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1、收稿日期： 作者简介：侯淑芳（），女，湖南衡东人，南通航运职业技术学院轮机工程系助教； 作者简介：周志军（），男，江苏南通人，南通航运职业技术学院机电系讲师。 第卷 第期 年月 南通航运职业技术学院学报 摘要：船舶海水管系的腐蚀问题是影响使用和维修费用的重要因素。 文章针对目前海水管系腐蚀情况, 主要分析了 船舶管系腐蚀特点和机理， 并推断了的影响腐蚀的主要因素， 同时提出了几种防腐措施， 可供参考。 关键词：海水管系； 腐蚀机理； 防腐措施 中图分类号：U664.84文献标识码：A文章编号：1671-9891（2008）04-0076-04 船舶海水管系的腐蚀问题及防止措施 侯淑芳 1，周志
2、军2 （1.南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通226010；2.南通航运职业技术学院机电系，江苏南通226010） 0引言 船舶海水管系用途广泛， 担任着冷却主辅机、 消防、 压载、 清洗等任务， 在保证船舶主要设备正常运行及 安全、 船舶平衡等方面起了重要作用。 海水管系输送的均为海水， 致使海水管系必然面临着严重的腐蚀问题。 目前， 海水管系的腐蚀造成的事故严重影响了设备的正常运行和船舶安全运行， 维修造成了很大的人力物力 上的损失。因此， 分析海水管系的腐蚀情况、 提出有效防腐措施具有重要的实际意义。 1海水管路的腐蚀案例 某船海水管系采用 20# 无缝钢管， 自投入运营一年来，
3、管路锈蚀严重， 有裂纹甚至断裂， 漏水严重， 部分 管路有堵死现象等， 具体见以下图片： 从图 1 可看出， 海水管弯管已腐蚀断裂， 管内壁有较长较深的裂纹， 已漏水； 管内壁凹凸不平， 还有呈波 浪形的外观， 钢管表面的腐蚀产物已剥离， 被冲击堆积在弯管下缘， 部分堵塞了管路。该段管子腐蚀情况恶 劣， 必须换新弯管。 从图 2 可看出， 法兰和海水管都已严重腐蚀， 保护涂层已凸起剥落， 表面全部被锈蚀， 已出现漏水， 法兰 上的螺栓已咬死在螺纹孔中， 焊缝接口焊瘤未打磨， 锈蚀很严重， 该段带法兰的管子已无法再使用， 只能换 新。 由图 3 可知， 海水弯管处保护涂层 80%都已脱落， 表面
4、凹凸不平， 并有黄豆大小的泡状凸起， 弯管下游 出现了蜂窝状的孔群， 已经穿孔， 有渗漏， 这是典型的空泡腐蚀。 图 1海水管弯头内壁腐蚀图 2带法兰的海水管腐蚀情况图 3弯管的腐蚀 2海水管系的腐蚀机理分析 2.1海水管系的工作条件 天然海水含有大量的可溶性盐， 其主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐， 其中氯离子约 占 55%。海水的高含盐量、 含砂量， 通常溶解有空气， 使得海水对金属具有强腐蚀性。 海水中的海生物会增 加海水中的含氧量， 还会释放 CO2等气体， 从而使周围海水酸化， 两者都将导致海水管系腐蚀速度加快。此 外， 影响腐蚀速度的还有海水的 pH 值。由于海水温度
5、、 溶氧量、 海水流速及海洋生物等诸多因素的变化对海 水腐蚀都会产生交互影响， 其腐蚀机理也较单一的腐蚀介质 （如盐水等 ） 引起的腐蚀复杂得多。 实际海水管路 的腐蚀形式多样： （1 ） 根据腐蚀的机理， 可分为电化学腐蚀、 化学腐蚀和物理腐蚀。 这几种腐蚀形式接触的介质不同。 化学 腐蚀是纯化学反应造成的， 接触的是非电解质； 物理腐蚀是因固体颗粒的物理溶解, 对金属引起的划伤磨损 破坏。电化学腐蚀是海水管路最普遍、 最常见的腐蚀种类,接触介质为电解质。 （2 ） 根据金属的腐蚀破坏特性， 金属腐蚀又分为均匀腐蚀和局部腐蚀。1局部腐蚀通常不易预测， 危险性 更大， 容易造成严重的事故。常见
