船体腐蚀及阴极保护

1996年第4期武汉造船No.4.1996 (总第109期)Wuhan Shipbuilding(Serial No.109)

收稿日期:1996年7月9日船体腐蚀及阴极保护

孙　及

(武汉交通科技大学)

摘　要:本文介绍用于船体防腐的阴极保护系统及外加电流的技术要求。

关键词:船体防腐　阴极保护系统

目前大多数船舶都采用金属外壳。金属在电解质溶液中,由于表面存在电化学的不均匀性,会形成无数的腐蚀原电池,产生金属腐蚀现象。

船舶配置阴极保护系统的目的,就是保护船体,提高防腐作用,减少船体维修与更新的费用,延长船体的使用寿命。

阴极保护系统一般有两种保护类型,即牺性系统和外加电流系统。

1　牺性系统(Sacrificial system)

牺性系统是在船体上焊上阳极板而形成的。阳极板用比构成船体的钢材之电化阳极性强的材料制成。在电化过程中阳极板慢慢溶解,在船体钢板上施加保护性电流,从而达到防止腐蚀的作用。这种保护存在两个缺点,一是阳极板必须定期更换;二是由于阳极板的体积较大、数量较多,需增加0.5%～1%耗油量去克服增加的船体阻力。因而牺牲系统的应用受到了限制。

2　外加电流系统(Impr essed current sy stem)

外加电流系统是利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止船体遭受腐蚀。这种系统中使用的阳极板量很少,而且由于它们比较不活泼,一般预计有15至20年的寿命。通常它们在造船阶段被永久性地安装在船体上,这样也就克服了牺牲阳极的缺点。

图1　外加电流阴极保护系统框图

外加电流系统如图1所示,它由船体传感器、控制单元、交流控制装置、变压整流装置及阳极板组成。少量的外部阳极板为电流发射器,电流由变压整流装置供给,受控于控制组件。低压直流电源由引自船体传感器并经控制电路处理的电信号来调节。实际上,外加电流系统为闭环控

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制系统,它可有效地实现电流控制,达到保护作用。

3　外加电流保护系统的技术要求

1)外加电流值的要求

保护船体钢板通常需要约20mA/m 2的均匀电流密度以抑制大多数的腐蚀电池。但是实际上各种因素都会影响腐蚀速度。当船体涂层剥落出现裸钢板时,需要的电流密度为通常值时5～6倍。

对于一个有良好覆盖的,浸湿面积为5000m 2左右的船舶而言,需要100A 的电流来保证保图2　阴极保护系统等效电路护作用。通常要考虑20%～30%油漆涂层的损失作为备用能力。

据此,为了保证在整个运行期间受保护,需要250A 的电流。

2)工作电压值的要求

外加电流是全自动控制系统,输出电流连续可调节,以满足

各种工况条件的要求。整流系统按变压整流原理工作,把交流电转化成能保持大电流的低压直流电源。为了防止因过高电压穿过油漆膜而产生涂层剥落的严重后果,应尽可能使系统在较低的电压下工作。通过图2所示阴极保护系统的等效电路可以看出,它还受阳极板列本身电阻的影响。

对于一个给定的电流,假定油漆电阻R P 是尽可能高的理想电阻,则阳极板电阻R a 必须最小。可以用以下两个方法来实现这个目的。

(1)增加阳极板的数量;

(2)规定阳极采用最大的长度直径比。

方法(1)最易实现。方案(2)有时会因成本上的考虑而被采用。由于它可以降低工作电压,阳极屏蔽体积亦可减小,安装也将简化,所以在保证等效保护下,方案(2)可大大减小电能消耗。

3)阳极配置的要求

阳极配置很大程度上取决于船舶的建造,一般船舶采用船尾阳极配置都能实现极好的保护。由于强涡流作用及螺旋桨与船体金属材料不同,因而必须将大部分保护安设在尽可能接近螺旋桨的地方。

图3　相对船长的电位梯度

在大型船舶中,可考虑船首独

立系统,其中包括有阳极板、传感

器和电力装置。图3提供了200米以

下船舶沿船长方向电位的变化,说

明保护作用向船首会持续下降,因

为在此处又获船首系统的补充,保

护作用又将回升。一般规定最少使用两个控制/监控传感器(左、右舷

各一个),以保证至少在船体两个位置处的读数发生联系,从而确定要求的输出量。

实际设计时,可按船体尺寸和船舶类型的要求安装若干数量的监控传感器。

使用外加电流阴极保护系统在船舶的寿命期内具有明显的优越性及经济效益,因而得到重视并在海船中广泛应用。51