肖敬發(fā)

應用研究

淺談船舶腐蝕及防護

肖敬發(fā)

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 200082）

文章將船舶腐蝕分為三個區(qū)域：船舶水下腐蝕區(qū)域、船舶水上腐蝕區(qū)域及海洋環(huán)境腐蝕區(qū)域，介紹了腐蝕的原因。針對船舶不同腐蝕區(qū)域采取的涂層保護及電化學保護兩種保護措施，具有實用價值。

船舶 腐蝕 防護

0 引言

船舶殼體腐蝕問題是一直困擾大家的問題，由于海洋的特殊性，而作為長期在海上運輸、勘探及開發(fā)的船舶來說，腐蝕尤為的嚴重，腐蝕會對船舶的殼體造成永久性的破壞，更重要的是對船舶的使用壽命、航行速度、性能、船舶安全造成很大的影響。而因腐蝕造成的海損事故也是時有發(fā)生，人類的生命安全及財產受到嚴重的威脅，同時也對海洋環(huán)境造成嚴重的破壞。相關資料顯示：2009年經過WCO各成員的討論并一致通過，在世界范圍內確立每年的4月24日作為“世界腐蝕日”，每年的由腐蝕引起的經濟損失是全國GDP的3%以上，而海洋腐蝕損失就大約占總腐蝕損失的1/3。因此，人類必須對腐蝕的原因及類型要有深刻的認知，將抵抗腐蝕研究與探索進行到底，使得腐蝕問題得到更好的預防與控制。

1 船舶腐蝕區(qū)域劃分

根據在海洋區(qū)域內對船舶的腐蝕因素及程度的不同，將船舶腐蝕分為船舶水下腐蝕區(qū)域、船舶水上腐蝕區(qū)域及海洋環(huán)境腐蝕區(qū)域三大部分。

1.1 船舶水下腐蝕區(qū)域

所謂的船舶水下腐蝕區(qū)域是指船舶設計吃水線以下船舶殼體遭受腐蝕的部分，這部分是最容易遭到破壞及腐蝕的部分，它包括船艏，船艉，船底及舷側四個部分，其中船艏部分的腐蝕最為嚴重，因為船舶在航行時，船艏部與海水發(fā)生碰撞，并破開海水前行，從而導致海水與船艏產生強大的流體動力，并且此區(qū)域長期泡沫翻滾，使得艏部的水被空氣所飽和，同時船艏部分在極端情況下可能會與錨鏈以及海洋漂浮物發(fā)生碰撞，因此很容易使船艏部的涂層遭到破壞，一旦船體涂層產生一點破損，將可能導致發(fā)生穴蝕，從而加劇船體電化學腐蝕。

船中部位的舷側外板表面受到的流體動力相對船艏部來說比較小，與海洋漂浮物以及波浪的碰撞相對來說也很小，此區(qū)域的涂層破壞主要來源于船舶靠泊及靠碼頭時與防撞墊及靠球的擠壓及摩擦。

船底部位的涂層破壞除了船舶與海底發(fā)生摩擦與碰撞外，還有海洋生物對船體表面造成的生物腐蝕，它是由海洋生物附著在船底板上引起的，這種腐蝕它包括化學腐蝕及電化學腐蝕兩種情況。由于海洋生物附著在船底，它們的分泌物會不斷的侵蝕船底的涂層，造成船底涂層破壞，同時這些生物也會使得其附著區(qū)域內海水的PH值，溶氧濃度以及其它溶解質濃度的改變，從而改變船體金屬材料的腐蝕速度（如細菌、古菌、真菌和藻類等）。

船艉部位在螺旋漿所產生的強烈水作用下，船艉部位的船體外殼板及舵葉上會有明顯的局部流體動力作用，因此在很多情況下會對涂層造成破壞，其中包括沖擊腐蝕及空泡腐蝕，沖擊腐蝕這是由于液體湍流或沖擊所造成；而空泡腐蝕，則是由于海水在螺旋漿的高速運轉下使得海水不規(guī)則的流動下所產生的氣泡，而這此氣泡會在破滅時會產生沖擊波，對船體表層及舵表層造成破壞，使得船體結構被腐蝕。

水線區(qū)域的船體外板處于十分苛刻的條件下，這個區(qū)域的涂層破壞的可能性是最大的，這個區(qū)域由于長期受到海水和空氣的干濕交替作用，尤其是存在有石油產物的環(huán)境中，石油產物會促使涂層的破壞，船體的這個區(qū)域所使用的涂料有很多都對石油產物不穩(wěn)定，因此在這種情況下會大大加強某些具有腐蝕性介質的侵蝕性。

