船舶海水管系腐蝕的原因及防護(hù)措施

1、中外船舶科技2010年第1期船舶機(jī)電船舶海水管系腐蝕的原因及防護(hù)措施張敏麗（中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，遼寧摘大連116113）要：本文主要分析了船舶海水管系腐蝕的機(jī)理和原因，針對(duì)海水管系腐蝕的特點(diǎn)，提出海水管系選材和工藝的要求，以及對(duì)海水管系的防腐對(duì)策。關(guān)鍵詞：艦船；海水管系；材料防腐蝕技術(shù)海水作為含鹽濃度非常高的電解質(zhì)溶液是一種腐蝕性較強(qiáng)的天然腐蝕劑。船舶終年漂泊于海上，受到海水的腐蝕無(wú)法避免。艦船海水管系是艦船推進(jìn)保障系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組保障系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的重要組成部分。它消防、壓載和清洗等用途廣泛，主要擔(dān)任冷卻主輔機(jī)、任務(wù)，對(duì)保證艦船動(dòng)力裝置、輔助機(jī)械和設(shè)備的正常工大多數(shù)海水管系都處于潮濕、高溫作

2、具有重要的作用。的惡劣環(huán)境中，安裝布置空間狹小，維修保養(yǎng)困難，并且管系使用的管材多為金屬。因此，必然會(huì)面臨腐蝕的問(wèn)題。船舶管系的腐蝕和由腐蝕帶來(lái)的設(shè)備損壞，輕者會(huì)造成船員的生活不便,重者則會(huì)影響艦船的在航率,甚至影響到艦船人員和整艦的安全。由英國(guó)海洋工程營(yíng)運(yùn)公司所作的一項(xiàng)失效分析表明:在所有設(shè)施失效一直以來(lái)船舶的設(shè)計(jì)的例子中,33%是由腐蝕造成的。方和建造方不懈地研究并采用各種方法以減輕或避免腐蝕的發(fā)生,取得了一定的成果。1海水管系的腐蝕機(jī)理分析筆者通過(guò)多年來(lái)對(duì)船舶海水管系主要是冷卻海水管系的觀察，發(fā)現(xiàn)海水管系經(jīng)常會(huì)在以下幾個(gè)位置出海底門處、泵的出口處和現(xiàn)腐蝕問(wèn)題：管系的拐角處、低溫水冷卻器海

3、水管出口處。腐蝕剛開(kāi)始的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，隨著壓力的變化，泄露口開(kāi)始變大，如果沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。天然海水中含有大量的可溶性鹽，其主要成分(見(jiàn)表1)是氯化鈉和硫酸鹽及一定量的可溶性碳酸鹽，其中氯離子約占55%。高含鹽量、含砂量的海水中通常溶解有空氣，使得海水對(duì)金屬具有強(qiáng)腐蝕性；海生物也會(huì)增加海水的含氧量，并釋放出CO2等氣體，從而使周圍海水酸化；這兩者都將導(dǎo)致海水管系腐蝕速度的加快。此外，影響腐蝕速度的還有海水的pH值。成分氯化物硫酸鹽碳酸表1海水中主要鹽的含量）總鹽度中的含（%88.710.80.30.2100溴化物等合計(jì)海水溫度、溶氧量、海水流速及海洋生物等諸多因素的變化對(duì)海

4、水腐蝕都會(huì)產(chǎn)生影響，其腐蝕機(jī)理也比單一的腐蝕介質(zhì)（如鹽水等）所引起的腐蝕復(fù)雜得多。海水管路的腐蝕形式多樣,以下是海水管系常見(jiàn)的腐蝕形式及其產(chǎn)生機(jī)理：1）接觸腐蝕兩種不同金屬在導(dǎo)電介質(zhì)如海水電解質(zhì)中直接接觸時(shí)形成宏觀電池腐蝕，或金屬本身的不均勻性，產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)微電池，在微電池中的陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。2）沖擊腐蝕3）應(yīng)力腐蝕指金屬表面受到電化學(xué)腐蝕的同時(shí)金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用還受到流體沖擊作用而遭到破壞的腐蝕現(xiàn)象。下的破壞。這是一種危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)，裂縫形態(tài)有沿晶界發(fā)展和穿晶破裂或它們的混合型。4）空泡腐蝕指流體高速流動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生紊流，在物體內(nèi)負(fù)壓區(qū)所產(chǎn)生的氣泡受到壓縮并破裂，會(huì)對(duì)周圍金屬產(chǎn)生

