海洋船舶冷卻水系統(tǒng)陰極保護(hù)的注意事項

導(dǎo)讀海洋船舶冷卻水系統(tǒng)主要包括管路系統(tǒng)與熱交換系統(tǒng)。用海水作冷卻水時，由于海水屬于強(qiáng)電解質(zhì)，因而對管路系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)有著強(qiáng)烈的腐蝕作用。在此過程中，有許多影響腐蝕的因素，如異種金屬的接觸、海水的紊流、焊接而殘留的應(yīng)力、各部的溫差、高溫及海水中的溶解氧與微生物等，這些因素的存在加速了海水對冷卻系統(tǒng)的腐蝕，因而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障，尤其使熱交換系統(tǒng)冷卻效率嚴(yán)重下降，導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降。要防止腐蝕，可采用涂料、緩蝕劑及陰極保護(hù)等方法。涂料多用于大管徑管路中，并多與陰極保護(hù)聯(lián)用；緩蝕劑由于經(jīng)濟(jì)問題，只適用于小流量的閉式循環(huán)系統(tǒng)中，開式系統(tǒng)較少用；陰極保護(hù)防腐蝕法，不論單獨使用或是與涂料聯(lián)合使用，都有非常顯著的防腐蝕效果。一、冷卻系統(tǒng)的陰極保護(hù)原理及方案選擇目前船舶海水冷卻系統(tǒng)多采用陰極保護(hù)法，所謂陰極保護(hù)是通過降低冷卻水管路系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)與海水接觸的金屬的腐蝕電位，使其達(dá)到金屬腐蝕速度顯著減小的電位值而達(dá)到的電化學(xué)保護(hù)[1]。當(dāng)外加陰極電流時，金屬陰極極化，使金屬的腐蝕電位向負(fù)方向移動（降低），當(dāng)電位達(dá)到金屬的初始陽極電位時，腐蝕速度為零。這一外加陰極電流可以用電位較負(fù)的犧牲陽極使它陰極極化，也可以用外加直流電使它陰極極化，相應(yīng)地稱為犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)法。犧牲陽極保護(hù)法就是選擇電位較負(fù)的金屬材料，在電解液中與保護(hù)的金屬相連，依靠其自身腐蝕所產(chǎn)生的電流來保護(hù)其它金屬的方法。這種為了保護(hù)其它金屬而自身被腐蝕溶解的金屬或合金，就被稱之為犧牲陽極。常用的有鋁合金，鋅合金，鎂合金等。外加電流陰極保護(hù)法，是通過外加電源來提供所需的保護(hù)電流。將被保護(hù)的金屬作陰極，選用特定材料作為輔助陽極，從而使被保護(hù)金屬受到保護(hù)的方法。陰極保護(hù)法不僅能解決管路系統(tǒng)的泄漏問題，而且可以解決海水對熱交換系統(tǒng)的的腐蝕問題。犧牲陽極陰極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法在船舶冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用并沒有嚴(yán)格的界限，主要考慮應(yīng)用哪種方法性能更可靠，經(jīng)濟(jì)更合理，安裝更方便，維護(hù)更簡單。一般說來，對直徑小于Φ325mm的管道多采用外加電流陰極保護(hù)法，對于直徑小于Φ108mm的管道多采用環(huán)狀犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)更可靠，防腐蝕效果更顯著。對熱交換系統(tǒng)主要考慮水箱的大小和冷凝管的材質(zhì)選擇合理的防腐蝕方法。在船舶冷卻水系統(tǒng)中多采用犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)進(jìn)行電化學(xué)防腐蝕。二、冷卻水系統(tǒng)陰極保護(hù)的注意事項隨著人們對腐蝕問題的重視，采用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)對船舶管道系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的應(yīng)用越來越多，已取得了不少成功的應(yīng)用經(jīng)驗，但還有不少問題有待研究，以便進(jìn)一步完善船舶管路系統(tǒng)的外加電流保護(hù)技術(shù)。