或合金,称为牺牲阳极。

目前世界各国生产的牺牲阳极主要是锌基合金阳极和铝基合金阳极两大类。

2.2外加电流阴极保护：
采用外加电流使船体处于保护电位而不至于被腐蚀的方法。

2.3保护电流密度：
使被保护结构达到最小保护电位所必须的极化电流密度。

单位mA/m2
2.4牺牲阳极使用寿命：
牺牲阳极的消耗率达到利用系数1/K时的使用时间。

也就是被保护结构安装一次牺牲阳极后的有效保护时间。

2.设计依据
4.1 合同建造技术说明书及其指定的建造规范
4.2 主要图纸和文件
a) 总布置图
b) 相关船体结构图纸
c) 螺旋桨﹑舵图纸
2 设计内容 设计内容有:
a) 压载舱阳极保护； b) 舵和螺旋浆的阳极保护； c) 外加电流阴极保护装置。

3 设计方法 5.1 计算保护面积
5.1.1 船体浸水面积按线形图精确计算。

5.1.2船体浸水面积也可按照公式（1）进行近似计算
T TL S WJ /7.11∇+= (1)
式中：1S --------船体浸水面积，2m ; T--------满载吃水，m; WJ L -----满载水线长，m; ∇------满载排水体积，m. 5.1.3螺旋桨表面积按照公式（2）计算
L d n d n S ⋅+=
22
122
πηπ……………………………………………………
（2） 式中：2S --------螺旋桨表面积，2m ; n--------螺旋桨数量; 1d -----螺旋桨直径,m;
η------螺旋桨展开盘面比；
2d -----轴毂直径，m;
L ------轴毂长度，m;
5.1.4舵﹑海底阀箱按实际尺寸分别计算面积43,S S 。

5.1.5 通常底部水舱和双层底压载水舱装载压载水时,整个舱内都注满水,因此舱顶的
面积应列入被保护面积之中.而舷侧边水舱﹑顶边水舱﹑艏尖舱﹑艉尖舱等压载海水时,一般不会满至舱顶,故舱顶的面积可不列入被保护面积。

5.2选用保护电流密度
保护电流密度根据建造说明书中规定，若建造说明书中无此规定，一般选取如下：涂漆船体板 8-18 mA/2m 螺旋桨 300-400 mA/2m 舵 100-250 mA/2m
5.3 牺牲阳极数量的计算
5.3.1该项计算由厂家来由厂家计算保证，根据以往定货的经验，各厂家一般采取如下方法进行计算： 1)设计依据
➢ DNV GUIDELINES No.8 1996,CORROSION PROTETECTION OF SHIPS. ➢ DNV RP B401 1993,CATHODIC PROTECTION DESIGN. ➢ CB/T 3855-1999 海船牺牲阳极阴极保护设计和安装 ➢ GB/T4948-2002 铝—锌—铟 合金牺牲阳极 ➢
GB/T4950-2002 锌—铝—镉 合金牺牲阳极
2) 设计参数
➢ 设计保护寿命 ➢ 固定方法
➢ 牺牲阳极被保护电位 ➢ 平均保护电流密度 ➢ 海水压载率 ➢ 受保护面积 ➢ 阳极电化学性能 ➢ 阳极化学成分 ➢ 阳极规格
3)各部位所需阳极总重量目前一般用重量法按照公式（3）计算： e K
C i
A T W ⨯⨯
⨯⨯⨯⨯=
1
10008760………………………………………………………（3） 式中：W —阳极总重量（净重），Kg ；
T —寿命，a ；
A —保护面积，m 2；
i —平均保护电流密度，mA/m 2；
C —阳极实际电容量，A ·h/Kg ，锌合金阳极取780 A ·h/Kg ，铝合金阳极
取2400 A ·h/Kg ； K
1
—阳极利用系数，取0.85； e —海水压载率。

对船体外板﹑舵﹑螺旋桨部位,e=1.
5.3.2根据标准CB/T 3855-1999 海船牺牲阳极阴极保护设计和安装采用电流法计算阳极
数量按照公式（4）计算如下：
f
j
j j I S i N =………………………………………………………………………………（4） 式中：j N —被保护结构所需的阳极块数；
j i —保护电流密度，mA/m 2 (见5.2); j S ---浸水面积,m 2 (见5.1);
f I ---牺牲阳极发生的电流量,mA (见CB/T 3855-1999表2,或者根据相应
参数进行计算而得)
5.3.3牺牲阳极寿命核算
该项计算由厂家来由厂家计算保证，根据以往定货的经验，各厂家一般采取如下方法进行计算：
a) 牺牲阳极发生电流计算
阳极发生电流按公式（5）计算：
Ia=ΔE/Ra (5)
式中：Ia —单支阳极发生电流量，A/块；
ΔE —阳极驱动电位，V ；锌合金阳极在海水中取ΔE=0.25V ； Ra —阳极接水电阻，Ω。

