海洋設備腐蝕與防護實例

海洋設備腐蝕與防護實例第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第九章海洋設備腐蝕與防腐

第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕

1．船龍骨及龍骨螺栓

船龍骨是船底下的壓艙設備，其作用是使海船有重而低的重心，以便在大風大浪中保持穩(wěn)定。

1)鋼鐵龍骨：航?？焱У拇鈮号擙埞峭ǔＳ描T鐵制成。鑄鐵龍骨應注意兩點：①防止生銹,龍骨的防銹主要采用防蝕涂料法。②選擇恰當?shù)凝埞锹菟ā?/p>

2)鉛制龍骨：鉛龍骨的成本高于鋼鐵龍骨，但鉛的比重高，耐蝕性好。

3)混凝土龍骨：這種龍骨材料必須有充分的強度，并在很重的負荷條件下不開裂?；炷林兴嗟膲A性有助于防止發(fā)生縫隙腐蝕。

4)龍骨螺栓裝配時的注意問題：龍骨螺釘?shù)膹姸群屠喂绦允种匾?。第三頁，共六十一頁?022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕

負荷值應為實際負荷值的30倍以上。通常小型船只上只要使用5個以上的粗大螺栓固定龍骨，而不使用眾多的細小螺栓。龍骨螺栓應在龍骨的對稱軸兩邊參差排列，而不能完全排列在龍骨中心線上，如圖9—1所示。圖9-1龍骨螺栓的裝配第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕

2．船內壓艙物3．船尾設備

設在船尾的尾軸套管，螺旋槳和旋轉軸都可能相互接觸，故在挑選材料時應注意要避免發(fā)生電偶腐蝕的問題。

1)螺旋槳軸：適用的材料有青銅，蒙乃爾合金，不銹鋼和鈦合金等。通常耐蝕性愈好的材料的成本也愈高。不銹鋼軸常用在玻璃鋼船上，但藤壺的吸附常引起其點蝕。在使用橡膠盤根時，在軸靜止一段時間后，軸上面對橡膠盤根的矩形凹槽部位因嚴重缺氧而發(fā)生點蝕，如圖9-2所示。

第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日圖9-2船停泊時不銹鋼軸面對盤根部分易于發(fā)生點蝕圖9-3推進器軸的錐面和螺紋處的密封為防止不銹鋼軸的點蝕，應保證軸的錐形部分的緊密，避免在A點形成錐形孔和在B點出現(xiàn)粗糙

的切削痕跡。在安裝時應充填大量防銹潤滑油或密封材料。此外還應避免在C點出現(xiàn)銳角或凹槽。在軸的錐形區(qū)及螺紋處，可以用密封材料或防水油脂(防銹潤滑油)充填，如圖9-3所示。第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕2)螺旋槳：錳青銅成本低而強度高，可用作螺旋槳，防止其脫鋅腐蝕的辦法類似黃銅軸。

3)尾軸套管及尾軸支架：這些設備可以由黃銅或青銅制成。在黃銅設備上可以安裝一個鋅制的犧牲陽極以避免或減少脫鋅腐蝕。

4)海水旋塞：海水旋塞應完全用炮銅，硅青銅或鎳鋁青銅制造。

4．舵和舵栓低碳鋼制的板舵比較價廉，但流線型較差。其常用的防銹方法是在涂布防蝕涂料后，再用犧牲陽極保護。對于大型的舵，最好先用熱熔噴射法鍍鋅，然后再涂油漆。第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕5．活動防浪板船只側面的活動防浪板通常由低碳鋼制成，有時也可鍍鋅。其樞軸螺栓，卷揚機的齒輪及升降滑輪和軸承架部件特別容易發(fā)生嚴重腐蝕。其腐蝕程度取決于金屬表面的互相摩擦及其在海水中的浸沒時間。在這些部位，鍍鋅層或保護性防蝕涂料都會因摩擦而剝落，從而暴露出的裸鋼，就會很快被海水所腐蝕，使這塊活動防浪板上的孔迅速擴大(如圖9—4)。圖9-4鋼制活動防浪板在樞紐螺栓處和升降點的腐蝕問題及其防護措施.第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕6．緊固零件螺栓，螺母，墊片，鉚釘和旋塞等固定用零件，是海洋設備防腐蝕的關鍵。