5、連續(xù)激烈的錘擊，并與其它腐蝕共同作用導(dǎo)致管路損壞，即以空泡的機(jī)械破壞為主，其它腐蝕為輔的綜合腐蝕類型。此外還有晶界腐蝕、選擇腐蝕、氫腐蝕、脫層腐蝕等不常見(jiàn)的腐蝕情況發(fā)生。2海水管系的腐蝕因素腐蝕是金屬內(nèi)外表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，19船舶機(jī)電有時(shí)還包括機(jī)械、物理和生物的作用而使金屬遭受破從熱力學(xué)觀點(diǎn)而言，除少數(shù)貴金屬外的其它各種金壞。屬均存在與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而生成離子的傾向，即金屬腐蝕是普遍存在的自然趨勢(shì)。影響腐蝕的主要因素有設(shè)計(jì)、工藝、環(huán)境和使用情況等。2.1管系材質(zhì)中外船舶科技2010年第1期管系材質(zhì)的耐蝕性是影響海水管系腐蝕破壞的主常用的海水管路材料耐要因素，這是管系固有的特性。鍍鋅

6、鋼、鋁黃銅、銅鎳合金、蝕性能的遞增順序?yàn)椋轰摗?0-30銅鎳合金。不同的材質(zhì)在靜水中的腐蝕速度如表2所示。表2金屬材料蒙乃爾合金鎳鋁青銅合金銅鎳合金鉛錫青銅鎳鉻鉬合金鈦鎳鉻合金304，316型不銹鋼海水025-502.5-12.512.525-500000淡水0000.510000在靜止水中金屬的腐蝕速度金屬材料硅青銅錳青銅黃銅銅鋁青銅奧氏體鑄鐵鋼鐵鋁合金鋅海水25-5025-5012.5-5025-5025-505012525-7525(單位:m/年)淡水11-2.2腐蝕環(huán)境常用的金屬在各種速度下空泡腐蝕程度如表3所示。當(dāng)流速達(dá)到或超過(guò)一定范圍時(shí),沖擊和空泡腐蝕將加劇。2.4氣蝕由于海水的擴(kuò)

7、散、旋渦、流道過(guò)窄及振動(dòng)等因素，船舶海水管系在流體中會(huì)形成低壓區(qū)。在金屬管壁與海水的界面上，無(wú)數(shù)氣泡的不斷破裂使管壁產(chǎn)生機(jī)械損傷而形成氣蝕，也因?yàn)闅馕g的存在，管壁會(huì)產(chǎn)生馬蜂窩狀的麻孔。2.5管系結(jié)構(gòu)及布置管道構(gòu)型對(duì)海水管道腐蝕起到重要的影響。容易產(chǎn)生流體紊亂的地方最易發(fā)生沖擊腐蝕，如分流處、匯流處、彎管處、管徑變化處等。在同樣海水流速下，直管部分可能僅遭受全面均勻腐蝕；而在上述地方則可能發(fā)生明顯的馬蹄形蝕坑或管壁明顯變薄。海水流經(jīng)這些地方，容易發(fā)生紊亂，對(duì)管材內(nèi)壁造成較大的沖擊，使得管子連接處出現(xiàn)不太規(guī)則的凹坑或管壁變薄的現(xiàn)象，這些部位容易出現(xiàn)局部腐蝕。在彎頭處，除通常的水流、沙石沖擊外，還存

