船舶陰極保護(hù)系統(tǒng)介紹

1、船舶陰極保護(hù)系統(tǒng)詳述簡(jiǎn)要：詳細(xì)介紹船體電化學(xué)腐蝕原理，陰極保護(hù)方法，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用詳細(xì)闡述外加電流的陰極保護(hù)的工作原理與衡量標(biāo)準(zhǔn)。一、電化學(xué)腐蝕原理鐵制成的船體接觸海水時(shí)會(huì)產(chǎn)生電位，發(fā)生電腐蝕現(xiàn)象。所以，為了盡量減少船體與海水接觸，采用防銹蝕的油漆隔離船體和海水。但是船尾軸系，推進(jìn)器或者因?yàn)榇w損傷導(dǎo)致的與海水接觸是無(wú)法完全避免的。所以接觸到海水的一部分船體會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，根據(jù)電解情況的不同，腐蝕程度不同。原電池電解反應(yīng)： 當(dāng)兩種金屬或含雜質(zhì)的金屬被置于電解液中，金屬活動(dòng)性強(qiáng)容易失去電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽(yáng)極，從而帶正電荷（生成金屬氧化物，所謂被腐蝕），使電勢(shì)升高，可以作為正極（正極

2、是針對(duì)外部電解質(zhì)中游離電荷而言，正極吸引負(fù)電荷，而正電荷則流向負(fù)極，可以被認(rèn)為是電流的方向）。金屬活動(dòng)性弱者得電子，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極（該電極積累金屬），電勢(shì)降低，成為負(fù)極，吸引正電荷聚集。圖1 電化學(xué)腐蝕原理圖二、陰極保護(hù)陰極保護(hù)則使上述過(guò)程逆轉(zhuǎn)，根據(jù)提供陰極電流的方式不同，陰極保護(hù)又分為犧牲陽(yáng)極法和外加電流法兩種，前者是將一種電位更負(fù)的金屬（如鎂、鋁、鋅等。注：金屬活動(dòng)性更強(qiáng)，更活躍，更易失電子）與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物電性連接，通過(guò)電負(fù)性金屬或合金的不斷溶解消耗，向被保護(hù)物提供保護(hù)電流，使金屬結(jié)構(gòu)物獲得保護(hù)。后者是將外部交流電轉(zhuǎn)變成低壓直流電，對(duì)被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，

3、使其產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，腐蝕的陽(yáng)極溶解過(guò)程就會(huì)得到有效抑制。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法一般用鋅塊合金，布置沒(méi)有具體要求，只要沿著舭龍骨流線平均分布，具體數(shù)量則要根據(jù)船只鋼材數(shù)量（面積）進(jìn)行計(jì)算后得出。也可用鋁合金的，效果更好，但在機(jī)艙及貨油艙等區(qū)域禁止使用（因電位差過(guò)高存在引發(fā)火星的可能性）。一般設(shè)計(jì)使用壽命2-3年，采用焊接或鉚接方式固定于船體外殼之上，鉚接的話到了使用后期可以方便更換，并且有各種型號(hào)可選。其中雙層底和雙壁艙室內(nèi)部區(qū)域（bottom; double hull inner area） 也應(yīng)當(dāng)設(shè)有犧牲陽(yáng)極保護(hù)裝置。下面將詳細(xì)介紹外加電流的陰極保護(hù)過(guò)程原理及方法。三

4、、外加電流的陰極保護(hù)ICCP (IMPRESSED CURRENT CATHODIC PROTECTION):將上述電化學(xué)腐蝕過(guò)程逆轉(zhuǎn)：發(fā)生還原反應(yīng)為陰極，是故直接連接直流電源的負(fù)極，由電源輸送電子到該區(qū)域，從而形成較低的電勢(shì)。船舶陰極保護(hù)系統(tǒng)中，以船體作為陰極，利用恒電位儀維持船體處于較低的電位。圖2 外加電流的陰極保護(hù)原理圖船舶外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)由以下幾部分組成：直流電源，輔助陽(yáng)極，參比電極。此外，為使陽(yáng)極輸出的保護(hù)電流更均勻，避免陽(yáng)極附近結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過(guò)保護(hù)，有時(shí)在陽(yáng)極周圍還須涂刷陽(yáng)極屏蔽層。 1）直流電源在外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)保護(hù)面積可以計(jì)算出需要提供電流的大小，于是需要有一個(gè)穩(wěn)

5、定的直流電源，以提供保護(hù)電流。目前，廣泛使用的有整流器和恒電位儀兩種。一般，當(dāng)被保護(hù)的結(jié)構(gòu)物所處的工況條件（如浸水面積、水質(zhì)等）基本不變或變化很小時(shí)，可以采用手動(dòng)控制的整流器；但當(dāng)結(jié)構(gòu)物所處的工況條件經(jīng)常變化時(shí)，則應(yīng)采用自動(dòng)控制的恒電位儀，以使結(jié)構(gòu)物電位總處在最佳保護(hù)范圍內(nèi)。在工程中廣泛使用的恒電位儀主要有三類：可控硅恒電位儀、磁飽和恒電位儀和晶體管恒電位儀?？煽毓韬汶娢粌x功率較大、體積較小，但過(guò)載能力不強(qiáng)。磁飽和恒電位儀緊固耐用，過(guò)載能力強(qiáng)，但體積比較大，加工工藝也比較復(fù)雜。晶體管恒電位儀輸出平穩(wěn)、無(wú)噪聲、控制精度較高，但線路較復(fù)雜。2）輔助陽(yáng)極輔助陽(yáng)極的作用是將直流電源輸出的直流電流由介質(zhì)