緊固零件的腐蝕問題可以分為三類，①非金屬設備相互固定(如木材和玻璃鋼等)；②金屬和非金屬之間的固定；③金屬和金屬之間的固定。可能用作緊固零件的耐蝕金屬有：銅(船釘和彎頭螺栓)、硅青銅、鋁青銅(略有脫鋁腐蝕)，鎳鋁占銅(NAB)、炮銅、銅鎳合金、蒙乃爾合金(略有點蝕的可能性)、鎳鉻合金、因科鎳合金和鈦合金等。耐蝕性較差的材料有：鍍鋅(或鍍鎘)的鋼鐵、不銹鋼、黃銅和錳青銅。其中黃銅和錳青銅易于脫鋅，發(fā)生事故，應盡可能避免把它用作緊固零件(除非是充分加砷的三七海軍黃銅)。第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕緊固零件和被固定設備若由不同金屬所組成，則應注意互相絕緣，以防止電偶腐蝕。緊固零件的面積通常比被固定設備小得多。為了避免絕緣的麻煩，通常，兩者由同種材料制成，或者，使緊固零件的惰性比被固定設備稍高一些(四種金屬的電極電位不能差得太遠)，舉例如下表。第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕7．鋁制舷外動力設備

鋁制船只通常使用鋁制船外發(fā)動機等動力設備，防止鋁的電偶腐蝕是十分重要的，故應注意下列各點。①整個船只不能使用含銅(氧化亞銅)的防污涂料。②宜用不銹鋼制造螺栓及其他緊固零件。③鋁船上不得使用銅合金。④木船和玻璃鋼船上有時如使用鋁制船外動力設備，則在離鋁設備30—60厘米范圍內不能有銅合金設備或緊固零件。如存在銅合金，必須在銅合金外涂敷環(huán)氧類絕緣漆。⑤比鋁惰性大的設備(即在60厘米以外處)也應保證絕緣(例如冷卻水竹中應使用橡膠接頭，驅動軸也應注意絕緣)。⑥謹防電腐蝕，防止各種雜散電流進入設備中。第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)

水下設備的防腐蝕⑦使用鋅制的犧牲陽極(只能防止電偶腐蝕，并不能保護鋁)，如發(fā)現(xiàn)耗盡，要及時更換。⑧正確使用防蝕油漆(如環(huán)氧類及聚氨酯類，但不能使用紅丹之類含鉛的防蝕油漆)及防蝕潤滑油，同時必須注意鋁的陽極氧化表面處理。第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)

甲板上和船艙內的設備

第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日1．甲板上的金屬設備甲板上的金屬設備有系纜柱，絞車，導滑車和通風筒等。這些金屬設備對耐蝕性的要求稍低于水下設備，但是，裝飾性方面的設備要求則稍高于水下設備。某些設備還有較嚴格的耐磨蝕性要求。2．駕駛臺、支柱和救生索這些設備的常用材料是不銹鋼、鍍鋅鋼和鋁合金等。鍍鋅鋼管可用來制造駕駛臺和支柱，但在焊接區(qū)可用熱噴法重新鍍鋅，或者涂以富鋅底漆。最后，在整個設備上涂布含有適量鋅的油漆，就可以保證多年無銹蝕。

第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日3．地滑車，儀表板和鉸鏈等地滑車(設在甲板上的滑車)及其和船上聯(lián)結的鐵鏈通常是鍍鋅的(但近來也有使用不銹鋼鏈的)。在出現(xiàn)銹蝕后，可以重新熱熔浸鍍鋅。注意不要使用銅制鉤環(huán)。

4．起重桅桿

用海洋級鋁制成的桅桿必須經(jīng)過陽極氧化處理，并必須注意防止電偶腐蝕。例如：在鋁桅桿上若設置青銅的系纜柱，則必須使用塑料(或橡膠)填板絕緣，并使用不銹鋼的螺栓固定，如圖9-5所示。圖9-5青銅設備必須和鋁桅桿或鋁甲板絕緣第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日5．繩索和索具

1)繩索：海上繩索通常用鍍鋅鋼絲或不銹鋼絲所制成。2)夾索螺旋夾具：這種設備的有腐蝕疲勞開裂的危險性，還可能在繩索和夾索螺旋夾具之間出現(xiàn)異種金屬接觸的電偶腐蝕，以及因設計不良，加工技術不良而發(fā)生的各種腐蝕。在殼體入口處附近的有螺紋的軸部最易發(fā)生斷裂，因為這一部分金屬的橫斷面最小，應力也比較集中。因此，選用的夾索螺旋夾具應和繩索相匹配。蒙乃爾合金繩索適用于不銹鋼的夾具設備，而鍍鋅的繩索只要用鍍鋅的螺旋和鉤環(huán)即可。

3)鉤環(huán)：鉤環(huán)材料既不能太軟，也不能太脆，并應注意不要出現(xiàn)過高的負荷，否則易于因銷釘彎曲而斷裂。

4)柄腳和鏈板：這些部件需要長期的耐久性而不損壞，故其強度應為繩索強度的許多倍，因而其尺寸也就應大一些。第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)船殼防腐蝕

