曾榮輝 彭玉輝 張 威

中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

船舶海水管路防腐蝕研究

曾榮輝 彭玉輝 張 威

中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

簡述海水管路對船舶的重要性，以及船舶海水管路的腐蝕現(xiàn)狀，然后主要從海水管路材質(zhì)本身的原因和海水特性的原因出發(fā)，詳細(xì)分析了船舶海水管路腐蝕的主要原因，并針對船舶的特點，提出了幾種船舶實用和常見的海水管路防腐蝕措施，包括：合理選擇海水管路及其附件材料；對海水管路采用耐腐蝕覆蓋層；采用電化學(xué)保護(hù)法；控制管內(nèi)的海水流速。對合理設(shè)計船舶海水管路系統(tǒng)具有一定的參考意義。

船舶；海水管路；防腐蝕

1 引言

海水管路遍布船舶的各個角落，有如血管對人體一樣重要，包括消防水管路、各種機電設(shè)備海水冷卻管路、重力式廁所沖洗管路、艙底疏排水管路等。海水管路一旦出現(xiàn)腐蝕破損，將影響設(shè)備正常運行甚至船舶的安全性。提高船舶海水管路的可靠性，是保證其所屬系統(tǒng)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和整個船舶安全運行的有力保障。而海水管路的腐蝕與防腐蝕問題，是船舶系統(tǒng)管路日常維護(hù)中一個常見的問題，也是在設(shè)計管路系統(tǒng)時需要著重考慮的問題之一［1－5］。合理設(shè)計海水系統(tǒng)管路并對腐蝕問題進(jìn)行有效控制，是設(shè)計者們一直以來的追求［6-10］。

2 船舶海水管路腐蝕現(xiàn)狀

船舶海水管路的腐蝕問題，由于其作用機理復(fù)雜，控制措施難于悉數(shù)實施，目前仍普遍存在于各型船舶的海水管路系統(tǒng)中，所不同的只是腐蝕程度的輕重而已。

以某遠(yuǎn)洋貨輪的水消防系統(tǒng)為例。該船運營已近10年，水消防系統(tǒng)管路已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕問題：管系焊縫部位、法蘭焊接部位、防蝕螺塞焊接部位腐蝕嚴(yán)重，有滲水、堵塞漏水等現(xiàn)象，尤其是防蝕螺塞座板焊接部位腐蝕情況更為嚴(yán)重。此外，在其它海水管路系統(tǒng)中，也發(fā)生了或輕或重的腐蝕破損。腐蝕破損總數(shù)的95%左右發(fā)生在“易蝕”部位，直管部分的腐蝕破損僅占5%左右。所謂“易蝕”部位是指：分流管件、匯流管件、彎管、插管附近、變徑管附近、水進(jìn)口端法蘭之后、泵閥前后及焊縫部位等，主要是水流產(chǎn)生紊流處。凡是發(fā)生水流紊亂的地方都可能成為“易蝕”部位。圖1為典型“易蝕”部位（變徑管附近）示意圖。圖1中，左圖為變徑管附近的水流特征示意，其管徑收縮處易發(fā)生紊流，形成“易蝕”部位，見右圖中的變徑管路內(nèi)壁腐蝕照片。

圖1 典型“易蝕”部位（變徑管附近）示意圖

3 海水管路腐蝕的原因

3.1 管路材料本身的原因

海水管路為金屬材料，一般含有多種元素，這些元素的電極電位不同，容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。兩種金屬的電位差越大，腐蝕就越快。浸在海水中的的各種金屬電位值（在一定溫度時）如圖2所示。

圖2 部分金屬和合金相對電位

管路在機械加工過程中，由于鍛打、擠壓、彎曲和切削等原因，使管路變形部分和加工部分產(chǎn)生應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中部位電位較低，易形成陽極腐蝕。此外，管路在運輸、安裝和日常維護(hù)過程中，由于操作不當(dāng)，也可能會出現(xiàn)傷痕甚至裂縫等損傷，這些損傷部分的金屬相對來說電位較低，也易形成陽極腐蝕。

3.2 海水的原因

海水中含有大量的氯離子，它會加速不銹鋼的應(yīng)力腐蝕，氯離子還會對某些氧化性保護(hù)膜的形成起阻滯和破壞作用。由于海水中含有濃度很高的氯離子，隨著管路內(nèi)海水流速的增加，腐蝕速率也加快。