8、在“空泡”引起的腐蝕。如含沙量為1%的海水以1m/s的流速連續(xù)沖刷涂敷彎頭，6個(gè)月后即可磨光管系材料100m的敷層。船舶海水管道的連接方式嚴(yán)重影響海水管道的腐船舶海水管系在使用期間受到的是流動(dòng)海水的沖刷；在關(guān)閉期間遭受的則是海水浸蝕或潮濕海洋大氣的作用；經(jīng)常停泊于淡水港或河口港的船舶管系，由于易遭有機(jī)物質(zhì)的沉積和受污染的海水或河水的作用，不僅遭受沉積腐蝕的可能性增加，還可能導(dǎo)致硫酸鹽還原菌的腐蝕，加速管系破損。南?；蚋澳虾Ｊ褂幂^長(zhǎng)時(shí)間的艦船，其管系腐蝕發(fā)生的時(shí)間早，問(wèn)題也嚴(yán)重，這是因南海的海水和大氣溫度高,且氣候交變。隨著海水溫度上升，海水中氧的溶解度降低，導(dǎo)電率增加，金屬的穩(wěn)定電位向負(fù)方向移

9、動(dòng)，導(dǎo)致金屬的腐蝕電流增加，腐蝕速度加快。2.3海水流速當(dāng)管系使用時(shí)，海水在管內(nèi)流動(dòng)。流速越快越容易發(fā)生紊流，尤其是含鹽量或含砂量較高的海水，因?yàn)檫@會(huì)加劇管系的磨蝕和腐蝕：其一對(duì)鋼管內(nèi)壁形成較大的沖刷作用力，會(huì)沖刷掉金屬表面的各種保護(hù)膜；其二使空氣中的氧擴(kuò)散到金屬表面的流速加快，使管壁處的氧供應(yīng)量得到充分保證，因而氧的去極化作用一直處于高峰狀態(tài)，這就加劇了電化學(xué)腐蝕；其三流速超過(guò)一定極限后，與海水接觸的管系表面不斷地有空氣泡或蒸汽泡形成和破滅，其沖擊壓力很大，形成的氣蝕將加劇電化學(xué)腐蝕?？傊?，海水流速越大，管路腐蝕也就越嚴(yán)重，腐蝕速度與靜止?fàn)顟B(tài)相比則越顯著增加。20中外船舶科技2010年第1期

10、表3各種金屬在不同流速下最大可能腐蝕速度(um/年)海水流速（m/s）01鋅鋁合金鋼，鐵75點(diǎn)蝕12575低脫鋅脫鋅7550低低2525低50點(diǎn)蝕可能點(diǎn)蝕00252502502525002525250125+25125+125+125+耐蝕250750250耐蝕24615船舶機(jī)電3545奧氏體鑄鐵鋁青銅黃銅錳青銅銅鋁黃銅硅青銅錫鋅青銅B10B30鉛鎳鋁青銅304，3161不銹鋼蒙乃爾合金HDR鈦?zhàn)?空白處表示缺乏分析資料。750+5001000+750175750+252500蝕。管子連接之間的縫隙處易因縫隙腐蝕而破損，管子連接處的下段易形成湍流而破損。異金屬接觸也會(huì)影響海水管道腐蝕。如純銅管

11、與裝有銅鎳合金管子的冷凝器連接時(shí)，都會(huì)加速管道腐蝕。管子一般采用法蘭連接，而焊接處的焊縫要做特殊處理，否則會(huì)加重腐蝕。2.6海生物的影響海生物影響腐蝕的主要原因有：一是海洋生物的存在會(huì)使水層中含氧量增加；二是海生物活動(dòng)中放出CO2或殘余的海生物會(huì)分解出H2S，從而使周圍海水酸化，這二者都會(huì)導(dǎo)致海水管系腐蝕速度增加。海水溫度上升又使海水中微生物增多，進(jìn)一步加速了管系的腐蝕。不同的金屬和合金在海水中被海生物污染的程度是不同的，銅及其合金被海水物污染的速度就比鋼的速度要小得多。2.7管系的維護(hù)保養(yǎng)管系的腐蝕問(wèn)題與船員的維護(hù)保養(yǎng)密切相關(guān)，船員的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)較差是影響腐蝕的重要因素。在海水管路腐蝕初期，