第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日1．鋼制船殼鋼船成本低，通過現(xiàn)代化的油漆技術、噴鋅和噴鋁技術、陰極保護和防污技術，使銹蝕和生物吸附的危害明顯減輕，從而提高了鋼船的實用價值。鋼船強度高，不易漏水。船殼的鋼板厚度以4—6毫米為宜，船艙用鋼板厚度以2.5—3毫米為宜。

在船舷上，應謹防出現(xiàn)凹穴和積水坑，各種子平板的邊緣都應倒去銳角磨去焊珠以保證油漆均勻分布。如圖9-6，7-7和7-8所示。

在甲板上，應盡可能減少附設裝置的個數(shù)，并使其結構簡單化。最好的鋼船應是看上去清潔而無雜物。支柱的四周不應有障礙物(圖9-8)，以便進行排除積水、清洗和重新涂油漆等操作。所有設備的螺栓不要直接固定在甲板上，而應固定在—個基架構件上(圖9-5)。以便于在今后的檢修中易于搬動這些設備。第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日圖9-6不良的焊接處及未倒去的銳角使防蝕油漆不能充分發(fā)揮作用第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日

上述防蝕設計原理可應用到船艙內部。船艙內排水特別重要。在船艙的縱向加強板間，所有空隙寬度應在25厘米以上，以免出現(xiàn)毛細管現(xiàn)象而積水。艙內冷凝水珠，應能迅速流下，以防止結露腐蝕；船艙加以通風可使冷凝的水珠很快干燥。保溫設備應有直接觸在涂了油漆的鋼板上，保溫設備和鋼船先之間不應有間隙。

鋼船殼本身也易于發(fā)生電偶腐蝕，應防止鋼船和比它惰性的金屬相接觸。船內應讓使用雙線輸電系統(tǒng)，不得使用地線作回路，以防止電腐蝕。2．鋁制船殼

鋁船殼由海洋級鋁制成。現(xiàn)代的海洋級鋁在海水中及海面上的腐蝕速度不大，其表面可能會發(fā)生斑點或砂粒，但只要涂布適當?shù)挠推峋湍鼙苊膺@種腐蝕。其工藝類似于鍍鋅材料，即脫脂、涂防蝕底漆，再涂普通防蝕油漆。船內比較干燥的部位可以不涂油漆，油漆中不得含有鉛(例如紅丹漆不能用)銅或汞(含銅和汞的防污涂料應禁用)。第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日在鋁船上不得設有木制甲板，否則會引起嚴重的腐蝕。防止電偶腐蝕對釩船最為重要。任何比鋁更加惰性的金屬設備(如龍骨，龍骨螺栓，推進器，轉動軸，舵和海水旋塞等)都應該絕緣。其中推進器、舵、尾軸套管和海水旋塞等應盡可能由鋁制成，以便節(jié)省這種麻煩的絕緣工藝。在水面上及在甲板上的異種金屬之間也必須進行電絕緣。只有不銹鋼、蒙乃爾合金和鍍鋅制品在適當條件下，可不必完全電絕緣。發(fā)動機冷卻管可使用短的金屬軟管和海水旋塞連接，整個發(fā)動機在安裝時應和船殼絕緣。在電氣設備方面，應安裝雙線輸電系統(tǒng)，而預防電腐蝕也十分重要。燃料箱和水箱可以和船殼直接聯(lián)接而不涂油漆，但在頂部應放一塊活動板，以便每幾年清洗一次。第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日鋁船不能和鋼制棧橋及鋼的海洋浮橋或碼頭設備相互有電接觸。更不能停泊在包銅皮的船只附近。使用塑料的護板或合成纖維的繩索有助于這種絕緣作用。鋁的腐蝕疲勞性能比鋼差，易于發(fā)生疲勞開裂。在推進機的上部支板上，系鏈鉤上或發(fā)動機的支架上都易于發(fā)生腐蝕疲勞開裂現(xiàn)象。鋁船殼用焊接制造或用鉚釘法制造，取決于其所選用的鋁合金類型。若用鉚釘法接合，應絕對不允許有水進入接縫處或鉚釘頭下，否則就會不斷地從夾縫中滲出粘性白色膠狀的腐蝕產(chǎn)物，不久就會使船發(fā)生災難。為此，在接縫處及鉚釘頭下應使用一種柔性的密封材料(PRC)進行充填。把此密封材料涂敷在接縫區(qū)后，應在其尚未干燥固化前就進行鉚釘接合工藝(濕鉚法)。這種工藝是鋁船制造業(yè)中的最關鍵性的技術之一。第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)發(fā)動機的防腐蝕

第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日1．防止冷卻水的腐蝕作用

發(fā)動機的冷卻有直接冷卻和間接冷卻兩種類型。直接冷卻法是用水泵直接把海水打入發(fā)動機組內部進行冷卻。間接冷卻法是將循環(huán)的液體在發(fā)動機內加熱后，流經(jīng)熱交換器管道內部，被管外的水流所冷卻，再循環(huán)流入發(fā)動機組內部起冷卻作用.

