船舶海水管路防腐蚀研究

曾荣辉 彭玉辉 张 威

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

船舶海水管路防腐蚀研究

曾荣辉 彭玉辉 张 威

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

简述海水管路对船舶的重要性，以及船舶海水管路的腐蚀现状，然后主要从海水管路材质本身的原因和海水特性的原因出发，详细分析了船舶海水管路腐蚀的主要原因，并针对船舶的特点，提出了几种船舶实用和常见的海水管路防腐蚀措施，包括：合理选择海水管路及其附件材料；对海水管路采用耐腐蚀覆盖层；采用电化学保护法；控制管内的海水流速。对合理设计船舶海水管路系统具有一定的参考意义。

船舶；海水管路；防腐蚀

1 引言

海水管路遍布船舶的各个角落，有如血管对人体一样重要，包括消防水管路、各种机电设备海水冷却管路、重力式厕所冲洗管路、舱底疏排水管路等。海水管路一旦出现腐蚀破损，将影响设备正常运行甚至船舶的安全性。提高船舶海水管路的可靠性，是保证其所属系统设备正常运转和整个船舶安全运行的有力保障。而海水管路的腐蚀与防腐蚀问题，是船舶系统管路日常维护中一个常见的问题，也是在设计管路系统时需要着重考虑的问题之一［1－5］。合理设计海水系统管路并对腐蚀问题进行有效控制，是设计者们一直以来的追求［6-10］。

2 船舶海水管路腐蚀现状

船舶海水管路的腐蚀问题，由于其作用机理复杂，控制措施难于悉数实施，目前仍普遍存在于各型船舶的海水管路系统中，所不同的只是腐蚀程度的轻重而已。

以某远洋货轮的水消防系统为例。该船运营已近10年，水消防系统管路已经出现了较为严重的腐蚀问题：管系焊缝部位、法兰焊接部位、防蚀螺塞焊接部位腐蚀严重，有渗水、堵塞漏水等现象，尤其是防蚀螺塞座板焊接部位腐蚀情况更为严重。此外，在其它海水管路系统中，也发生了或轻或重的腐蚀破损。腐蚀破损总数的95%左右发生在“易蚀”部位，直管部分的腐蚀破损仅占5%左右。所谓“易蚀”部位是指：分流管件、汇流管件、弯管、插管附近、变径管附近、水进口端法兰之后、泵阀前后及焊缝部位等，主要是水流产生紊流处。凡是发生水流紊乱的地方都可能成为“易蚀”部位。图1为典型“易蚀”部位（变径管附近）示意图。图1中，左图为变径管附近的水流特征示意，其管径收缩处易发生紊流，形成“易蚀”部位，见右图中的变径管路内壁腐蚀照片。

图1 典型“易蚀”部位（变径管附近）示意图

3 海水管路腐蚀的原因

3.1 管路材料本身的原因

海水管路为金属材料，一般含有多种元素，这些元素的电极电位不同，容易产生电化学腐蚀。两种金属的电位差越大，腐蚀就越快。浸在海水中的的各种金属电位值（在一定温度时）如图2所示。

图2 部分金属和合金相对电位

管路在机械加工过程中，由于锻打、挤压、弯曲和切削等原因，使管路变形部分和加工部分产生应力集中，而应力集中部位电位较低，易形成阳极腐蚀。此外，管路在运输、安装和日常维护过程中，由于操作不当，也可能会出现伤痕甚至裂缝等损伤，这些损伤部分的金属相对来说电位较低，也易形成阳极腐蚀。

3.2 海水的原因

海水中含有大量的氯离子，它会加速不锈钢的应力腐蚀，氯离子还会对某些氧化性保护膜的形成起阻滞和破坏作用。由于海水中含有浓度很高的氯离子，随着管路内海水流速的增加，腐蚀速率也加快。

海水管路中的海水直接取自海洋表面，水中的溶解氧趋近于饱和程度。氧在电化学腐蚀过程中是一种去极化剂，所以它是电化学腐蚀中一个极为重要的因素。前面讲过，金属管路由于含有多种元素，在海水中可形成微电池而引起腐蚀。如对铁元素，由于微电池反应会生成白色的Fe（OH）2，Fe（OH）2在海水中溶解氧的作用下，会氧化为Fe（OH）3，并最终形成红棕色的铁锈 （FeO·Fe2O3· nH2O）。

海水中含有一定微小的悬浮固体。悬浮固体在系统管路中，特别是在低流速部位，它们会发生沉积。这些沉积层是疏松多孔的，因此，沉积层下部金属容易和周围金属形成浓差电池，造成局部腐蚀。

海水中存在着大量的浮游微生物，如细菌、真菌和藻类等，它们在海水管路中会直接参与腐蚀反应。除了这些微生物排出的氨盐、硝酸盐、有机物、硫化物、碳酸盐等代谢物使水质组成发生变化而引起腐蚀外，最主要的还是由于铁细菌和厌氧的硫酸盐还原菌的存在所引起的金属腐蚀。

管路中海水的温度对管路腐蚀的影响，往往取决于氧的扩散速度。一般情况下，温度上升10℃，则腐蚀速度约增加30%。海水温度和管路腐蚀速度的关系见图3。

图3 水温与管路腐蚀速度的关系

最后，由于船舶的远洋使命，决定了其必须在不同海域航行，海水管路系统须适应不同海域内海水的盐度、温度、溶解氧浓度等差异，这也增加了海水管路系统腐蚀成因的复杂程度。

4 海水管路防腐蚀的控制技术

针对海水管路腐蚀的原因，可以给出相应的防腐蚀控制技术。海水管路防腐蚀的控制技术包括合理的系统设计、正确选用管路材料、改变腐蚀环境、采用耐腐蚀覆盖层、电化学保护以及采用耐腐蚀非金属管路代替金属管路等。对船舶海水管路的防腐蚀措施，比较实用和常见的有以下几点。