6、的局部腐蚀有点蚀、 晶间腐蚀、 应力腐蚀、 湍流腐蚀及空泡腐蚀等。 从图 1-3 可分析出， 20# 无缝钢管主要是由海水的电化学腐蚀造成的， 还包括与机械作用等协同的电化 学腐蚀。 这几个图均表明， 海水管路及附件主要发生电化学腐蚀， 阳极金属铁失去电子的离子化， 海水中溶解 有氧， 不断在阴极吸收电子， 加速了腐蚀速率， 腐蚀厚度较大。海水腐蚀具有自身特征， 即除镁及其合金外所 有的结构金属材料在其中都发生氧去极化腐蚀 （吸氧腐蚀 ） 。2 图 1 中弯头处由于海水流向发生改变， 对弯头内壁有较大冲击力， 既加速了腐蚀产物的迁移， 又加剧了 电化学腐蚀， 造成有管壁明显变薄或有马蹄形蚀坑，
7、 甚至断裂， 即还发生了冲击腐蚀和湍流腐蚀。 图 2 法兰在 安装中， 螺栓上紧过程中可能存在受力不均， 连接处的焊缝也存在残余应力， 除了电化学腐蚀外还发生了应 力腐蚀等； 由于法兰、 螺栓、 钢管三者间为异金属连接， 存在小面积的阳极大面积阴极， 造成腐蚀加剧。 电化学 腐蚀一重要因素是面积效应， 增加阴极面积会加剧腐蚀， 增加阳极面积会减缓腐蚀。 由此可见， 管路的海水腐蚀种类繁多， 由于海水的电阻率低， 在金属表面容易形成微电池和宏观电池腐 蚀范围较广， 发生腐蚀种类也比较多， 同时存在均匀腐蚀和多种局部腐蚀。 2.2海水管系的腐蚀因素 2.2.1管系材质 管系材质的耐蚀性是影响海水管
8、系腐蚀破坏的主要因素,是管系的固有特性。 常用的海水管路材料耐蚀 性能递增顺序为： 钢、 镀锌钢、 铝黄铜、 铜镍合金、 70-30 铜镍合金。不同的材质在静水中的腐蚀速度3如表 1 所示： 表 1在静止水中金属的全面腐蚀速度(单位: 微米 / 年) 2.2.2海水流速 管系使用时， 海水在管内是流动的， 流速越高， 越容易发生紊流， 尤其是含盐量及含砂量高的海水， 会加 金属材料海水淡水金属材料海水淡水 蒙乃尔合金00硅青铜25-501 镍铝青铜合金25-500锰青铜25-501 铜镍合金2.5-12.50黄铜12.5-50- 铅12.50.5铜25-50- 锡青铜25-501铝青铜25-5
9、0- 镍铬钼合金00奥氏体铸铁50- 钛00钢铁125- 镍铬合金00铝合金25-75- 304， 316 型不锈钢00锌25- 侯淑芳，周志军：船舶海水管系的腐蚀问题及防止措施第期 77 剧管系的磨蚀和腐蚀： 其一对钢管内壁形成较大的冲刷作用力， 会冲刷掉金属表面的各种保护膜； 其二使空 气中的氧扩散到金属表面的流速加快， 使管壁处的氧供应量得到充分保证， 因而氧的去极化作用一直处于高 峰状态， 加剧了电化学腐蚀； 其三流速超过一定极限后， 与海水接触的管系表面不断地有空气泡或蒸汽泡形 成和破灭,其冲击压力很大， 形成气蚀， 加剧电化学腐蚀。总之， 海水流速越大， 管路腐蚀也就越严重， 腐蚀
10、速 度与静止状态相比,是显著增加。碳钢腐蚀速度与海水流速的关系3如表 2 所示： 表 2碳钢腐蚀速度与海水流速的关系 2.2.3管系结构及布置特点 管材连接时要安装大小头、 三通、 四通、 弯头等管子附件， 不全是同一管径直管。 海水流到这些地方， 容易 发生紊乱， 对管材内壁造成较大的冲击， 使得管子连接处出现不太规则形状的凹坑或管壁变薄的现象这些部 位容易出现局部腐蚀。船舶海水管系的腐蚀还直接受船舶海水管系连接方式的影响，管子一般采用法兰连 接， 焊接处焊缝要做特殊处理， 否则会加重腐蚀异金属接触也影响海水管道的腐蚀。 2.2.4管系的维护保养 管系的腐蚀问题与船员的维护保养密切相关， 船
11、员较差的维护保养技术是影响腐蚀的重要因素， 在海水 管路腐蚀初期， 不采取任何防腐措施放任管路腐蚀， 将造成腐蚀严重。 3防止措施 从分析腐蚀产生原因来看， 应当从尽可能采用耐腐蚀性能的材料， 控制管内海水流速， 改善施工工艺并 提高船员维护保养技能等方面着手。 目前绝大多数货船上采取的防腐蚀措施是采用阴极保护和阳极保护等， 都起到较好的防腐蚀作用。 3.1涂层保护 采用钢管热浸锌等方法，以在钢管内外表面形成一层覆盖层 的方式， 从而将被保护的钢管与腐蚀介质海水隔开， 来提高管系的 耐腐蚀性。 镀锌前管路一定要除锈除油彻底， 否则保护镀层容易脱 落。 比较试验前后的锌试样的情况 （如图 5 和