直接冷卻式的海上用低速發(fā)動機通常由鑄鐵組成。水流通道非常寬大，以防止淤塞；水道管壁也非常厚，具有極大的腐蝕余地。發(fā)動機冷卻水通道的防蝕措施有二：其一是把一個鋅制的犧牲陽極用螺旋固定到鑄鐵通道內，待此陽極即將完全腐蝕時，應及時更換新的陽極；其二是在船只停泊時，應先用淡水沖洗此種通道，然后用含緩蝕劑的防銹溶液進行沖洗。

間接法所使用的熱交換器可以由含砷和錫的海軍黃銅組成，或使用其他能抵抗流動腐蝕的合金所組成。在閉路循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水通常由淡水、緩蝕阻垢劑、防污劑和防凍劑等所組成。應用這種熱交換器可以使發(fā)動機在較高的溫度環(huán)境中進行運轉，這種高溫有利于延長發(fā)動機的壽命和減少噪音。第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日2．氣缸防腐蝕船只的氣缸如被腐蝕，后果將更嚴重。故在發(fā)動機暫停運轉時，每一個氣缸中都應注入防銹潤滑油，然后把所有的入口和排氣的支管緊緊密封，不能比氧氣和海水進入。對于汽油發(fā)動機，可通過氣缸的火花塞孔注入防銹潤滑油，每個氣缸的潤滑油注入量約一茶匙，注入潤滑油后應使發(fā)動機運轉片刻，使?jié)櫥驮跉飧椎膬忍胖芯鶆虻胤植?。對于柴油機，則可由入口支管注入潤滑油，也需要運轉片刻，但柴油機空轉時間不宜太長，否則就會使?jié)櫥蜔ザプ饔?。使用某些特種燃料油作為燃料可以減少發(fā)動機的腐蝕。

