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        鋁質(zhì)高速船常見腐蝕現(xiàn)象及防腐應(yīng)對措施

        2016-03-02 14:17:21陶榮斌喻雄飛黎理勝
        廣東造船 2016年1期
        關(guān)鍵詞:防腐措施

        陶榮斌 喻雄飛 黎理勝

        摘 要:本文對鋁質(zhì)高速船的腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行分析和采取相應(yīng)的防腐措施。

        關(guān)鍵詞:鋁質(zhì)高速船;腐蝕現(xiàn)象;防腐措施

        中圖分類號:U671.71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        Abstract:This paper describes the aluminum high-speed ships corrosion phenomena and anti-corrosion measures.

        Key words: Aluminum high-speed ship;Corrosion phenomena;Anti-corrosion

        1 前言

        鋁合金由于質(zhì)輕、有一定強度和耐蝕性,并有良好的可焊接性,在高速船上得到了十分廣泛的應(yīng)用。雖然與鋼材相比價格較貴、建造成本較高,但是在達(dá)到同等強度和滿足船舶使用的條件下,作為船體結(jié)構(gòu)來說,鋁合金的重量是鋼結(jié)構(gòu)的50%左右,而耐蝕性要比鋼材好一個數(shù)量級以上。在民用船舶方面,澳大利亞、荷蘭、芬蘭等國的雙體鋁殼快艇研制和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟,目前已形成了一系列鋁合金快艇[1]。

        然而,結(jié)構(gòu)鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)材料、設(shè)備材料和上層建筑材料,將受到海水的直接腐蝕和海洋大氣的腐蝕。接觸海水的結(jié)構(gòu)鋁合金,將面臨腐蝕性很強的海水介質(zhì)的直接腐蝕。在海水中主要的腐蝕形式為局部腐蝕,具體又可分為點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕以及腐蝕和局部應(yīng)力共同作用引起的腐蝕疲勞。鋁合金的局部腐蝕導(dǎo)致其使用壽命降低[2]。

        結(jié)構(gòu)鋁合金在海洋大氣中的點蝕也比較嚴(yán)重;在飛濺帶則易發(fā)生縫隙腐蝕,縫隙腐蝕比點蝕嚴(yán)重。海水中的點蝕有一定隨機(jī)性,縫隙腐蝕則是鋁合金在海水中常見的腐蝕形式[3]。

        2 鋁質(zhì)高速船常見腐蝕現(xiàn)象

        1)在船體外板焊接處、內(nèi)板焊接的熱變形區(qū)域及噴水流道格柵普遍存在較明顯的腐蝕。

        2)欄桿柱、系纜樁等舾裝件與船體的連接、船側(cè)護(hù)舷鋁型材與船體之間的焊接焊縫區(qū)等均有明顯的腐蝕。

        3)海水管路閥門和閥桿由于成本的關(guān)系,常用的是鑄鋁材料。用于海水系統(tǒng)效果不好,不耐腐蝕,經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。特別是消防管系在使用幾年以后,根本不耐壓。液壓管如采用無縫鋼管,受海洋大氣影響腐蝕也較嚴(yán)重。

        4)船上的艙底泵、總用泵選用的是銅葉輪鑄鋼體泵,在使用中可見泵體有明顯的腐蝕,泵軸封非正常泄漏現(xiàn)象也時有發(fā)生,有時不到半年就要更換。海水系統(tǒng)中使用的鋁閥腐蝕較嚴(yán)重,普通不銹鋼閥的腐蝕也比較嚴(yán)重,而銅閥與鈦合金閥則腐蝕相對較少。

        5)噴水流道流道中一般采用了犧牲陽極和涂料進(jìn)行保護(hù),但仍有較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

        3 鋁質(zhì)高速船腐蝕特點分析

        1)船體水下部分由于高流速和近海海面雜物較多,一般的防腐涂料難以有效保護(hù)船體。鋁合金船涂漆之前的表面處理工藝與鋼質(zhì)船相比有很大區(qū)別。由于鋁合金較軟,常規(guī)的噴砂處理會對鋁合金表面造成較大傷害,一般只能采用輕度掃砂方式,以提高涂料附著力。

        2)鋁合金船內(nèi)艙水線以上部分一般采用裸鋁處理,未作涂層保護(hù),出現(xiàn)不同程度的腐蝕,冷凝水積聚部位腐蝕白點較多。對于跌落內(nèi)艙艙底的銅、鐵等重金屬零件、工具等極易造成裸鋁內(nèi)艙局部點蝕。