1、陰極保護(hù)選材的問題陰極保護(hù)選材主要是指輔助陽極材料的選取和參比電極材料的選取。目前，輔助陽極在海水環(huán)境中應(yīng)用比較多的材料為鉑鈦、鉑鈮、混合金屬氧化物、高硅鑄鐵等材料。混合金屬氧化物價格相對比較便宜，不耐沖刷，一般用于安裝量大、海水流速比較低，易于更換的場合和系統(tǒng)；鉑鈦、鉑鈮結(jié)合為冶金結(jié)合，相對耐沖刷，壽命較長，適用于高流速、泥沙含量高、不宜經(jīng)常更換的的場合。海水中常用的參比電極有銀/氯化銀、鋅合金、高純鋅參比電極。前者具有電位穩(wěn)定，電位響應(yīng)速度快，漂移小等諸多優(yōu)點，但由于電極體積較小，工程中受意外因素影響較大，經(jīng)常出現(xiàn)意外損壞，鋅合金、高純鋅材料參比電極可以做成較大體積，因此可提高外加電流保護(hù)系統(tǒng)的安全可靠性。在海水工作系統(tǒng)中究竟選擇何種材料做電極要根據(jù)工程項目的具體情況而定，要做到技術(shù)可靠，運行良好，經(jīng)濟(jì)可行。2、系統(tǒng)陰極保護(hù)的均衡性問題陰極保護(hù)的均衡問題，就是使保護(hù)電流分布的更均勻，使每一個點的電流基本相同，因而保護(hù)電位也相同。單純靠設(shè)計很難準(zhǔn)確地達(dá)到對各部分保護(hù)的均衡，考慮到會出現(xiàn)這種情況，并考慮到系統(tǒng)以后的檢修，我們對所設(shè)置的所有輔助及參比電極均采用獨立的電纜，通過分線箱最終將陽極、參比、匯流及測量電纜引入控制電源。這種設(shè)計，可以對系統(tǒng)各部分保護(hù)的均衡進(jìn)行調(diào)整。3、海水流速對管道的腐蝕影響我們知道，管路中海水的流速不同，其對金屬材料的腐蝕速率也不同。對一般碳鋼來說，流速高，腐蝕較重，而流速小，則腐蝕較輕。這是因為碳鋼在海水中的腐蝕速度受溶解氧的擴(kuò)散速度控制，流速越大，擴(kuò)散層厚度越小，氧的極限擴(kuò)散電流密度就越大，相應(yīng)地腐蝕速度也越大。同時也表現(xiàn)于鈣鎂垢層的沉積上，流速越高，泥沙含量越大，鈣鎂垢層越難以沉積，初極化時間越長，達(dá)到保護(hù)的過程越長。在陰極保護(hù)情況下，海水流速不同，所需保護(hù)電流密度也不同，這是由于流速影響了金屬材料的電極電位，要維持最小保護(hù)電位所需外加電流值將隨流速增大而增加。表1列出了裸鋼在不同海水流速下的陰極保護(hù)電流參數(shù)。通常海水流速增加，金屬材料的腐蝕電位向正方向移動，而在異金屬接觸腐蝕情況下，海水流速增加，可使偶對中陽極材料的腐蝕加劇。所有這些，我們在進(jìn)行海水管道系統(tǒng)外加電流陰極保護(hù)設(shè)計時都必須加以考慮。4、輔助陽極的有效保護(hù)距離問題對于不同大小的管道，同種輔助陽極的保護(hù)距離是不同的，一般說來，管徑大，則輔助陽極發(fā)出的電流可傳得遠(yuǎn)些，有報道說，對直徑Φ108mm的海水輸送管道進(jìn)行外加電流保護(hù)時，陽極的布置間距選擇3~5m是可行的；反之，輔助陽極所發(fā)出的電流傳得要近些。在相同距離的前提下，管徑大需保護(hù)電流要大些，管徑小，所需保護(hù)電流較小。同時，陽極屏蔽層對有效保護(hù)距離的影響是十分大的。我們做過這樣一個現(xiàn)場試驗，直徑Φ108mm的管道，有陽極屏和裸管相比，保護(hù)距離可增加5倍的管徑?？梢婈枠O屏是陰極保護(hù)中不可缺少的組成部分。對于一個復(fù)雜的單純管道系統(tǒng)，進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)設(shè)計時，須根據(jù)各種管道的大小、海水的有關(guān)參數(shù)、輔助陽極的發(fā)生電流量等因素，去綜合考慮輔助陽極在系統(tǒng)中的布置，輔助陽極對管道的有效保護(hù)距離，可通過有關(guān)數(shù)值計算得出相關(guān)結(jié)論，再通過模擬試驗加以驗證，最終確定合適的布置距離。對復(fù)雜的管路系統(tǒng)，由于管路系統(tǒng)中連接設(shè)備較多，而設(shè)備材質(zhì)又是各種各樣的，使得管道腐蝕速率遠(yuǎn)大于單純的海水腐蝕，因此我們必須考慮設(shè)備對管道的影響，即需要多大保護(hù)電流、設(shè)備對電流的屏蔽、