3．管道和旋塞靠近發(fā)動機處的管道上應接一根橡膠軟管，既可防止振動引起的腐蝕疲勞開裂，又可防止異種金屬的電偶腐蝕。第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日海水旋塞的過濾網(wǎng)不能用黃銅制成，因黃銅脫鋅腐蝕后此過濾網(wǎng)會被撕碎并被吸入海水泵中，不僅失去了作用，反而引起管道堵塞。故在此處應使用純銅過濾網(wǎng)為宜。海水泵易于因流砂而磨蝕，也易于空蝕及受高速海水的沖擊腐蝕，它應由耐蝕鑄鐵制成。不銹鋼的水泵軸易于發(fā)生點蝕，且堆以被水泵的殼體所陰極保護。故這種水泵不宜選用，特別是其軸不能用低級的不銹鋼制造，4．排水管和排氣管冷卻水的排出管應盡可能短而直，但也可用橡膠管進行排水，既可避免海水腐蝕和疲勞，也可以減小振動和噪音。汽油發(fā)動機上安裝的排水管(或排氣管)還可以用鑄鐵、鍍鋅鋼材，黃銅、銅，青銅或不銹鋼所制成，對于柴油機的排放管，則應避免使用青銅或黃銅，因為柴油機所排出的煙霧對銅合金有腐蝕作用，故柴油機排放管應使用生鐵、鍍鋅鋼或不銹鋼為宜。第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日排氣管所排出的熱鹽水及高溫廢氣的混合物的腐蝕性極強，只有耐蝕合金制的排氣管才能具有較長的壽命。注入廢水的彎頭的金屬最易發(fā)生腐蝕。除了前述各種腐蝕因素外，還會受到?jīng)_擊腐蝕。這種沖擊腐蝕與沖擊角度有關，故在設計彎頭造型時應盡可能使其接近流線型。這種彎頭最好由耐蝕性優(yōu)良的鎳基合金制造，最適用的有因科羅依825(Incoloy825)和因科鎳625(Inconel625)等。在船只停泊時，這些排放管道也應和發(fā)動機在一起用淡水清洗和用防蝕油處理，才能延長共處用壽命。排放管道的凹進處應有一個排水孔，以防止管內積水。橡膠管和塑料管常用作消音器，以減少噪音，防止腐蝕疲勞。5．燃料油箱和油管根本的解決辦法是使用其有優(yōu)良的阻燃性，韌性和耐蝕性的材料來制造燃料油箱。第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日油箱宜用焊接法制造，而不要用鉚接，因鉚釘聯(lián)接易于發(fā)生縫隙腐蝕，也易于漏油而導致火災。焊接型不銹鋼看來是目前最理想的油箱材料，但油中總有些水分，聚集在底部的低洼處，易于引起點蝕。燃料油管道應由可以退火的無縫銅管、銅鎳合金管或不銹鋼管制造。在鋁船上則宜用鋁合金管，不能使用縫管，管道也不宜焊接，這是由于焊縫熔點低，著火危險大，而且焊縫處易于發(fā)生腐蝕疲勞開裂。6．水箱水箱腐蝕的危險性遠比油箱小得多。制造水箱材料可以是橡膠、玻璃鋼，不銹鋼、銅和鍍鋅鋼板等。若用普通鋼板制造水箱，其內部應涂布無毒的防蝕涂料，水箱外部也當然要使用油漆保護。7．電氣設備海洋中含鹽的大氣非常易于腐蝕電氣設備，所有電氣開關，熔絲盒和燈座等設備中都應避免使用任何一種黑色金屬。海上電纜通常使用聚氯乙烯絕緣。電纜應保持清潔，遠離熱源(排氣管、爐子和烘箱等)，遠第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日離一切易于磨損及易于受沖擊的地方。電纜也不應穿過任何燃料系統(tǒng)的下部，還要避免電火花引起的著火危險。對于海洋中使用的電氣設備，都必須使用磁鐵檢驗證實無鐵后才能使用.8．舷外發(fā)動機在發(fā)動機停止運轉時，其內外均應仔細地用淡水沖洗，否則就會有腐蝕產(chǎn)物從積存海水的縫隙中滲出。清洗時應把發(fā)動機開動片刻，充分洗除鹽晶，防止海鹽吸濕而形成嚴重的腐蝕。清洗后應注入防銹潤滑油，在船只停泊時，應使發(fā)動機翹起，使其大部分支架高于水平面，這樣可避免防銹潤滑油被海水所沾污，還可避免污損生物的吸附和電蝕。不能用塑料薄膜覆蓋發(fā)動機機頭，因為這樣就會形成一種“腐蝕性溫室”，薄膜底下溫度高，濕度大，故腐蝕速度快，這樣就會使發(fā)動機很快破壞。故宜用帆布遮蓋機頭，而且在帆布下應留有空隙，以便保持通風，降低溫度和濕度。齒輪箱應使用高效防銹潤滑油保護。第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日第五節(jié)平臺腐蝕概況第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日一、平臺腐蝕概況平臺建筑在海洋中要經(jīng)受比較嚴重的海水腐蝕。因此，在設計和選擇平臺的設備結構元件時，必須考慮到因腐蝕而引起的誤差。近海平臺的防蝕保護的主要困難之一是：整個平臺架的腐蝕速度是不均勻的。如前所述，海洋環(huán)境可分成海上大氣區(qū)，飛濺區(qū)，潮差區(qū)，全浸區(qū)和海底淤泥區(qū)五大區(qū)，如圖7－9所示(以低碳鋼為材料)。最通用的防蝕方法是：在海上大氣區(qū)用防蝕涂料保護；在飛濺區(qū)和潮差區(qū)使用蒙乃爾合金包套(或重防蝕涂料，玻璃鋼包套或橡膠包套等)；在全浸區(qū)則聯(lián)合使用陰極保護法(電化保護)和防蝕涂料；在泥下區(qū)，除了也在陰極保護作用下外，也可以在鋼樁外部套以鋼管，鋼樁和鋼管之間充填適當?shù)木徫g劑。第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日美國腐蝕工程師協(xié)會標準RP-01-76規(guī)定了固定式鋼結構平臺飛濺區(qū)腐蝕的控制方法：①包覆蒙乃爾400合金(厚1.02毫米)。②覆蓋硫化的氯丁橡膠(厚6～13毫米)。