除此之外，船體結構在水下焊接部位也特別容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。因為船體焊接時的工藝原因或者在涂裝前沒有做好焊接處的預處理清潔工作等原因都會使涂層出現(xiàn)缺陷，更重要的是船體結構在水下部分的腐蝕往往都是電腐蝕。

1.2 船舶水上腐蝕區(qū)域

所謂水上腐蝕區(qū)域是指設計吃水線以上船舶結構遭受腐蝕的部位，它包括有干舷，主甲板，上層建筑等區(qū)域，這些區(qū)域的腐蝕它主要是由于船舶殼體長年處于海洋潮濕的大氣,海水飛沫,陽光照射，雨雪等因素的影響，造成船體殼體的涂層老化，破損等，由于在海洋大氣中存在著大量的水分，這些水分會凝結成水附著在船體表層，同時大氣中還存在著大量的氮化物，這樣就使得凝結水會加劇對船體結構的破壞，另外甲板區(qū)域會出現(xiàn)很多積水區(qū)，在干濕交替中也會對船體結構造成腐蝕。再加上在甲板的機艙區(qū)域以及鍋爐區(qū)域的表面由于溫度比較高，因此導致此區(qū)域內的船舶結構破壞程度在一定程度上會有所加劇?？茖W實驗表明，在船體建造中的一些火工校正過的部位由于其金屬組織在結構上發(fā)生了較大的變化，因此使其耐腐蝕性大大低于船體中的其他部位。因此，船體中在火工校正部位的涂層做不到位，此區(qū)域將比其他部位更容易被壞破，最終使船體的腐蝕速率大大加快。同時，甲板機械在運行過程中會出現(xiàn)機械磨損，而磨損區(qū)域在海水以及潮濕的海洋環(huán)境中的腐蝕也會非常的嚴重。

船體面臨的另一種非常嚴重的腐蝕時雜散電流腐蝕，也即電腐蝕。在船舶建造、修理、停泊和運營過程中均可能發(fā)生。船體雜散電流源可能來自船體焊接接線不當或電纜破損、供電系統(tǒng)和電氣設備的漏電等，也可能來自同一水域內其他陰極保護系統(tǒng)的干擾。其中，由于電焊作業(yè)引起的船體雜散電流腐蝕較為多見。

1.3. 海洋環(huán)境腐蝕區(qū)域

海洋環(huán)境腐蝕區(qū)域主要是指船舶在海洋區(qū)域內因不同區(qū)域對船舶造成的不同程度的腐蝕現(xiàn)象，根據海洋環(huán)境的這一特點，將海洋環(huán)境劃分為海上大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海底土壤區(qū)等五大區(qū)，其中浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率最快，潮差區(qū)相對次之，而全浸區(qū)內腐蝕會因海水的溫度、鹽含量、溶解氧濃度及PH值的變化而變化，而且這些變化通常都是隨著海水深度的變化而存在著明顯差異（詳見圖2），飛濺區(qū)通常是指海平面以上的2米左右，常期會受到海浪飛沫沖擊的區(qū)域，在飛濺區(qū)內浪花的沖擊會破壞船體外表的涂層，因此此處的腐蝕最為嚴重。國內外大量研究表明，同一種材料在飛濺區(qū)的腐蝕速率比全浸區(qū)高 3 ～10 倍。

圖 1 海洋不同腐蝕環(huán)境區(qū)域腐蝕速度圖

2 保護措施

2.1 涂層保護措施

船舶水下部分的保護一般都是指的船體的涂層材料，因為涂層保護是目前最為有效，最為經濟，施工最為便捷的一種方法，船體的保護以及防腐蝕主要取決于船體的涂層材料，它的作用是在船體形成一層干膜保護層，使船體的各部位的金屬面與外界進行隔離以達到抗腐蝕的作用，干膜保護層它具有防曬、防銹、防油、防污、耐磨、耐寒、抗高溫等多項功能。由于船舶的不同部位的腐蝕原因有所差別，因此所采用的涂料也是有所區(qū)別。如干舷部分，通常底漆是防銹環(huán)氧油漆，面漆可選聚氨酯或環(huán)氧面漆，船底部分，通常需要涂裝防銹層、中間層和防污層，船舶水線區(qū)域，由于此區(qū)域長期被海水沖擊的同時還處于海水干濕交替的環(huán)境，因此水線部位的涂料必須有良好的耐水性、耐候性、耐干濕交替性，水線以上區(qū)域，主要受到海洋的大氣環(huán)境影響，如凝結水、陽光照曬等的作用，要求涂料有優(yōu)良的防銹性、耐候性、抗沖擊與摩擦性能，還要有保色性和保光性等；同時還需要注意的是防腐涂層的效果的好壞除了涂層的材質外，涂裝前的預處理、涂膜厚度、涂裝時的氣候條件及涂裝工藝等諸多因素有關。因此，選用適宜的涂料，同時采用嚴密且合適的施工工藝將船舶的表層部位進行有效的覆蓋是非常重要的。

