機艙海水管路防腐蝕探討及設計

劉聳善 白一喆

摘 要：本文根據(jù)不同船舶的設計特點，提出了船舶設計過程中機艙海水管路防腐蝕的設計方案及防護措施，對船舶的初期設計以及提高船舶運營過程中維護和保養(yǎng)的經濟性具有一定的參考意義。

關鍵詞：防腐蝕；性能參數(shù)；設計；經濟性

引 言

船舶機艙區(qū)劃有蒸汽、淡水、海水、貨油、滑油等多種類型的管路，由于海水特性、系統(tǒng)使用工況復雜，管內流體特性、及防腐工藝技術條件的約束，海水管路上時常有腐蝕問題導致的故障發(fā)生，與船廠售后部門處理起來十分棘手。因此，對海水管路腐蝕特點進行分析總結，開拓使用新型的耐腐蝕材料，探討合理設計對策，對新造船初期談判時切實解決海水管選材問題具有較強的現(xiàn)實意義。

1 機艙海水管路腐蝕典型實例

現(xiàn)對我司運營油輪的海水管系相關AS項目進行梳理調查，發(fā)現(xiàn)一些設備如空冷器發(fā)生腐蝕故障相對頻次較高，在內部防腐措施相同的前提下，有一定共性，近年發(fā)生的海水管系故障列表如下：

1.1 海水管穿孔腐蝕

XE036船AirCLR冷卻主機空冷器海水側出口管腐蝕穿孔，孔徑達17mm，已無法再繼續(xù)使用。XE038船壓載泵出口海水管路也同樣發(fā)生孔蝕，從外觀看，管路側面有明顯穿孔，內彎處有大面積腐蝕產物。

1.2 海水管法蘭面處間隙腐蝕

根據(jù)腐蝕相態(tài)基本理論判斷此類腐蝕應屬于間隙腐蝕，推測其形成原因是管路上螺栓未完全上緊，導致法蘭密封面海水泄漏，與在法蘭外邊緣未涂塑處的金屬直接接觸而發(fā)生腐蝕。

1.3 冷卻器海水出口支管全面腐蝕

10000TEU船運營期間，船員反饋中央淡水冷卻器海水出口支管化學反沖洗座嚴重腐蝕，從外觀看，整段支管已被全面腐蝕；后提供可更換管材，至現(xiàn)在沒有再出現(xiàn)二次反饋。此處海水管路同樣設計為涂塑管，后經確認，船員反饋該故障管路內部涂層已遭破壞，。其腐蝕原因應是管路支管涂層遭到破壞后，海水與金屬管壁直接接觸而發(fā)生進一步腐蝕，涂層被破壞的支管實際充當犧牲陽極的角色，更加劇腐蝕。

2 機艙海水管路腐蝕機理

海水管主要組成部分主要是金屬材料。按金屬腐蝕機理不同，腐蝕可分為化學腐蝕與電化學腐蝕。金屬腐蝕的機理相同，但在不同的實際環(huán)境下，其腐蝕形態(tài)不同。

2.1 船舶海水管系腐蝕因素及分析

海水一般含鹽量為3.2～3.7%，通常取3.5%（相應氯度為19%）作為大洋性海水的平均鹽度。海水是典型的電解質，是一種復雜的多種鹽類的平衡溶液，經常遇到的海水腐蝕形態(tài)有電偶腐蝕、點蝕、潰瘍腐蝕、縫隙腐蝕、沖刷腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞。在海水環(huán)境下的腐蝕比較苛刻，是造成惡性事故和縮短使用壽命的主要原因，它是典型的電化學腐蝕類型。

2.2 鹽 度

鹽度是指100克海水中溶解的固體鹽類物質的總克數(shù)。一般在相通的海洋中總鹽度和各種鹽的相對比例并無明顯改變，但海水的鹽度波動卻直接影響到海水的比電導率，比電導率又是影響金屬腐蝕速度的一個重要因素，同時因海水中含有大量的氯離子，破壞金屬的鈍化，所以很多金屬在海水中遭到嚴重腐蝕。

2.3 含氧量

海水腐蝕是以陰極氧去極化控制為主的腐蝕過程。海水中的含氧量是影響海水腐蝕性的重要因素。氧在海水中的溶解度主要取決于海水的鹽度和溫度，隨海水鹽度增加或溫度升高，氧的溶解度降低。如果完全除去海水中的氧，金屬是不會腐蝕的。

3 機艙海水管路防腐蝕設計

海水管系管材防腐的防護是非常復雜的問題，從影響船舶海水管路腐蝕的原因中可以看出，船舶海水管路的腐蝕是諸多因素疊加的結果，消除一個腐蝕原因，只能部分地改善管道的腐蝕狀況，不能完全解決問題。我司出現(xiàn)AS狀況后，一般也以提供備品作為解決問題的手段，欠缺對問題發(fā)生原因進行深入分析的步驟。而船舶海水管系防腐蝕問題是個綜合性問題，需結合理論及實踐總結綜合考慮影響的管路腐蝕的主要因素，諸如設計、工藝、環(huán)境和使用維護等。現(xiàn)將影響管路腐蝕的設計因素論述如下：

3.1 合理選材

通常情況下，船舶海水管系選擇的材料本身要具有良好的抗腐蝕性能。目前國內船舶上的海水系統(tǒng)管路主要還是用金屬材料。在選材時，要依據(jù)以下幾個原則：

（1）材料的力學性能要滿足使用要求（船級規(guī)范有明確要求）；

（2）材料的化學穩(wěn)定性滿足使用要求（船級規(guī)范

有明確要求）；

（3）材料的熱穩(wěn)定性要滿足使用要求（使用溫度的要求）；

（4）材料使用持久性、可靠性；

（5）材料的可加工性；

（6）材料的經濟性。

3.2 合理設計

海水（尤其是含鹽量和含砂量高的海水）在管系中流動，將加速管系的腐蝕和磨蝕，主要原因為：

①海水對金屬表面的直接沖撞或摩擦；

②加強了氧的去極化效應，增加了電偶腐蝕；

③海水中夾帶泥砂等雜質，造成對管系表面的沖撞或摩擦，或破壞了管系表面所形成的保護膜，加速了海水管系的腐蝕。

鑒于以上影響因素，設計時，必須考慮相應管材、管徑所適用的許用流速標準值。在條件允許的情況下，可以采用擴大管徑，減小流速，將海水流速按已有設計經驗適當降低，以及改進彎曲半徑等措施，以改善管系腐蝕狀況。

4 不足與展望

影響船舶管路海水管系防腐蝕問題相當復雜，要解決須充分了解腐蝕情況及根本原因，因此，海水管路防腐過程涉及到設計過程、施工安裝過程、及使用維護環(huán)節(jié)等多方面考慮，須進行綜合預防。

我司對諸如管路上外加電流防腐蝕的方式（業(yè)界已有使用實績），還沒有使用經驗，我們將對海水管路防腐蝕領域的發(fā)展動向需持續(xù)關注，充分利用船廠實時建造船舶的優(yōu)勢，將最新研究成果擇機運用至實船設計、運營中去，提高船舶機艙管路系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)維護和保養(yǎng)的經濟性。

參考文獻

[1]陳海燕，朱有蘭.B10銅鎳合金在NaCl溶液中腐蝕行為的研究.廣州工業(yè)大學材料與能源學院，腐蝕與防護，2006.

[2]黃桂橋.不銹鋼在海洋環(huán)境中的腐蝕.鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，腐蝕與防護，1999.