現(xiàn)代海船船體絕大部分由鋼質(zhì)材料焊裝而成，船舶營運的特殊環(huán)境使船舶船體和機械設(shè)備的腐蝕破壞相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)加拿大運輸安全委員會(Transportation Safety Board of Canada)對1995年到2004年發(fā)生的事故原因統(tǒng)計，船體結(jié)構(gòu)損害導(dǎo)致的事故平均約占總數(shù)的8%，而其中有相當(dāng)一部分是由于船舶腐蝕造成船體強度降低引起的。一項由英國海洋工程營運公司BRITOIL所作的失效分析表明：在所有設(shè)施失效的例子中，33%是由腐蝕造成的。根據(jù)船舶具體情況，從防護(hù)效果、要求、施工難易程度以及經(jīng)濟(jì)性等各個方面出發(fā)，選擇船舶防腐蝕方法，進(jìn)行合理的防腐蝕設(shè)計，對于增強船舶抗腐蝕的能力，確保營運安全，具有重要的意義。
目前，國內(nèi)外船舶防腐的主要方法是有機涂料、犧牲陽極及外加電流保護(hù)或者它們的組合等幾種傳統(tǒng)的方法。由于安全的原因，船舶上一般采用的是犧牲陽極陰極保護(hù)，外加電流陰極保護(hù)一般不被采用。安裝較多陽極塊會增大船舶航行阻力，造成過度保護(hù)，少了則保護(hù)不足，船體仍然遭受腐蝕。因此，必須安裝適量的陽極，這就需要進(jìn)行合理的設(shè)計。
根據(jù)陰極保護(hù)的原理，在對金屬實施陰極保護(hù)的時候，為了到達(dá)最佳的保護(hù)效果，需要注意陰極保護(hù)的最小保護(hù)電位和最小保護(hù)電流密度兩個主要參數(shù)。而在實際中考慮到其它因素的影響，還要選擇合理的最大保護(hù)電位和最大保護(hù)電流密度。
1. 最小保護(hù)電位
為使腐蝕完全停止，必須使被保護(hù)的金屬電極電位極化到活潑的陽極“平衡”電位，即保護(hù)電位，對于鋼結(jié)構(gòu)這一電位就是鐵在給定電解質(zhì)溶液中的平衡電位。保護(hù)電位有一定的范圍，鐵在海水中的保護(hù)電位在-0.80～-1.0V 之間，當(dāng)電位大于-0.80V時，鐵不能得到完全的保護(hù)，該值稱為最小保護(hù)電位。選擇保護(hù)電位需根據(jù)已有的實驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗加以確定。
我國近年來規(guī)定鋼船在海水中的保護(hù)電位為- 0.75～-0.95V( Ag/AgCl電極)，最佳保護(hù)范圍為-0.85～-1.0V，其保護(hù)情況如表1所示。
表1 鋼船體在不同保護(hù)電位下的保護(hù)效果
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保護(hù)電位(V) |
保護(hù)效果 |
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低于 -1.00V |
過保護(hù),無銹蝕,但漆膜鼓泡脫落嚴(yán)重 |
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-0.85V～-1.00V |
達(dá)到理想保護(hù)效果,無銹蝕, 漆膜完整 |
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大于-0.85V |
保護(hù)不足,有銹蝕,電位越向正方向增加,銹蝕越嚴(yán)重 |
2. 最小保護(hù)電流密度
采用陰極保護(hù)時使金屬的腐蝕速度降到允許程度所需要的電流密度值，稱為最小保護(hù)電流密度。最小保護(hù)電流密度與最小保護(hù)電位相對應(yīng)，要使金屬達(dá)到最小保護(hù)電位，其電流密度不能小于該值，而如果所采用的電流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該值，則有可能發(fā)生“過保護(hù)”。
最小保護(hù)電流密度與被保護(hù)的金屬種類，腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，保護(hù)電路的總電阻，金屬表面是否有覆蓋層及覆蓋層的種類，外界環(huán)境條件等因素有關(guān)，必須根據(jù)經(jīng)驗和實際情況作出判斷，表2列出了我國近年來使用的保護(hù)電流密度值，表3列出了英國 WILSON TAYLOR 公司提供的各類船舶的保護(hù)電流密度一般指數(shù)。
表2 陰極保護(hù)采用的保護(hù)電流密度(mA·m-2)
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防護(hù)對象 |
金屬或合金 |
介質(zhì) |
保護(hù)電流密度 |
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海船 |
鋼質(zhì)船體(有涂層) |
海水 |
8~18 |
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鋼質(zhì)舵板( 漆膜不完整) |
海水 |
150~250 |
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青銅螺旋槳 |
海水 |
300~400 |
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漁船 |
鋼質(zhì)船體 |
海水 |
15~20 |
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鋼質(zhì)舵板 |
海水 |
＜250 |
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銅質(zhì)螺旋槳 |
海水 |
＜900 |
表3 各種船舶陰極保護(hù)采用的保護(hù)電流密度(mA·m-2)