12、如不采取任何防腐措施而放任管路腐蝕，必將造成嚴(yán)重的后果。3防止管系腐蝕的措施海水管系管材腐蝕的防護(hù)是個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。從影響船舶海水管道腐蝕的原因中可以看出，船舶海水管道的腐蝕是諸多因素疊加的結(jié)果，消除一個(gè)因素只能部分地改善管道的腐蝕而不能完全解決管道的腐蝕問(wèn)題。所以，海水管系的防腐防污是個(gè)綜合性問(wèn)題，大致要綜合考慮以下幾項(xiàng)內(nèi)容。3.1合理選材選用海水管道材料時(shí)，應(yīng)首先注意到各種管材的最大允許流速值，如表4所示。對(duì)于受流動(dòng)海水作用較少的管道來(lái)說(shuō)，最大允許流速可以適當(dāng)提高，如純銅可以為1.5m/s，90-10銅鎳合金和鍍鋅鋼可為4m/s。對(duì)于受流動(dòng)海水作用時(shí)間少于500h的管道來(lái)說(shuō)，通常沒(méi)有最大

13、允許流速的規(guī)定。以B10鎳銅為例,英國(guó)艦船輪機(jī)規(guī)范提出了最大流速的限制值(見(jiàn)表5)。B10鎳銅管應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)選用B10鎳銅管作為海水管系材料,應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)際通用的規(guī)格系列進(jìn)行選擇,盡量避免系列外規(guī)格。2)應(yīng)控制B10鎳銅管的流速,尤其應(yīng)考慮帶泥砂21船舶機(jī)電表4各管材的最大允許流速管材材質(zhì)鋼鍍鋅鋼純鋼鋁黃鋼加鐵95-5銅鎳合金加鐵95-30銅鎳合金加鐵95-10銅鎳合金中外船舶科技2010年第1期最大允許流速m/sec前蘇聯(lián)推薦1.03.01.2-表5B10鎳銅管允許設(shè)計(jì)最大流速值法國(guó)推薦-1.03.01.54.03.0管內(nèi)徑）（mm允許流速（m/s）9.512.719.125.431.

14、838.150.863.576.288.90.911.211.521.821.972.122.282.432.733.03等雜質(zhì)的海水和過(guò)濾管系的影響。3)B10鎳銅管與配件宜采用手工氬弧焊對(duì)接連接。4)為了使B10鎳銅管在海水中能形成完整的保護(hù)片腐蝕產(chǎn)物膜,確保B10鎳銅管的預(yù)期使用壽命,B10鎳銅管與配件在對(duì)接焊前,一定要清除管端的油污,一則保證焊接質(zhì)量,二則避免管內(nèi)局部碳膜的形成。5)B10鎳銅管道系統(tǒng)在首次接觸海水后,應(yīng)讓海水經(jīng)常不定期流動(dòng)(在清潔海水中,以大于1m/s的流速在管內(nèi)流動(dòng)一個(gè)星期或30天),防止因沉積而引起局部保護(hù)膜的破壞,導(dǎo)致點(diǎn)蝕發(fā)生,以在B10鎳銅管內(nèi)表上形成完整的保

15、護(hù)膜。上述所說(shuō)最大允許流速系指正常水流的穩(wěn)流狀態(tài)下的流速，當(dāng)水流特別平穩(wěn)時(shí)可提高30%，當(dāng)水流特別紊亂時(shí)，應(yīng)降低3%。3.2合理設(shè)計(jì)在管系路線設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能采用直管系和標(biāo)準(zhǔn)化的管子構(gòu)件，少用套管方式連接，禁止使用卷邊的法蘭連接。同時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：1)每一條管道線路都應(yīng)沿著最短路線通過(guò),盡量少用彎管,彎管半徑應(yīng)統(tǒng)一,彎管段間的直管段長(zhǎng)度應(yīng)不小于1.52倍的管徑。2)盡量減少管路沿線的接頭數(shù)量,特別是可拆接頭數(shù)量。3)當(dāng)海水流動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)盡量避免急轉(zhuǎn)。允許在主管道上安裝90°支管,在其它情況下,考慮到22海水流動(dòng)的方向，則宜采用Y形三通。4)應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)異型管配件