③覆蓋充填了砂子的樹脂膠泥(環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂，厚5毫米)。④增加鋼的厚度(13毫米)。⑤用涂層(厚250～500微米)保護，因此法不能長期有效，故現(xiàn)在改用更厚的新型的超重防蝕涂料。圖9-9海上平臺腐蝕與海上腐蝕的五大區(qū)第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日在北海的平臺，最常見的局部腐蝕現(xiàn)象為電偶腐蝕、點蝕、應力腐蝕開裂和微生物腐蝕四方面。例如：點蝕的速度可以為—般腐蝕速度的10～50倍。此外，在焊縫區(qū)或油漆脫落地區(qū)，還可能發(fā)生如圖9-10所示的晶間腐蝕，引起開裂。圖9-10漆下晶間腐蝕1、2漆膜缺陷；3晶界；4晶間腐蝕；5一般腐蝕第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日通常溫度每升高30℃，腐蝕速度就會增加一倍，北海氣溫雖不高，但海底石油或天然氣受地熱的影響，在開采初期的溫度可能很高，促進鋼管外表面的海水腐蝕鋼管外部。北海油田的實踐證明：海生物的沾污要促進腐蝕，對于防蝕是不利的，其原因有5點：①在飛濺區(qū)和潮差區(qū)，海水常滯留在金屬表面；②使防蝕涂料被破壞；③可能形成缺氧的局部腐蝕；④引起氧氣濃差電池腐蝕；⑤阻礙陰極保護系統(tǒng)，發(fā)揮防護作用。圖9-11海水流速對鋼材腐蝕的影響第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、平臺所使用的材料在北海油田，80%的設備結構都使用低碳鋼或中強度鋼制造。高強度的低合金鋼的應用正在增長中，然而，氫脆危險限制了高強度鋼材的應用。冷軋鋼，鍛鋼和鑄鋼在北海都有應用。在海洋大氣區(qū)中所適用的新研制的耐蝕性較好的耐候性鋼材，在近海工程中迄今尚未廣泛采用，但今后有可能推廣。不銹鋼是依靠表面形成的氧化物層而具有耐蝕性的，這層氧化膜在富氧的海水中易于維持其完整性。為此，海水流速應大于1.22米／秒。然而對海上石油平臺來說，海水通常是流速極低或停滯不動的，故不銹鋼易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，引起損壞。通常，不銹鋼的全面腐蝕速度不大，其點蝕速度應低于1厘米／年才可在油田區(qū)使用。不銹鋼常用于海上石油器械中管道，燃料油管和天然氣管道(包括立管)，液壓器中的油管。已實用的品種有含13%鉻的鐵索體不銹鋼，鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼及奧氏體不銹鋼等，也有用不銹鋼制造海水泵或其他的設備的。第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日對于大型的水泵，在鑄鐵中常添加鎳以改善它的耐蝕性。在海洋工程中，銅基合金的應用已有較長的歷史，如水泵零件、閥門、熱交換器和冷凝器等都可能用銅合金制造。用于近海工程的銅基合金大致上分為銅鎳合金、青銅和黃銅三種。常用的銅鎳合金牌號為Kunifer10(88%銅，10%鎳，1—5%鐵和10%錳)和Kunifer：30(68%銅，30%鎳，1-5%鐵，1.5%錳)。這些合金主要用作近海海水管道。銅鎳合金在海水中的腐蝕速度低達0.02毫米／年，而且很少有縫隙腐蝕點蝕的傾向。在合金中加入少量的鐵(1.0一1.8%)可以使具有優(yōu)良的耐蝕性(見前文)，但其海水流速極限為4米／秒，超過此極限，銅鎳合金會發(fā)生點蝕和沖擊打腐蝕。近年來發(fā)展了16Ni-0.4Cr-余量Cu，流速可達7.5米／秒，第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日含鎳量為10%的銅鎳合金主要用作冷卻設備的管道、海上消防設備、噴水設備、水的入口管道和海水鉆探機的供水管等，黃銅和青銅常用來制造閥門、泵類和螺旋槳，用于高速流動或渦流狀態(tài)的海水環(huán)境中。常用的是鎳鋁青銅、鋁青銅、錳青銅、CT青銅、M青銅、三七黃銅、四六黃銅、三七海軍黃銅和炮銅，其中黃銅通常加砷作阻蝕劑。應用于海上的銅合金鑄件外殼或管道的厚度應為12.7～25.4毫米。這樣，10毫米/年的腐蝕速度就仍在此種設備的允許公差范圍之內。銅合金設備若在靜止的海水中進行操作其主要的腐蝕形式是縫隙腐蝕和沖蝕。為防止閥門腐蝕，可以在設計閥門殼體時，在內部設置一個有陰極保護作用的犧牲陽極，也可在閥門內部設置橡膠內襯。第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日鎳基合金的防蝕原理類似于不銹鋼，但在低流速的海水中鎳基合金的點蝕沒有不銹鋼那樣嚴重，最常用的鎳基合金是蒙乃爾合金400。英國標準BP規(guī)定，對于所有立管都至少要包覆3毫米厚的蒙乃爾合金。蒙乃爾合金包覆還有一個優(yōu)點：因海洋石油平臺80%的部件都是鋼材制造，大面積鋼鐵對蒙乃爾合金有天然的陰極保護作閑可使蒙乃爾合金包套在整個平臺建筑中處于陰極地位。蒙乃爾合金還用來制造小口徑的海水管道，因為此類管道中海水的流速太高，已不宜使用鎳銅合金制造，就采用了蒙乃爾鎳銅合金。鈦和鈦合金是海水冷卻的熱交換器理想的材料。鈦的點蝕、縫隙腐蝕和空蝕的可能性都不大。其缺點是成本高和難以焊接。第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日第六節(jié)