6、傳遞到被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上?？勺鬏o助陽(yáng)極的材料有很多，如廢鋼鐵、石墨、鉛銀合金、高硅鑄鐵、鍍鉑鈦、包鉑鈮以及混合金屬氧化物電極等。這些材料各有其特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合。3）參比電極參比電極的作用有兩個(gè)：一方面用于測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位，監(jiān)測(cè)保護(hù)效果；另一方面，為自動(dòng)控制的恒電位儀提供控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)輸出電流，使結(jié)構(gòu)物總處于良好的保護(hù)狀態(tài)。在工程中，常用的參比電極有銅/飽和硫酸銅、銀/鹵化銀及鋅參比電極等，這些參比電極各具特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合。下圖可以看出不同材料做參比電極范圍不同：圖3 不同材料參比電極保護(hù)范圍對(duì)比由上圖可知，不同的材料作為參比電極，電勢(shì)值是不同的。在實(shí)際項(xiàng)目中，通常選用鋅來(lái)做

7、參比電極。圖4 系統(tǒng)布置圖那么外加電流的陰極保護(hù)正常工作時(shí)電路是怎樣的呢？以往的文章常常對(duì)這一部分未做描述。其實(shí)電路非常簡(jiǎn)單：電流從電源正極流出，至輔助陽(yáng)極，然后經(jīng)過(guò)海水中的正離子抵達(dá)有破損的船體，從船體經(jīng)過(guò)電纜流回電源負(fù)極。以某船陰極保護(hù)系統(tǒng)接線圖為例，可以看到，連接輔助陽(yáng)極和參比電極分別各用一根電纜SPYCY 95和SPYCY 2.5，并最終與系統(tǒng)陰極（接地）構(gòu)成大回路。于是，參比電極的原理就較為容易理解了，該項(xiàng)目以純鋅作為參比電極，也就意味著假設(shè)船體為鋅，且暴露在電解質(zhì)海水之中，活動(dòng)性較強(qiáng)，故為陽(yáng)極，可以測(cè)得它與船體（陰極）之間的電勢(shì)差。該電勢(shì)差作為所加電流的控制量。做一個(gè)理想化的假設(shè)，

8、即假設(shè)船體涂層完整，沒(méi)有一處破損。這就意味著，一塊純鋅置于電解液中，它無(wú)法發(fā)生電解腐蝕。此時(shí)的電勢(shì)差為0mV。于是，也就不需要外加電流接到船體上。然而，船體總有與海水直接接觸的部分，可以作為參比電極的陰極。因此可以測(cè)量出有電勢(shì)差，該電勢(shì)差會(huì)隨著船體裸露出來(lái)的面積而提高。目前設(shè)定報(bào)警值為400mV，意味著“under protection”，保護(hù)電流過(guò)低。而隨著加在船體上的電流增大，也就是電源輸出負(fù)載增加，參比電極的電勢(shì)差會(huì)降低，一般過(guò)保護(hù)報(bào)警值設(shè)定為-50mV。參比電極與船體之間的電勢(shì)差受諸多因素影響，如海水鹽度、船速、溫度、洋流等。圖5 某船陰極保護(hù)系統(tǒng)接線圖 在通電之前，需先測(cè)量輔助電極開(kāi)

9、路電勢(shì)及參比電極開(kāi)路電勢(shì)，輔助陽(yáng)極開(kāi)路電勢(shì)應(yīng)該在800mV以上，參比電極的開(kāi)路電勢(shì)應(yīng)該與手動(dòng)模式下負(fù)載為0%即輸出電流為0A時(shí)相同。并可以通過(guò)手動(dòng)模式下，修改負(fù)載檢查輸出電流、電壓，尤其檢查參比電極電勢(shì)是否隨著輸出電流的增加而下降。所以，手動(dòng)模式下的報(bào)警不必在意。 陰極保護(hù)和涂覆層的聯(lián)合應(yīng)用，可以使船舶獲得最經(jīng)濟(jì)和有效的保護(hù)。良好的涂覆層可以保護(hù)船體99%以上的外表面不受腐蝕。按照上述原理，如果船體能夠做到完全電絕緣隔離，金屬在電介質(zhì)中的腐蝕電池的形成將受到抑制，腐蝕電流將無(wú)法產(chǎn)生，從而防止金屬的腐蝕。然而，完全理想的涂覆層是不存在的，由于施工過(guò)程中的運(yùn)輸、安裝及補(bǔ)口，熱應(yīng)力及船體扭曲應(yīng)力、涂層的老化及涂層微小針孔的存在，船體的外涂層總會(huì)存在一些缺陷，而這些缺陷最終將導(dǎo)致金屬的局部腐蝕產(chǎn)生。陰極保護(hù)技術(shù)和涂層聯(lián)合應(yīng)用則可以有效解決這一問(wèn)