压载水舱阴极保护设计与保护效果评价

前言

船舶液体舱在海洋环境下，金属结构暴露于海水、高盐分、高湿、高温以及干湿交替等环境中，往往要遭到严重的腐蚀。在海洋环境中服役的船舶，各种液体舱的腐蚀破坏严重影响船舶寿命及安全性，而其中以压载水舱的腐蚀更为严重。压载舱的服役特点是干湿交替，结构相对复杂，涂层失效快。为了有效控制压载水舱的腐蚀，通常采用涂层与牺牲阳极阴极保护结合的保护技术。

阴极保护方案设计一般根据保护电位、保护电流计算牺牲阳极的用量，然后根据结构进行均匀布置。牺牲阳极安装完毕后进行测量评价。这种设计方法已经应用多年，但现场评价时往往釆用取几点保护电位测试值为依据进行评价，不能全面反映被保护结构的表面情况。如果存在欠保护区域，而又没有测量到，往往会在欠保护区域发生腐蚀损伤。

为此，本工作针对某船的压载水舱，釆用通常的设计方法进行印记波爱护设计，然后采用边界元设计为基础的BEASY软件进行保护效果预测，判断整体是否达到完全保护。

阴极保护的设计

压载水舱的结构尺寸：底部13200mm*19200mm*2400mm,侧面43200mm*2400mm,压载水舱材料为Q235B,涂层为改性环氧漆涂层，压载率为50%,保护寿命为10a。

1.1阴极保护电流

按下式计算全浸时所需的阴极保护电流

I=J.S

式中J一阴极保护电流密度，mA/m2»针对表面涂层工况及保护期，取J=15mA/m2

S—被保护面积，m2.约为9000m2。

经计算阴极保护电流为46.68A。

1.2牺牲阳极规格、型号及发生电流

选用Al-Zn-In-Cd铝合金牺牲阳极，规格为500mm*（105*135）*130mm。每块阳极净重为23kg。其发生电流经计算为1690mA/块。

1.3阳极数量

按下式计算阳极数量：

N=I/It

式中N一阳极数量，块

I—保护电流，A

It一阳极发生电流，A

经计算需要牺牲阳极80块，底部牺牲阳极数量为45块，布置方式为9*5；侧面牺牲阳极数量为35块，布置方式为7*5.

阴极保护的保护效果预测

2.1边界条件

BESAY软件准确评价被保护结构物的保护效果需要准确的边界条件，一般包括牺牲阳极和被保护结构材料的计划特性、涂层状态、海水电脑率以及被保护结构的网格划分方法等。为此采用实验室模拟测试方案得到边界条件为：海水的电导率为4S/m,压载水舱的网格数为1600,牺牲阳极的网格数为321.,牺牲阳极和Q235B钢的计划曲线见图1。

图1牺牲阳极和Q235B钢的极化曲线

2.2数值模拟分析

改性环氧漆涂层破损率为2%时，压载水舱保护效果的模拟结果见图2。

图2BEASY软件模拟压载水舱的保护效果图

在牺牲阳极周围如右侧所示的颜色梯度代表保护电位范围，与图中左侧所示颜色一一对应，将图中左侧所示的颜色与右侧的标识码相对照，即可知道压载水舱各个区域的保护电位，从计算结果可知，压载水舱的整体保护电位范围在-827~943mV。从图可见，釆用这种牺牲阳极的安装方式，底部地位较负，在-943—900mV,而侧壁，未安装牺牲阳极的一侧,电位在-827~-910mVo在交界处，即拐角区域，保护电位相对较正，在-827〜-850mV。由此可见，该种阴极保护的薄弱点在交界处和侧壁未安装牺牲阳极的区域。如果印记波爱护失效首先是这些区域首先达到欠保护。

根据印记波爱护准则，被保护钢结构物极化至-795~-1045mV,可以判断为腐蚀基本得到抑制。从图2可知，根据常规设计选用的牺牲阳极对压载水舱进行阴极保护后，压载水舱表面电位分布范围为-827~-943mV,由此可见，釆用BESAY软件的模拟计算结果证明阴极保护设计后的压载水舱可以处于完全保护的状态，证明设计和布置方法可靠。

结论

(1)阴极保护采用铝合金牺牲阳极，规格为500mm*(115+135)mm*130mm,重量为23kg,数量为80块，其中底部牺牲阳极数量为45块，布置方式为7*5.

(2)BESAY软件采用边界元技术数值模拟结果表明压载水舱保护电位处于-827~-943mV之间，达到完全保护。

(3)数值模拟结果证明压载水舱的阴极保护设计方案基本合理,牺牲阳极的布置方式可行。