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船舶種類 |
新造船舶 |
運營船舶 |
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破冰船 |
25 |
30 |
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挖泥船 |
24 |
27 |
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凹鼻拖船 |
22 |
24 |
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拖網(wǎng)漁船 |
22 |
24 |
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拖輪 |
18 |
22 |
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滾裝渡船 |
14 |
20 |
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沿海船舶 |
14 |
20 |
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其它遠(yuǎn)洋船舶 |
12 |
15 |
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遠(yuǎn)洋船舶(特涂船舶) |
10 |
15 |
3. 最小保護(hù)電位和最小保護(hù)電流密度
4. 最小保護(hù)電位和最小保護(hù)電流密度，僅是對保護(hù)結(jié)構(gòu)在一定保護(hù)介質(zhì)中保護(hù)效果最好的一種參數(shù)，它沒有考慮其它因素。船舶在進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計時還需考慮下面因素：
(1) 按實際保護(hù)對象確定最大保護(hù)電位
實際被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)有一定的長度、寬度和面積，陽極和被保護(hù)的結(jié)構(gòu)表面的距離不可能完全一致。陽極電流到達(dá)距陽極最遠(yuǎn)的部位所流經(jīng)的電解質(zhì)都起電阻的作用，引起電位下降。為了使陰極最遠(yuǎn)處得到最小保護(hù)電位，則需提高陽極和被保護(hù)金屬間的電位差，以補償那部分電位降的損失，被保護(hù)金屬在陽極附近的部位必然得到較高的保護(hù)電位。實踐證明，陰極電位越負(fù)，陰極附近的電解質(zhì)中的pH值越高，堿性越強。電位負(fù)至析氫電位時，則在陰極表面有氫氣析出。如果是涂料和陰極保護(hù)聯(lián)合應(yīng)用的情況，就必須考慮涂料涂層的耐堿性。一般油性和瀝青系涂料的耐堿性差，陰極電位不能負(fù)于-0.80V。各種涂料允許的最大保護(hù)電位如表4所示。
表4 各種涂料允許最大保護(hù)電位值(相對飽和甘汞電極)
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涂料種類 |
允許最大保護(hù)電位(V) |
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油性涂料 |
-0.80 |
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聚氯乙烯涂料 |
-1.00 |
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環(huán)氧系涂料 |
-1.50 |
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有機富鋅涂料 |
-1.30 |
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無機富鋅涂料 |
-1.30 |
(2) 按經(jīng)濟(jì)性原則確定最大保護(hù)電流密度
試驗得知，保護(hù)效率、保護(hù)電流和保護(hù)電位三者之間有一定的關(guān)系。保護(hù)效率隨保護(hù)電位變負(fù)而提高的趨勢是逐漸變慢，而保護(hù)電流密度隨保護(hù)電位變負(fù)而提高的趨勢是加快的。這就勢必在一定的保護(hù)效率以后，若在提高一點保護(hù)效率，則保護(hù)電流密度要增加很多�？傠娏鲝姸葹楸槐Ｗo(hù)金屬面積與電流密度的乘積，這時電力消耗則大大增加，就會顯得不經(jīng)濟(jì)。所以必須合理地選擇最經(jīng)濟(jì)的保護(hù)電位和保護(hù)電流密度值作為選擇保護(hù)電源的輸出額定電流的計算參數(shù)。
5. 犧牲陽極的布置
犧牲陽極的布置應(yīng)該遵循以下原則：
(1)船體外板所需的犧牲陽極應(yīng)該均勻?qū)ΨQ的布置在舭龍骨和舭龍骨前后的流線上，以減少船體附加阻力；
(2)螺旋槳和舵所需的犧牲陽極應(yīng)均勻的布置在艉部船殼板及舵上，距螺旋槳葉梢300mm范圍內(nèi)的船殼板上和單螺旋槳船的無陽極區(qū)不得布置犧牲陽極；
(3)海底閥箱、聲納換能器阱所需的犧牲陽極應(yīng)布置在箱、阱內(nèi)部。
6. 犧牲陽極的安裝
犧牲陽極可采用焊接或螺栓固定兩種方式安裝，一般說來焊接固定方法簡單、安裝牢度高、接觸電阻小，而螺栓安裝容易更換，更換時可不損壞周圍及鋼板反面的涂層。
犧牲陽極的安裝應(yīng)該注意以下幾點：
(1)在安裝前陽極背面要涂一道絕緣漆，在安裝處的船體表面加涂絕緣漆或加墊其它絕緣物，防止因陽極背面腐蝕而脫落，也使背面不起作用，陽極使用面積與設(shè)計數(shù)值一致；
(2)陽極表面嚴(yán)禁涂漆或沾污，在涂漆和下水前加以保護(hù)；
(3)安裝時陽極要焊在指定位置，陽極背面要緊壓船殼表面，鐵腳燒焊處要補涂油漆。 |
