船舶压水仓阴极保护

目前，大多数船舶都采用金属外壳。而金属在海洋环境中，受海水温度、海水含盐度、海洋大气温度、海洋大气湿度的影响，腐蚀程度很严重，腐蚀不仅降低了船舶钢结构的强度，缩短了 船舶的使用寿命，同时还会使航行阻力增加，航速降低，影响使用性能.更为严重的是，一旦出 现穿孔或开裂，还会导致海损事故的发生，造成惊人的损失。腐蚀作为美海军第一号的维修问题, 每年因装备在腐蚀维修方面花费的经费为44. 4亿美元。

我国船体材料通常采用低合金钢，其在海水中的平均腐蚀速率为0.14 mm /年（921钢青岛实海挂片数据），局部腐蚀速率为0. 44 mm/年（921钢青岛实海挂片数据）。实船由于受螺旋桨等不同材质结构 的影响，实际腐蚀速率会更大。这就意味着，船体钢板在无任何保护或只有涂层保护的情况下，局部在3〜 5年内将腐蚀穿孔。我国因金属腐蚀造成的损失也很严重，每年达200亿一 300亿人民币。这已引起国内外防腐专家的极大关注，并积极研究探索解决金属腐蚀的各种防护技术方法和措施——

船舶腐蚀特点

金属腐蚀按其机理不同可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。船舶受腐蚀速度与海水的流动速度、气泡、温度、冲击性以及海水所含微生物等因素都有有极为密切的关系。船体在海水中的腐蚀主要的是电化学腐蚀，即在腐蚀过程中有微电流产生。

1. 1氧的浓差电池作用

由于氧有夺取电子的能力，且水面的氧较水下的氧多，故近水面部分的金属得到电子成为阴极，而水中部分的金属失去电子成为阳极而发生腐蚀。腐蚀发生后，缝隙或缺口处的氧多，而底部氧少，从而底部继续腐蚀，从而成为锈坑或锈穿孔.

1. 2两种不同金属或钢种的腐蚀

在海水中，两种不同成分的金属接触时，电势较低的金属成为阳极发生腐蚀。船舶水下附体包含大量与船体不同金属或钢种的设备，例如测深仪、声纳等，因此船舶发生此类腐蚀较为严重。

1. 3氧化皮引起的腐蚀

由于氧化皮的电极电位比钢铁的高0.26 V,所以成为阴极，而钢铁本身成为阳极发生腐蚀。

1. 4涂膜下的腐蚀

由于实际上涂膜表央有微孔存在，所以海水仍可缓慢穿过涂膜产生电化学腐蚀.此时，含涂膜的部分 成为阴极，不含涂膜的部分成为阳极而发生腐蚀，生成FeO和H2气体，进一步变成Fe3O4和 Fe2O3,由于Fe3 04和Fe2O3的体积比Fe大得多，所以使涂膜鼓起破坏。在涂膜未损坏或失效时，这一过程是缓慢的。涂漆前未除尽的氧化皮、锈蚀物、污物、水分、盐类等，在涂膜下加速进程，破坏涂膜。涂装时漏涂等施工缺陷也会加速腐蚀进程，从而过早破坏涂膜。涂膜损坏后将产生前述各种腐蚀，这种腐蚀速度比未涂漆时更快。

1. 5杂散电流引起的腐蚀

由于供电或电焊时，违反操作规程，产生漏电，从而使船体变成一个巨大的阳极，产生大规模的腐蚀。这种腐蚀后果非常严重，某厂建造的4艘登陆艇，出厂1年后，6 mm的钢板局部几乎烂穿。

由上述分析可知，海洋环境中的电化学腐蚀是困扰船舶的严重问题。因此，船舶防腐效果的好坏直接影响到该船的有效使用。

船舶电化学腐蚀的控制

船体防护系统是保护船体免受腐蚀侵害的系统，主要有两大系统组成:防腐蚀涂漆系统和阴极保护系统。这两种系统的相互作用和足够保护船体免受腐蚀侵害的能力是由几个因素相互依存决定的。电化学腐蚀防护是船舶总体设计的重点之一，须综合考虑多种因素，包括船体材料、任务、航区等，以较少的投入保证电化学防腐的效果，控制船舶电化学腐蚀的的方式包括阴极保护和结构工艺措施.

2. 1防护涂料技术

目前，船舶涂料的品种有：水线涂料、船壳涂料、甲板涂料、油舱涂料、饮水舱涂料、压载水舱涂料、 防污涂料等。良好的涂层保护是阴极保护系统安全、有效、稳定运行的基础。

随着修造船业的迅速发展,技术水平不断提高，机械化程度日益提高，修造船的周期在缩短，这对船 舶涂料的综合性能、表面处理工艺、涂装工艺及设备的要求越来越高。为了满足船东和修造船厂的要求， 船舶涂料向着高性能、节能、施工方便、高效、符合环保要求的方向发展。具体来说，釆用厚浆型、快干、高固体份或无溶剂涂料来达到高效节能的目的；使用不含铅、铬等重金属颜料，降低涂料中有机溶剂含量, 不使用有机锡、焦油等有害物质来达到环保卫生的要求。

2. 2阴极保护技术

船体的阴极保护技术有牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。

1）牺牲阳极阴极保护技术是通过在船体外表面安装充当阳极的被牺牲掉的金属块，以保护作为阴极的 船体钢板不被腐蚀。目前，船体使用的牺牲阳极有锌—铝—镉三元合金（称为锌合金牺牲阳极）、高效铝合金阳极、铁合金阳极等。各种不同船型所采用的牺牲阳极型号和数量是根据船体各部位的形状、面积和环境情况专门设计的。