        3)高速船噴水流道內(nèi)海水流速很高,且泵噴葉輪為不銹鋼材料,流道內(nèi)壁的鋁合金腐蝕較難用犧牲陽極給以完整保護(hù),而一般的防腐涂料又難以經(jīng)受高流速水流沖擊。

        4)部分海水管系采用鋁合金管,鋁合金管對于海水中的氯、銅、鐵重金屬離子十分敏感,異種金屬接觸對鋁合金影響較大,加之管系附件配套性差,都會造成鋁合金管的異常腐蝕破損。

        4 鋁質(zhì)高速船的防腐措施

        4.1 船體結(jié)構(gòu)材料的選擇

        選擇5083鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)材料。5系列鋁鎂系A(chǔ)l-Mg合金屬于中強可焊合金,具有良好的拋光性能和耐蝕性能,特別是與其它鋁合金相比具有良好的耐海水腐蝕性能,所以Al-Mg合金是目前國際上用于造船最多的鋁合金。

        4.2 船體防腐防污涂料配套及涂裝工藝

        目前,國產(chǎn)的防腐涂料在國內(nèi)的鋁質(zhì)高速船上有過一定的使用經(jīng)驗和相應(yīng)配套產(chǎn)品。對于航速高的船,一般涂料的使用壽命因高速水流沖刷原因往往會大大縮短。特別對于噴水流道內(nèi),流道內(nèi)的水流速度接近船速的2倍。所以船體的腐蝕防護(hù)一般采用環(huán)氧系列涂料加鋁合金犧牲陽極的方法對船體進(jìn)行保護(hù),要求每年至少上排一次進(jìn)行船體檢查及重新涂刷涂料。

        涂裝工藝必須注意施工環(huán)境條件和表面處理。

        施工環(huán)境條件:相對濕度必須小于85%,環(huán)境溫度高于5 ℃,施涂表面溫度不得低于露點3 ℃。風(fēng)沙天、雨天或其它壞天氣不能施工。

        表面處理注意事項:

        1)用工業(yè)清潔劑徹底去除油污,并用高壓淡水沖洗以獲得清潔的表面。

        2)采用三氧化二鋁或高強度塑料磨料對鋁合金材料進(jìn)行噴砂處理,表面處理必須徹底清除“白銹”以及陽極化產(chǎn)物。

        3)在表面處理后必須盡可能快地進(jìn)行涂裝,以避免鋁材在空氣中發(fā)生氧化。

        4)涂裝方法和涂料產(chǎn)品的性能指標(biāo)必須嚴(yán)格按照各涂料相關(guān)的產(chǎn)品說明書。

        4.3 船體外板的陰極保護(hù)

        目前最為普遍采用的是在船體外板設(shè)置犧牲陽極。由于鋁質(zhì)高速船航速很高,隨航速的變化船體濕表面的電位分布變化很大,需根據(jù)電位分布變化確定最優(yōu)的犧牲陽極數(shù)量、布置位置及保護(hù)年限。

        目前一般通過模擬仿真計算或參考相關(guān)規(guī)范進(jìn)行艇體陰極保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計,并根據(jù)保護(hù)壽命的年限要求確定犧牲陽極的尺寸及布置方案。模擬仿真計算需根據(jù)艇體鋁合金材料、犧牲陽極鋁合金材料以及有關(guān)設(shè)備金屬材料在靜止和各種流速的流動海水環(huán)境中的極化特性確定模擬仿真計算的邊界模型和邊界條件,進(jìn)行自然腐蝕、電偶腐蝕、陰極保護(hù)共存時,停航及各種航行航速狀態(tài)和防腐蝕涂層各種損傷狀態(tài)下,船體表面保護(hù)電位分布、保護(hù)電流密度分布以及犧牲陽極消耗速度的系列模擬仿真計算;算出各種狀態(tài)下船體表面保護(hù)電位分布、保護(hù)電流密度分布,犧牲陽極的尺寸及形狀隨時間變化的圖像。endprint

        4.4 噴水流道保護(hù)

        噴水流道保護(hù)一般有三種方法:

        1)加藥法。將不同配方、不同組合的殺菌劑、緩蝕劑、剝泥劑聯(lián)合,根據(jù)一定的加藥工藝投入體系中,通過殺死海生物的孢子和微生物以達(dá)到防蝕殺菌的作用。一般適用于循環(huán)體系或半開放體系。由于噴水推進(jìn)流道系統(tǒng)是開放體系,這就會直接導(dǎo)致投藥的效率降低,增加投藥量和投藥頻率;此外采用投藥法防污,需要專用的設(shè)備、長期的藥劑費用投入、專人管理,因此在應(yīng)用上從防污效果、經(jīng)濟(jì)性和方便性等方面均具有一定的局限性。