4.1 合理选择海水管路及其附件的材料

目前国内船舶上的海水系统管路主要还是用金属材料。对不同的系统管路，选用的金属材质应有所不同。原则上，海水管路材料选用B10管，且所选的B10管含Fe量应控制在1.6%左右。为防止电位差腐蚀，管路所采用的变径管、弯头、三通管均应为B10材料。处于难以拆装部位且外径大于等于30 mm的管路一般采用斯特劳勃接头连接。而消防系统、喷淋、浸水系统管路则采用TUP紫铜管，法兰和螺纹接头采用青铜或青铜装配件。当海水管路用法兰和螺纹接头连接时，其垫片应采用芳纶橡胶垫片。对海水管路中仪器、仪表或管路连接处，如存在异种金属接触，应进行必要的绝缘设计，防止异种金属电位腐蚀。

总的来说，海水管路其附件的选材遵循以下几个原则：

1）根据海水管路内的海水流速选材

对低流速海水管路，可选用镀锌钢、涂塑钢、紫铜、紫铜施加防蚀措施；对中等流速海水管路，可选用紫铜施加防蚀措施、B10、B10施加防蚀措施；对高流速海水管路，可选用B10施加防蚀措施、双相不锈钢、钛合金。

2）根据海水管路使用频率和累积流动海水作用时间选材

低频、短时间，如纯消防水系统、应急冷却水系统，可选用镀锌钢、涂塑钢、紫铜；中等使用频率、中等时间，如疏排水管路、大型货船的压载水系统，可选用紫铜、紫铜施加防蚀措施、B10；高频、长时间，如主、辅机冷却水系统、柴油机冷却水系统以及主、辅机循环水系统，应选用B10、B10施加防蚀措施、钛合金、双相不锈钢等。

3）根据船舶类别选材

· 一般中小型船舶：镀锌无缝钢管、涂塑无缝钢管；

· 大型远洋船舶：涂塑无缝钢管、紫铜施加防蚀措施、B10；

· 豪华游轮：紫铜施加防蚀措施、B10、B10施加防蚀措施或钛合金、双相不锈钢等。

4.2 对海水管路采用耐腐蚀覆盖层

采用具有耐腐蚀性能的金属或非金属材料覆盖在管路内表面上，是一种应用广泛的防腐方法。覆盖层分金属覆盖层和非金属覆盖层两大类。

覆盖层的金属电位较管路金属的电位低，则称为阳极覆盖层，反之称为阴极覆盖层。阳极覆盖层具有隔离作用，还具有阴极保护作用。阴极覆盖层只起到隔离作用，其完整性极为重要。如果阴极覆盖层局部破坏后露出金属管路，则形成小阳极和大阴极，此时阴极覆盖层小但不能保护金属管路，反而引起严重的局部腐蚀。因此，在选择这种覆盖层防腐时应慎重。

非金属覆盖层是采用耐腐蚀的非金属材料涂敷或粘贴在金属管路内外表面上，其防腐作用主要是靠隔离效应。涂敷层特别是油漆层，应用最为广泛；且由于其价格相对低廉，施工简便，种类多，发展很快。也有将橡胶、塑料、玻璃钢、耐蚀陶瓷等材料涂敷在金属管路表面的，它们都有着非常良好的防腐效果，而且发展前景非常好，可以预见，这种技术以后将成为主流的防腐方法。

4.3 电化学保护法

在大多数情况下，海水管路的腐蚀是由于电化学腐蚀。在一定条件下，极化作用可以降低金属管路的腐蚀速率。可以通过强制电流或采用牺牲阳极两种途径来实现。某型船舶上使用的防腐防污电极主要性能指标如下：

·处理海水量：≤1 500 m3／h；

·使用电制：220±10%VAC，50 Hz；

·电极材料：一价铜、电解铁；

·电极寿命：1～3年。

4.4 控制管内海水流速

对使用最多的B10管路，管内海水流速应按下面的数值进行设计和控制，以控制海水对管路的冲刷腐蚀；特殊情况下，允许海水流速短时超越限值。

·通径≤DN25时，管内最大流速≤2.4 m／s；

·通径＞DN25时，管内最大流速≤3.5 m／s；

·海水中含泥沙或悬浮固体较多时，管内最大流速≤2.0 m／s。

5 结束语

船舶海水管路的腐蚀问题，虽然仍普遍存在于各类船舶的辅助系统中，且由于其作用机理复杂，难以完全控制；但只要认真对待，精心设计，分析其可能的作用机理，加强设计、订货、建造、验收等管理过程中的质量控制，就可以防患于未然，从而提高管路及其系统的使用寿命，降低船舶建造成本及维护费用。

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Protection Measures Against Erosion of Seawater Pipeline of Ships

Zeng Rong－hui Peng Yu－hui Zhang Wei
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

This paper introduced the importance of seawater pipelines to ships and their erosion actualities.Then，based on the characteristics of the material of seawater pipelines and seawater，this paper analyzed the main reasons of erosion in detail.Considering the specialties of the ships，this paper also put forward some practical and common measures to prevent such erosions，including：choosing appropriate materials for the seawater pipelines and their accessories；coat of endurable erosion paint for the pipelines；using electrochemistry protect means；controling the flow speed of seawater，and so on.This paper has reference significance to the appropriate design of ship systems in seawater.

ship；seawater pipeline；erosion protection

U664.84

A

1673－3185（2009）03－74－03

2008-05-15

曾荣辉（1980－），工程师，硕士。研究方向：船舶辅助系统。E-mail：fzero＠163.com