牺牲阳极法的特点：不需要外加电源，方便安全可靠，平时无须管理。适用于中、小型船艇和没法提供可调电源的地方。为了保证防腐效果其阳极块数要足够多，且不能实现随外界条件变化而自动控制。

2）外加电流阴极保护技术。

这种技术是将牺牲阳极保护中的牺牲阳极块更换成只起导电作用而不溶解的辅助阳极，在阳极和钢板之间加一直流电源，并通过海水构成回路。电源向钢板输入保护电流，使钢板成为阴极而得到保护。该外加电流保护系统由恒电位仪也就是外加电源、参比电极、不溶性辅助阳极构成。整个系统使船体电位始终保 持在保护电位范围内。

外加电流法的特点：电压、电流可调性好，可随外界条件变化实现自动控制。使用周期长，可用于不同介质之中。一般安装于中、大型船艇，但需一套控制设备，并须经常检査管理。牺牲阳极法的特点：不需要外加电源，方便安全可靠，平时无须管理。适用于中、小型船艇和没法提供可调电源的地方。为了保证防腐效果其阳极块数要足够多，且不能实现随外界条件变化而自动控制。

2. 3阴极保护要点

2. 3. 1保护电位和理想保护效果

工程上规定的阴极保护设计电位一般按某一种准则，如被保护钢构件与相邻环境介质间电位差负于 -850 mV(对硫酸铜电极CSE)等，实际上，这些准则规定的值受保护构件及环境特性的影响。

根据阴极保护的原理，在对金属实施阴极保护的时候，为了到达理想的保护效果，需要注意阴极保护的极小保护电位和极小保护电流密度两个主要参数。而在实际中考虑到其它因素的影响，还要选择合理的特大保护电位和特大保护电流密度。

(1)极小保护电位

为使腐蚀完全停止，必须使被保护的金属电极电位极化到活泼的阳极“平衡”电位，即保护电位，对于钢结构这一电位就是铁在给定电解质溶液中的平衡电位。保护电位有一定的范围，铁在海水中的保护电位在 -0.80—1.0V之间，当电位大于-0.80V时，铁不能得到完全的保护，该值称为极小保护电位。选择保护 电位需根据已有的实验数据和经验加以确定。我国近年来规定钢船在海水中的保护电位为-0.75 一 -0.95V,理想保护范围为-0.85—  -1.0V.采用阴极保护时使金属的腐蚀速度降到允许程度所需要的电 流密度值，称为极小保护电流密度。极小保护电流密度与极小保护电位相对应，要使金属达到极小保护电 位，其电流密度不能小于该值，而如果所采用的电流密度远远超过该值，则有可能发生“过保护”。极小保护电流密度与被保护的金属种类，腐蚀介质的性质，保护电路的总电阻，金属表面是否有覆盖层及覆盖 层的种类，外界环境条件等因素有关，必须根据经验和实际情况作出判断。

实际被保护的金属结构有一定的长度、宽度和面积，阳极和被保护的结构表面的距离不可能完全一致。阳极电流到达距阳极至远的部位所流经的电解质都起电阻的作用，引起电位下降。为了使阴极至远处得到极小保护电位，则需提高阳极和被保护金属问的电位差，以补偿那部分电位降的损失，被保护金属在阳极附近的部位必然得到较高的保护电位。实践证明，阴极电位越负，阴极附近的电解质中的pH值越高，碱性越强。电位负至析氢电位时，则在阴极表面有氢气析出。如果是涂料和阴极保护联合应用的情况，就必须考虑涂料涂层的耐碱性。

阴极保护电位和保护度与外加能量（电压与保护电流乘积）关系中，供阴极保护的外加能量对保护电位的曲线存在一个拐点（二阶导数为零），该点位于特大保护度电位附近，该点附近保护电位的变化引起的能量变化巨小，当实际电位负于此电位时，外加能量中消耗在析氢等过程的比率明显增加，可从实验曲线或拟合方程来计算这个保护电位。

2. 3. 2阳极形状

传统观点认为，阳极棒的端头应加工成半球形，以避免棱角处电流密度集中。釆用物理模型计算后表明， 阳极端部的确存在电流密度集中的问题，但单靠改变端头形状，改进效果不大。有研究表明，在阳极根部采用合适的塑料绝缘套（阳极屏蔽层），可得到比较均匀的阳极电流密度分布。

2. 3. 3保护电位和电流密度的分布

阴极保护体系中金属表面各处保护电位不同，目前评价阴极保护效果主要用电位准则，确定体系保护电位分布是阴极保护数学模型的主要研究内容之一。达稳定状态的阴极保护体系电位分布满足静电场电位方程（泊松或拉普拉斯方程），为求得唯一解，必须同时规定某些边界条件，如：在构件与介质的所有界面给出其电位与电流密度，或与电位梯度之间的关系式：一f（J）一f・[V]。一般情况下，从这些方程只能求得电位分的数值解，得不到解析解。对形状较简单的保护构件，也可用其他方法来推导电位分布的近似 数学表达公式。根据电位分布还可进一步推算出电流密度分布，计算出更接近实际的总保护电流值。

结束语

把阴极保护功能和涂膜的屏蔽功能融合为一体的新型防腐蚀技术，得到了广泛的关注，并在实际中得到 了较好的应用。

由于船舶电化学腐蚀发生因素的复杂性和一定的不可预测性，电化学腐蚀设计一直是设计难点。在近几年的船舶设计，大多釆用结构工艺综合措施结合阴极保护，阴极保护又往往同时使用外加电流和牺牲阳极。 这样投入大，但保证了相当的设计裕度，近年设计的船舶较少发生重大电化学腐蚀事件。