16、,嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)粗制濫造管配件。5)盡量減少異種金屬管子構(gòu)件的組合，不可避免時(shí)應(yīng)采取金屬電絕緣或使用犧牲陽(yáng)極保護(hù)等措施以防止接觸腐蝕。3.3涂層保護(hù)在金屬表面噴、涂、襯、滲、鍍上一層耐蝕性好的金屬或非金屬,以及將金屬磷化、氧化處理,使被保護(hù)金屬表面與介質(zhì)機(jī)械隔離降低金屬腐蝕。傳統(tǒng)的辦法有熱浸鋅等,現(xiàn)在也有采用涂塑方法，效果較好，只是涂塑后的無(wú)縫鋼管使用中要注意防止涂層損壞，涂層一旦局部損壞將導(dǎo)致管路大面積腐蝕;而且產(chǎn)品在加工過(guò)程中一定要嚴(yán)保質(zhì)量，防止局部裸露形成腐蝕。此法已在幾型船上使用過(guò)，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題,主要是因?yàn)橛械墓艿肋^(guò)于復(fù)雜，涂塑過(guò)程中未加以剔除，導(dǎo)致涂塑質(zhì)量不過(guò)關(guān);有的則是涂塑前焊縫未處

17、理好，導(dǎo)致局部有焊渣、飛濺物等，使涂塑產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷；還有的是涂塑產(chǎn)品裝船后，又動(dòng)火但又沒(méi)補(bǔ)塑。3.4電化學(xué)保護(hù)常見(jiàn)的電化學(xué)保護(hù)方法有陰極保護(hù)法和陽(yáng)極保護(hù)法，而在船舶海水管路系統(tǒng)中更多的是采用前者，即采用外加電流陰極保護(hù)，將被保護(hù)件管路本身接至電源陰極，通以陰極電流，陽(yáng)極為一個(gè)不溶性的輔助件。在中外船舶科技2010年第1期船舶機(jī)電安裝之前要對(duì)新管子進(jìn)行防腐處理，可以采用刷防銹漆、鍍鋅和刮膠等方式來(lái)進(jìn)行。陰極電流極化作用下，被保護(hù)件處于自身的電化學(xué)不均勻所致的原電池腐蝕及外加陰極電流的綜合作用下，陰極極化電位降到和陽(yáng)極電位一樣，陽(yáng)極電流為零，陽(yáng)極反應(yīng)停止，電化學(xué)腐蝕也就停止。同時(shí)管壁產(chǎn)生部分氣泡，

18、這與管系中的氣泡方向相反，相互抵消，根據(jù)提供電流的方式，也使氣蝕及空泡剝蝕大大減輕?？刹捎脿奚?yáng)極法。3.5電絕緣隔離電絕緣隔離方法主要使用在異種金屬發(fā)生連接的場(chǎng)合,在該狀況下易發(fā)生電腐蝕。盡管已有要求船上海水管路的管材最好統(tǒng)一,但在實(shí)際中卻很難做到,如管路和設(shè)備之間,緊固件和管路之間往往存在異種金屬連接的現(xiàn)象,因此電絕緣隔離主要用在該場(chǎng)合下。通常的措施是在兩構(gòu)件之間或構(gòu)件與緊固件之間裝上不透性塑料制作的填料墊圈和襯套,有時(shí)也使用油漆來(lái)保護(hù)。3.6維護(hù)保養(yǎng)措施在船舶運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)嫻熟的船員正確維護(hù)保在維修過(guò)程中，養(yǎng)也可大幅降低海水管路的腐蝕問(wèn)題。換新管子時(shí)應(yīng)避免使用與原材料不同的管子，并且在4結(jié)束語(yǔ)在船舶海水管系中，腐蝕一直是個(gè)不可能完全解這里有主客觀的原因，一方面船舶的造價(jià)和決的問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)性決定了我們不可能整船(包括設(shè)備和管系)都采用鈦之類的耐腐蝕金屬或合金；