海水管路中的海水直接取自海洋表面，水中的溶解氧趨近于飽和程度。氧在電化學(xué)腐蝕過程中是一種去極化劑，所以它是電化學(xué)腐蝕中一個極為重要的因素。前面講過，金屬管路由于含有多種元素，在海水中可形成微電池而引起腐蝕。如對鐵元素，由于微電池反應(yīng)會生成白色的Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2在海水中溶解氧的作用下，會氧化為Fe（OH）3，并最終形成紅棕色的鐵銹 （FeO·Fe2O3· nH2O）。

海水中含有一定微小的懸浮固體。懸浮固體在系統(tǒng)管路中，特別是在低流速部位，它們會發(fā)生沉積。這些沉積層是疏松多孔的，因此，沉積層下部金屬容易和周圍金屬形成濃差電池，造成局部腐蝕。

海水中存在著大量的浮游微生物，如細(xì)菌、真菌和藻類等，它們在海水管路中會直接參與腐蝕反應(yīng)。除了這些微生物排出的氨鹽、硝酸鹽、有機物、硫化物、碳酸鹽等代謝物使水質(zhì)組成發(fā)生變化而引起腐蝕外，最主要的還是由于鐵細(xì)菌和厭氧的硫酸鹽還原菌的存在所引起的金屬腐蝕。

管路中海水的溫度對管路腐蝕的影響，往往取決于氧的擴散速度。一般情況下，溫度上升10℃，則腐蝕速度約增加30%。海水溫度和管路腐蝕速度的關(guān)系見圖3。

圖3 水溫與管路腐蝕速度的關(guān)系

最后，由于船舶的遠(yuǎn)洋使命，決定了其必須在不同海域航行，海水管路系統(tǒng)須適應(yīng)不同海域內(nèi)海水的鹽度、溫度、溶解氧濃度等差異，這也增加了海水管路系統(tǒng)腐蝕成因的復(fù)雜程度。

4 海水管路防腐蝕的控制技術(shù)

針對海水管路腐蝕的原因，可以給出相應(yīng)的防腐蝕控制技術(shù)。海水管路防腐蝕的控制技術(shù)包括合理的系統(tǒng)設(shè)計、正確選用管路材料、改變腐蝕環(huán)境、采用耐腐蝕覆蓋層、電化學(xué)保護(hù)以及采用耐腐蝕非金屬管路代替金屬管路等。對船舶海水管路的防腐蝕措施，比較實用和常見的有以下幾點。

4.1 合理選擇海水管路及其附件的材料

目前國內(nèi)船舶上的海水系統(tǒng)管路主要還是用金屬材料。對不同的系統(tǒng)管路，選用的金屬材質(zhì)應(yīng)有所不同。原則上，海水管路材料選用B10管，且所選的B10管含F(xiàn)e量應(yīng)控制在1.6%左右。為防止電位差腐蝕，管路所采用的變徑管、彎頭、三通管均應(yīng)為B10材料。處于難以拆裝部位且外徑大于等于30 mm的管路一般采用斯特勞勃接頭連接。而消防系統(tǒng)、噴淋、浸水系統(tǒng)管路則采用TUP紫銅管，法蘭和螺紋接頭采用青銅或青銅裝配件。當(dāng)海水管路用法蘭和螺紋接頭連接時，其墊片應(yīng)采用芳綸橡膠墊片。對海水管路中儀器、儀表或管路連接處，如存在異種金屬接觸，應(yīng)進(jìn)行必要的絕緣設(shè)計，防止異種金屬電位腐蝕。

總的來說，海水管路其附件的選材遵循以下幾個原則：

1）根據(jù)海水管路內(nèi)的海水流速選材

對低流速海水管路，可選用鍍鋅鋼、涂塑鋼、紫銅、紫銅施加防蝕措施；對中等流速海水管路，可選用紫銅施加防蝕措施、B10、B10施加防蝕措施；對高流速海水管路，可選用B10施加防蝕措施、雙相不銹鋼、鈦合金。

2）根據(jù)海水管路使用頻率和累積流動海水作用時間選材

低頻、短時間，如純消防水系統(tǒng)、應(yīng)急冷卻水系統(tǒng)，可選用鍍鋅鋼、涂塑鋼、紫銅；中等使用頻率、中等時間，如疏排水管路、大型貨船的壓載水系統(tǒng)，可選用紫銅、紫銅施加防蝕措施、B10；高頻、長時間，如主、輔機冷卻水系統(tǒng)、柴油機冷卻水系統(tǒng)以及主、輔機循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)選用B10、B10施加防蝕措施、鈦合金、雙相不銹鋼等。