陰極保護法

第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日1、概說陰極保護是用于全浸區(qū)近海鋼結構的最重要的防蝕技術。如設計正確，一個陰極保護系統(tǒng)能有效地防止由于均勻腐蝕和局部腐蝕所引起的任何損壞。對近海結構來說，陰極保護對防止焊縫和熱影響區(qū)的優(yōu)先腐蝕特別重要。陰極保護還能使金屬結構的初始疲勞強度保持不變，不再因海水的腐蝕疲勞作用而下降，從而避免了開裂危險。正確設計的陰極保護系統(tǒng)使海水中材料的疲勞裂縫的成長速度大為降低。在初期，北海油田套用了早先在墨西哥灣的糾爾夫(Grulf)海上油田已沿用多年的陰極保護系統(tǒng)的“成熟”經(jīng)驗。不料，在北海區(qū)的設備的腐蝕速度和腐蝕損失都比原來預計的要大得多和嚴重得多。表9-1說明了兩個海域的設計標準的區(qū)別。第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日在初期，北海油田套用了早先在墨西哥灣的糾爾夫(Grulf)海上油田已沿用多年的陰極保護系統(tǒng)的“成熟”經(jīng)驗。不料，在北海區(qū)的設備的腐蝕速度和腐蝕損失都比原來預計的要大得多和嚴重得多。表9-1說明了兩個海域的設計標準的區(qū)別。陰極電流密度直接正比于鋼表面上氧的還原速度。這一反應是擴散控制的，因此它取決于溶解氧的含量和在鋼材表面上的擴散物的對流情況。表9-1兩個油田陰極保護設計的標準比較第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日犧牲陽極保護失靈，多數(shù)情況下是由于電流密度不當或其分布不均勻所引起，僅少數(shù)事例與陽極的材料有關。當然，若陽極材料發(fā)生了晶間腐蝕或其他局部腐蝕，其電流輸出量就會下降，埋于海泥下的鋁陰極，必須防止它因鈍化而減少電流量。外加電流法的電壓易于控制到最優(yōu)化。若犧牲陽極法對近海結構的整體產(chǎn)生不利影響時，外加電流法就能充分顯示其優(yōu)越性。此外，當需要特別高的電流密度時，使用外加電流法也較為有利。對于混凝土內的鋼筋，若其和被陰極保護的鋼鐵設備相接觸時，就應考慮列被泄漏到鋼筋中的電流裕量，此裕量相當于0.5～1毫安／米2的電流密度已足夠。這樣就可以使鋼筋也陰極化，避免了鋼筋成了相對于自由暴露鋼鐵表面的陽極而被腐蝕。對于熱交換器及從海底下吸取熱石油(或天然氣)的管道的陰極保護，其電流密度取決于海水和鋼界面的溫度梯度第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日2．犧牲陽極法在使用犧牲陽極時，其輸出電位也應該用標準的參考電極來測定，適用的標準電極可以是銀／氯化銀參比電極或飽和甘汞電極(如圖9-12所示)。使用圖9—12參考系統(tǒng)時，標準電位應為-0.83伏(Ag／AgCl)。鋼在海水中陰極保護的最小保護電勢通常為-0.8伏。這種電位數(shù)值適用于冷或熱的海水。然而，對于海底淤泥區(qū)，為防止硫酸鹽還原菌的腐蝕，保護電位應為-0.9伏。對于高強度鋼材，最好不要低于-0.95毫伏，以免發(fā)生氫脆危險。圖9-12犧牲陽極法保護電位的測定

第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日平臺整體結構的各部所使用的犧牲陽極的分布情況取決于這些部位各自的腐蝕環(huán)境的嚴重程度。根據(jù)英國國家標準，福梯斯(Forties)平臺所需要的犧牲陽極分布如表9-2所示。對于平臺設備上的可動部分(如平臺周圍的浮橋)，其犧牲陽極的分布密度應高于平臺的固定部分(如平臺的柱腳和支柱等)。表9-2福梯斯平臺海平面下犧牲陽極的分布第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日3．外加電流法北海油田的近海設備常用的陽極材料為鈦，鋰，鈮和銠，其表面還鍍以鉑。當然，用這幾種金屬和鉑的合金也可制成陽極。這些被用作外加電流法的陽極材料的設計數(shù)據(jù)如表9-3所示：表9-3外加電流用陽極材料的設計數(shù)據(jù)