阳极接水电阻按公式（6）计算：
)14(ln 2-⨯=r
L
L R a πρα (6)
式中：ρ—海水电阻率，Ω·cm ，常规海水ρ=25Ω·cm ；
L —牺牲阳极长度 (cm)； r —牺牲阳极当量半径 (cm)；
π
2C
r =
C —牺牲阳极横截面周长 (cm)； α—修正系数，α＝1.3。

（DNV 规范要求，阳极和外板间距小于300mm 时需要
该系数修正）
b) 牺牲阳极使用寿命的计算
牺牲阳极使用寿命按公式（7）计算：
t=W ·μ/E ·Im ·e ……………………………………………………………（7） 式中：t —阳极的有效使用寿命，a ； W —每块阳极净重，Kg ；
E—阳极消耗率，Kg/A·a；
μ—阳极有效利用系数，取值为0.85；
Im—每块阳极的平均发生电流，mA/m2，按公式（8）计算：
Im=0.6~0.8.Ia (8)
e—压载率。

将有关数据代入（6）式和（7）式，即可求得该阳极使用寿命.
5.4 牺牲阳极的布置
牺牲阳极的布置应该遵循以下原则：
a)船体外板所需的牺牲阳极应均匀对称地布置在舭龙骨和舭龙骨前后的流线上。

b)海底阀箱﹑声纳换能器阱内部
c)压载水舱或其他液货舱﹑压载舱的牺牲阳极布置应该注意以下几点：
1)铝合金阳极的布置应注意船级社规范的要求。

(仅限于势能不超过275J的部
位,阳极的质量应取装配时的质量,包括衬垫和装置设施)
2)阳极应该固定在舱内扶强材或水平构件上，长条形阳极的走向应与扶强材的
走向相一致。

3)阳极不能固定在船外板上，一根阳极也不能跨越安装在两根扶强材上。

4)在液舱的垂直方向上，阳极的布置应由下至上均匀递减，而在同一水平方向
上要注意对称分布和均匀分布。

5)阳极的布置位置应照顾到安装方便，在舱内压载管﹑人孔和舱梯周围不宜布
置
d)螺旋桨和舵所需的牺牲阳极应均匀对称地分布在尾部船外板及舵上。

但是，距螺
旋桨叶梢300毫米的范围内的船外板上和单螺旋桨船的无阳极区不得布置阳极。

详见图1。

图1 船体无阳极区示意图
5.5 牺牲阳极的安装
1)牺牲阳极可采用焊接或者螺栓固定两种方式安装。

一般说来焊接固定方法简单
﹑安装牢固高﹑接触电阻小，而螺栓固定则容易更换，更换时可以不损坏周围
及钢板反面的图层。

2)船体外板﹑螺旋桨﹑舵﹑海底阀箱等保护用的平板状的阳极应紧贴外板固定。

安装前，在紧贴船外板的阳极表面上应涂装两道防绣漆（一般采用环氧沥青漆
涂料比较好），待油漆干燥后才能安装。

3)阳极安装后，其表面不得沾染上油漆或污物。

一旦沾染，必须及时清除。

5.6 外加电流阴极保护的设计﹑布置﹑安装。

在设备定货之前，提供给厂家的规格书时要根据船舶的建造说明书给出该船对外加电流阴极保护的要求和主要参数。

主要参数包括船体外表面﹑舵﹑螺旋桨等受保护的面积；船体外表面以及舵和螺旋桨等受保护的面积的电流密度﹑船长﹑垂线间长﹑型宽﹑型深﹑设计吃水﹑结构吃水﹑首尾安装阳极部分的外板厚度等。

另外还需要提供总布置图一份。

厂家根据提供的参数确定阳极的形式﹑数量﹑安装位置以及安装详图等，签订技术协议时要求厂家提供的图纸必须齐全无误。

我们根据厂家提供的安装图和船体结构图纸做准确的安装图发给车间施工。

注意阳极本体与船体相接触的部分板厚不能小于该处外板的板厚，要求厂家的产品在满足要求的情况下能够尽可能的方便安装。

参考文献
CB/T 3855-1999 海船牺牲阳极阴极保护设计和安装
GB/T4948-2002 铝—锌—铟合金牺牲阳极
GB/T4950-2002 锌—铝—镉合金牺牲阳极
《船舶设计实用手册》。