3）根據(jù)船舶類別選材

· 一般中小型船舶：鍍鋅無縫鋼管、涂塑無縫鋼管；

· 大型遠(yuǎn)洋船舶：涂塑無縫鋼管、紫銅施加防蝕措施、B10；

· 豪華游輪：紫銅施加防蝕措施、B10、B10施加防蝕措施或鈦合金、雙相不銹鋼等。

4.2 對海水管路采用耐腐蝕覆蓋層

采用具有耐腐蝕性能的金屬或非金屬材料覆蓋在管路內(nèi)表面上，是一種應(yīng)用廣泛的防腐方法。覆蓋層分金屬覆蓋層和非金屬覆蓋層兩大類。

覆蓋層的金屬電位較管路金屬的電位低，則稱為陽極覆蓋層，反之稱為陰極覆蓋層。陽極覆蓋層具有隔離作用，還具有陰極保護(hù)作用。陰極覆蓋層只起到隔離作用，其完整性極為重要。如果陰極覆蓋層局部破壞后露出金屬管路，則形成小陽極和大陰極，此時陰極覆蓋層小但不能保護(hù)金屬管路，反而引起嚴(yán)重的局部腐蝕。因此，在選擇這種覆蓋層防腐時應(yīng)慎重。

非金屬覆蓋層是采用耐腐蝕的非金屬材料涂敷或粘貼在金屬管路內(nèi)外表面上，其防腐作用主要是靠隔離效應(yīng)。涂敷層特別是油漆層，應(yīng)用最為廣泛；且由于其價格相對低廉，施工簡便，種類多，發(fā)展很快。也有將橡膠、塑料、玻璃鋼、耐蝕陶瓷等材料涂敷在金屬管路表面的，它們都有著非常良好的防腐效果，而且發(fā)展前景非常好，可以預(yù)見，這種技術(shù)以后將成為主流的防腐方法。

4.3 電化學(xué)保護(hù)法

在大多數(shù)情況下，海水管路的腐蝕是由于電化學(xué)腐蝕。在一定條件下，極化作用可以降低金屬管路的腐蝕速率。可以通過強制電流或采用犧牲陽極兩種途徑來實現(xiàn)。某型船舶上使用的防腐防污電極主要性能指標(biāo)如下：

·處理海水量：≤1 500 m3／h；

·使用電制：220±10%VAC，50 Hz；

·電極材料：一價銅、電解鐵；

·電極壽命：1～3年。

4.4 控制管內(nèi)海水流速

對使用最多的B10管路，管內(nèi)海水流速應(yīng)按下面的數(shù)值進(jìn)行設(shè)計和控制，以控制海水對管路的沖刷腐蝕；特殊情況下，允許海水流速短時超越限值。

·通徑≤DN25時，管內(nèi)最大流速≤2.4 m／s；

·通徑＞DN25時，管內(nèi)最大流速≤3.5 m／s；

·海水中含泥沙或懸浮固體較多時，管內(nèi)最大流速≤2.0 m／s。

5 結(jié)束語

船舶海水管路的腐蝕問題，雖然仍普遍存在于各類船舶的輔助系統(tǒng)中，且由于其作用機理復(fù)雜，難以完全控制；但只要認(rèn)真對待，精心設(shè)計，分析其可能的作用機理，加強設(shè)計、訂貨、建造、驗收等管理過程中的質(zhì)量控制，就可以防患于未然，從而提高管路及其系統(tǒng)的使用壽命，降低船舶建造成本及維護(hù)費用。

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Protection Measures Against Erosion of Seawater Pipeline of Ships

Zeng Rong－h(huán)ui Peng Yu－h(huán)ui Zhang Wei
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

This paper introduced the importance of seawater pipelines to ships and their erosion actualities.Then，based on the characteristics of the material of seawater pipelines and seawater，this paper analyzed the main reasons of erosion in detail.Considering the specialties of the ships，this paper also put forward some practical and common measures to prevent such erosions，including：choosing appropriate materials for the seawater pipelines and their accessories；coat of endurable erosion paint for the pipelines；using electrochemistry protect means；controling the flow speed of seawater，and so on.This paper has reference significance to the appropriate design of ship systems in seawater.

ship；seawater pipeline；erosion protection

U664.84

A

1673－3185（2009）03－74－03

2008-05-15

曾榮輝（1980－），工程師，碩士。研究方向：船舶輔助系統(tǒng)。E-mail：fzero＠163.com