圖2 不同海水深度的環(huán)境參數(shù)變化圖

針對船舶不同腐蝕區(qū)域內的涂層保護如下：

水上區(qū)域采用噴砂拋丸除銹工藝涂富鋅車間底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+ 聚氨酯面漆配套方案，此方案的防腐有效期可以達到15年。

水下區(qū)域采用環(huán)氧類配套涂料（包括底漆、防銹漆、防污漆），具有防止海水腐蝕及生物附著性能的涂料，船底所采用的涂料必須具有耐水性，耐堿性，耐磨性等性能。

水線區(qū)所采用環(huán)氧類配套涂料，涂料必須具有耐水性，耐氣候性，耐干濕交替性，同時也必須具有很好的機械強度，耐磨，耐沖擊性等性能。

2.2 電化學保護措施

所謂電化學保護措施就是通過改變金屬的陽極極化電位，達到鈍態(tài)區(qū)來抑制或降低金屬結構腐蝕的保護技術（見圖3）。海水中不同金屬材料在一定的距離范圍內均會產生電勢差，電勢低的金屬就會被電勢高的金屬腐蝕（同種條件下,電極電位低的金屬會自發(fā)進行腐蝕）,同時產生電流，從而發(fā)生電化學腐蝕。電化學保護法可分為陰極保護和陽極保護兩種類型。陰極保護就是將保護金屬與直流電源的負極相連，利用外加陰極電流進行陰極極化，以達到降低金屬的腐蝕速度的目的。陽極保護就是基于金屬的鈍化原理，對腐蝕性介質中的金屬村料通過適當?shù)年枠O極化電流，使其表面形成耐腐蝕性的鈍化膜并維持其鈍化狀態(tài)，從而顯著降低金屬腐蝕速率的電化學保護措施，目前國內的船體通常使用的犧牲陽極材料主要有鎂合金陽極、鋁合金陽極、鋅合金犧牲陽極等，它們的電容量有差較大的差別，其中鋁的理論電容量為2970 A·h/kg，它的電容量是鋅的3.6，是鎂的1.35倍。它們的使用環(huán)境也有很大的差別，鎂合金陽極主要用于土壤、淡水等高阻環(huán)境，鋅合金犧牲陽極和鋁合金犧牲陽極主要用于海水等低阻環(huán)境。陰極保護與陽極保護的原理都是一樣的，它們的最終目的都是與船體鋼結構、海水三者之間形成回路，從而降低腐蝕的速度及溶解速度，以達到保護防腐蝕的作用。

針對船舶不同區(qū)域的電化學保護如下：

船舵及螺旋槳區(qū)域除了采用涂層外，還會根據保護面積進行安裝一定量的鋅塊，均勻的布置在舵及螺旋槳周邊區(qū)域，它主要是將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金相連構成原電池，以達到保護舵及螺旋槳避免腐蝕，同時還具有保護時間長，效果好，更換方便等特點。

壓載水艙區(qū)域也是采用相同的辦法進行保護處理。

圖3 電化學保護原理圖

3 總結

綜上所述，防護的本質是避免船體與海水及海洋惡劣環(huán)境的直接接觸，從而降低電化學反應的速度，因此防腐蝕措施需要根據具體的使用要求進行選擇，在不同的區(qū)域需選擇不同的涂層保護措施及電化學保護措施，以達到保護船舶的安全目的以及延長船舶的使用壽命的目的。文中對船舶被腐蝕的前提與原因進行了分析，針對這些前提與原因也提出了相關改善及保護措施，希望為船舶防腐蝕研究提供一定的參考價值。

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Discussion on corrosion and protective measures of ships

Xiao Jingfa

(Jiangnan Shipyard Group Co., Ltd, Shanghai 200082, China)

U664

A

1003-4862（2023）10-0057-04

2023-05-22

肖敬發(fā)(1983-) , 男 , 中級。主要從事船舶結構及舾裝設計。E-mail: xiao7099@126.com