        2)外加電流陰極保護(hù)。通過選擇合適的陽極,在對噴水推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行陰極保護(hù)輸出保護(hù)電流的同時,在陽極上可以產(chǎn)生一定量的氯氣和次氯酸,達(dá)到防止海生物污損的目的。

        由于噴水推進(jìn)系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工況,流道的保護(hù)電流量設(shè)計應(yīng)從排除鋁合金的全面性腐蝕和接觸腐蝕的條件考慮,因為流道內(nèi)奧氏體和雙相不銹鋼材質(zhì)的噴水泵、葉輪軸系統(tǒng)理應(yīng)與鋁合金流道電絕緣,但不是任何時候都能完全達(dá)到的,此外使用中絕緣可能遭到破壞,在設(shè)計其電化學(xué)保護(hù)時應(yīng)考慮到接觸腐蝕的可能性。所以選用的陽極具有較高的要求,具有輸出電流和電解產(chǎn)氯的雙重功能,通過調(diào)整陽極種類、形狀面積,可以滿足輸出足夠的保護(hù)電流和要求的有效氯濃度,從而將防污防腐蝕納入一個體系中,達(dá)到有效的防污防腐蝕控制效果。

        3)在鋁合金海水管路的基礎(chǔ)上,將具有質(zhì)輕和優(yōu)良的耐腐蝕能力的玻璃鋼管(玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂)用于噴水流道,使噴水流道系統(tǒng)真正成為免維護(hù)管系。

        4.5 海水管系防腐措施

        船上海水管路的腐蝕穿孔主要發(fā)生在有水流擾動的彎管、岔管,以及管接頭、法蘭接頭等有焊接缺陷的位置。

        海水管系如采用鈦合金制造,這部分管子沒有必要實施陰極保護(hù),需采取保護(hù)措施的鋁制海水管例如油污水處理系統(tǒng)等。

        污水處理系統(tǒng)管道內(nèi)部一般采用犧牲陽極陰極保護(hù)。不同管徑的管子保護(hù)長度根據(jù)保護(hù)電位分布和保護(hù)電流密度來確定。法蘭部位加入管道陽極,具體數(shù)量由法蘭數(shù)量決定。通常彎管、支管、管接頭的位置距離法蘭不超過2 m。與設(shè)備連接的法蘭處必須安裝陽極環(huán),并與設(shè)備進(jìn)行絕緣。

        4.6 設(shè)備、部件異種金屬連接防腐措施

        對帶有振動和對中要求較高的設(shè)備安裝,采用環(huán)氧樹脂作為絕緣材料既能滿足防腐絕緣要求,也能較易實現(xiàn)設(shè)備的對中安裝,同時該材料具有較好的吸振性,可減少設(shè)備震動的傳遞,見表1。

        4.7 內(nèi)艙艙底的保護(hù)措施

        內(nèi)艙艙底除采用涂料保護(hù)和加強日常管理外,還可應(yīng)用鋁基陽極保護(hù)。由于船尾軸、設(shè)備的瀉漏,會造成船艙底不可避免地存在著積水。艙底內(nèi)底板積水含有大量的油污、細(xì)菌,其腐蝕性比普通海水要大得多,所以艙底積水是造成內(nèi)板腐蝕的直接因素。鋁合金的自腐蝕電位較低,與銅、鋼接觸將會造成鋁材首先發(fā)生腐蝕艙底。艙底留有的銅質(zhì)或鋼質(zhì)螺母、螺釘、焊條、工具等必須清理干凈,否則會加速底板的局部腐蝕穿孔。同時由于艙底水主要由海水及油污組成,而在油污水環(huán)境下普通的犧牲陽極,電流效率低、溶解性差,無法滿足保護(hù)要求,因此需選用適于油污水環(huán)境中使用的高效的鋁基犧牲陽極。鋁基陽極具有電容量大,重量輕,有較高驅(qū)動電位等優(yōu)點,鋁基犧牲陽極應(yīng)用最多,發(fā)展最快。

        5 結(jié)束語

        對鋁質(zhì)高速船防腐蝕技術(shù)研究,借助于更精確的設(shè)計方法、以實現(xiàn)更可靠的和有預(yù)見性的防腐蝕設(shè)計,對鋁質(zhì)高速船在其全壽命期內(nèi)施以確切的保護(hù)措施、從而有效地防止腐蝕過程的發(fā)生,具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 黎理勝,龔亞樵.鋁合金船腐蝕與防護(hù)策略[J].中國造船技術(shù),2012(5).

        [2]金屬防腐蝕技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

        [3]鋁合金防腐蝕技術(shù)問答[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2012.endprint

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