12、图 6 所示） ， 经过一 段时间的电化学腐蚀后，圆柱形锌试样的腐蚀产物用化学处理方 式已脱落， 表面腐蚀均匀， 颗粒较小不明显， 呈灰色， 有金属光泽， 因此能达到有效保护阴极钢材的性能要求。海水管路建议采用热浸镀锌的无缝钢管。 3.2电化学保护 常见的有阴极保护和阳极保护， 船舶海水管路更多的是采用前者， 即采用外加电流阴极保护， 将被保护 件管路本身接至电源阴极， 通以阴极电流， 阳极为一个不溶性的辅助件。 在阴极电流极化作用下， 被保护件处 于自身的电化学不均匀所致的原电池腐蚀和外加阴极电流的综合作用下，阴极极化电位降到和阳极电位一 样， 阳极电流为零， 阳极反应停止， 电化学腐蚀也就
13、停止。同时管壁产生部分气泡， 这与管系中的气泡方向相 反， 相互抵消， 使气蚀及空泡剥蚀大大减轻。根据提供电流的方式， 也可采用牺牲阳极法。 3.3控制流速 当流速达到或超过一定范围时, 冲击和空泡腐蚀加剧。 这样可以采用扩大管径， 加大弯曲半径等措施， 减 小流速的办法， 可大大改善管系严重腐蚀的情况。同时选用管材时， 要参照不同管材的最大流动速度值4， 如 表 3 所示： 表 3不同管材的最大流动速度 海水流速 （m/s ）01.03.04.56.07.5 腐蚀速度 （um/a ）125500740840880900 图 5 试验前的锌试样图 6 试验后的锌试样 管材材质钢镀锌钢纯铜铝黄铜
14、70-30 铜镍合金 允许最大流速 （m/s ）1.03.01.22.04.0 年78南通航运职业技术学院学报 3.4维护保养措施 在船舶运行过程中， 娴熟的高技术船员的正确维护保养也可大幅降低海水管路的腐蚀问题。 在维修过程 中， 换新管子时避免使用与原材料不同的管子， 并且在安装之前对新管子进行防腐处理， 可以采用刷防锈漆、 镀锌和刮胶等方式。 4结束语 针对目前货船海水管系腐蚀问题比较严重， 造成维修成本增多， 维修难度增高。全部采用耐腐蚀性能最 好的材料如钛来防止腐蚀问题是不可能的， 这是由多方面原因决定的。 要想完全解决船舶海水管系的腐蚀问 题， 必须清楚目前的管系腐蚀情况及腐蚀原因
15、， 因此， 我们要从设计过程、 施工安装过程、 海水流速、 经常航行 的海域海况及维护保护等多方面考虑海水腐蚀的综合预防。只有这样， 海水管系的腐蚀才能大幅度降低。 参考文献： 1 张承忠. 金属的腐蚀与保护M. 北京： 冶金工业出版社， 1997. 2 武玉增. 船舶海水管系管材腐蚀及防腐技术探讨J. 船舶， 2005(6)： 43-46. 3 曾晓燕， 陈金权. 船舶海水管系的腐蚀及其防护J. 交通部上海船舶运输科学研究所学报， 1997(20)： 47-53. 4 沈宏， 高峰， 张关根， 钱卫忠. 舰船海水管系选材及防腐对策J. 船舶工程， 2002(4)： 53-57. HOU Sh
16、u-fang, ZHOU Zhi-jun ( Dep. of Turbine Engineering, Nantong Shipping College, Nantong Jiangsu 226010 ) : The corrosion problem of marine sea water piping is the main factor having much to do with uti- lization and repairing cost. In this paper, the corrosion mechanism and characteristics are analysed. The main caus- es are inferred. Some anti-corrosion measures are proposed. : Sea water piping; the corrosion mechanism; Anti-corrosion measures 侯淑芳，周志军：船舶海水管系的腐蚀问题及防止措施第期 79