第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日圖9-13表示在犧牲陽極法的操作性能和自動控制的外加電源讓的操作性能之間的比較。由此可看出外加電流法比犧牲陽極法優(yōu)越得多！外加電流法的另一優(yōu)點是陽極數(shù)量比較少，不到犧牲陽極個數(shù)的十分之一，其總重量也輕得多。兩種方法的共同缺點是：在固定結構安裝和基建階段沒有保護作用。而外加電流法的另一缺點是需要供電。故需要附近有直流電源供應，且要消耗不少電能，還需要大量輸電的電線和電纜。圖9-13兩陰極保護系統(tǒng)的比較(a)犧牲陽極系統(tǒng)；(b)外加電流系統(tǒng)

第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日4．采油(氣)管道的陰極保護在不超過50℃的情況下，鋼結構和管道的陰極保護所需要的電流密度值如下：海底泥漿(泥砂)部分25毫安／米2

流動的海水中(含氧氣量較高)90～110毫安／米2

靜止海水(含氧量稍低)55毫安／米2

以上所有的值都是相對于裸(無涂層)鋼材而言的。實驗證明，把熱的鋼材浸在冷的海水中，其腐蝕速度隨溫度的升高而遞增。其所需要的陰極保護電流也隨鋼材表面的溫度升高而遞增。溫度不同，在海水中所形成的石灰質沉積層也不同，它的保護性能也有差異。然而這種石灰層對于維持有效陰極保護狀態(tài)所需要的電流密度也有重大的影響。

然而對于埋沒在海底泥砂中的鋼鐵設備，其溫度的上升卻對于其腐蝕速度的影響不大，也不必明顯地增加它的陰極保護用的電流密度。第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日在大洋的海水中，對于熱的鋼鐵設備，其保護電位(與常溫相比)可以稍向正向移動。但達到這種保護電位所需的陰極電流密度卻明顯地增加。穩(wěn)態(tài)電流密度比起始電流密度大幅度降低的原因，是由于在海洋中被保護管道的外表面形成了石灰質沉積層。假定：若把石灰質層看作是有限擴散層，其厚度為S，在電極表面(即被陰極保護的鋼材表面)的氫氧離子的起始濃度為COH—，保護電流密度始終為i(定電流法)，則有：CCH=C大海，OH-，中DOH—為OH-的擴散系數(shù)，F(xiàn)=法拉第常數(shù)，在海水環(huán)境中(pH＝8.2，20℃)，擴散系數(shù)DOH—＝5.2×10-5厘米2/秒，i=100毫安/米2時，由此式可以求出.第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日在陰極保護開始時，鋼材表面的pH值為9.6，此后，石灰質開始沉積，當石灰質擴散層的界面厚度為10-2～10-3毫米時，鋼材表面pH值為8.6，在此pH條件下，所形成的石灰質沉積層為碳酸鈣而不是氧氧化鎂。由于在高溫時，碳酸鈣的可溶性減小，故鋼鐵表面溫度的升高，有利于石灰層沉積層的增厚。在海水中的碳鋼在高溫(65℃、90℃)時及幾種腐蝕電位條件下的腐蝕速度見表9-4；保護電位和電流密度見表9-5；在海底泥砂巾的腐蝕速度見表9-6。表9-5在有空氣的海水中，碳鋼在各種溫度下的腐蝕電勢和腐蝕速度第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日表9-6各種溫度下碳鋼所需的陰極保護電勢和所需的電流密度表9-7在溫砂中各種溫度及電勢及電勢條件下碳鋼的腐蝕速度第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日在海水中的防蝕電流密度第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第七節(jié)平臺用防蝕涂料

第五十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日防蝕涂料是保護平臺所必須的防蝕措施。在海上大氣區(qū)，幾乎所有的平臺都使用防蝕涂料保護。在飛濺區(qū)，在西方國家都用蒙乃爾合金包套，但包套外部可以用鐵制扁帶卷繞作為犧牲陽極保護，此種鐵制扁帶外面再用防蝕涂料(有時稱為線圈涂料)保護，其防蝕效果為最佳。在潮差區(qū)，因變動大，也必須和飛濺區(qū)同樣保護，但其在漲潮時也受到陰極保護。在全浸區(qū)，雖已普遍采用陰極保護法，但通常總是同時使用耐堿性防蝕涂料。在日本等國，通常使用的重防蝕涂料是：以無機富鋅(硅酸酯型)為底漆，中層漆可以是云母氧化鐵充填的環(huán)氧樹脂，而在飛濺區(qū)和全浸區(qū)則使用厚層含大量砂子的環(huán)氧樹脂膠泥，或玻璃鱗片增強的環(huán)氧樹脂。面漆使用丙烯酸涂料等。在海水浸沒部分，可使用環(huán)氧瀝青涂料等耐堿性防