导读

海洋船舶冷却水系统主要包括管路系统与热交换系统。

用海水作冷却水时，由于海水属于强电解质，因而对管路系统和热交换系统有着强烈的腐蚀作用。

在此过程中，有许多影响腐蚀的因素，如异种金属的接触、海水的紊流、焊接而残留的应力、各部的温差、高温及海水中的溶解氧与微生物等，这些因素的存在加速了海水对冷却系统的腐蚀，因而导致冷却系统出现各种故障，尤其使热交换系统冷却效率严重下降，导致生产能力下降。

要防止腐蚀，可采用涂料、缓蚀剂及阴极保护等方法。

涂料多用于大管径管路中，并多与阴极保护联用；

缓蚀剂由于经济问题，只适用于小流量的闭式循环系统中，开式系统较少用；

阴极保护防腐蚀法，不论单独使用或是与涂料联合使用，都有非常显著的防腐蚀效果。

一、冷却系统的阴极保护原理及方案选择

目前船舶海水冷却系统多采用阴极保护法，所谓阴极保护是通过降低冷却水管路系统和热交换系统与海水接触的金属的腐蚀电位，使其达到金属腐蚀速度显著减小的电位值而达到的电化学保护[1]。

当外加阴极电流时，金属阴极极化，使金属的腐蚀电位向负方向移动（降低），当电位达到金属的初始阳极电位时，腐蚀速度为零。

这一外加阴极电流可以用电位较负的牺牲阳极使它阴极极化，也可以用外加直流电使它阴极极化，相应地称为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护法。

牺牲阳极保护法就是选择电位较负的金属材料，在电解液中与保护的金属相连，依靠其自身腐蚀所产生的电流来保护其它金属的方法。

这种为了保护其它金属而自身被腐蚀溶解的金属或合金，就被称之为牺牲阳极。

常用的有铝合金，锌合金，镁合金等。

外加电流阴极保护法，是通过外加电源来提供所需的保护电流。

将被保护的金属作阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被保护金属受到保护的方法。

阴极保护法不仅能解决管路系统的泄漏问题，而且可以解决海水对热交换系统的的腐蚀问题。

牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法在船舶冷却水系统应用并没有严格的界限，主要考虑应用哪种方法性能更可靠，经济更合理，安装更方便，维护更简单。

一般说来，对直径小于Φ325mm的管道多采用外加电流阴极保护法，对于直径小于Φ108mm的管道多采用环状牺牲阳极进行保护更可靠，防腐蚀效果更显著。

对热交换系统主要考虑水箱的大小和冷凝管的材质选择合理的防腐蚀方法。

在船舶冷却水系统中多采用牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护联合保护进行电化学防腐蚀。

二、冷却水系统阴极保护的注意事项

随着人们对腐蚀问题的重视，采用外加电流阴极保护技术对船舶管道系统进行保护的应用越来越多，已取得了不少成功的应用经验，但还有不少问题有待研究，以便进一步完善船舶管路系统的外加电流保护技术。

1、阴极保护选材的问题

阴极保护选材主要是指辅助阳极材料的选取和参比电极材料的选取。

目前，辅助阳极在海水环境中应用比较多的材料为铂钛、铂铌、混合金属氧化物、高硅铸铁等材料。

混合金属氧化物价格相对比较便宜，不耐冲刷，一般用于安装量大、海水流速比较低，易于更换的场合和系统；

铂钛、铂铌结合为冶金结合，相对耐冲刷，寿命较长，适用于高流速、泥沙含量高、不宜经常更换的的场合。

海水中常用的参比电极有银 / 氯化银、锌合金、高纯锌参比电极。

前者具有电位稳定，电位响应速度快，漂移小等诸多优点，但由于电极体积较小，工程中受意外因素影响较大，经常出现意外损坏，锌合金、高纯锌材料参比电极可以做成较大体积，因此可提高外加电流保护系统的安全可靠性。

在海水工作系统中究竟选择何种材料做电极要根据工程项目的具体情况而定，要做到技术可靠，运行良好，经济可行。

2、系统阴极保护的均衡性问题

阴极保护的均衡问题，就是使保护电流分布的更均匀，使每一个点的电流基本相同，因而保护电位也相同。

单纯靠设计很难准确地达到对各部分保护的均衡，考虑到会出现这种情况，并考虑到系统以后的检修，我们对所设置的所有辅助及参比电极均采用独立的电缆，通过分线箱最终将阳极、参比、汇流及测量电缆引入控制电源。

这种设计，可以对系统各部分保护的均衡进行调整。

3、海水流速对管道的腐蚀影响

我们知道，管路中海水的流速不同，其对金属材料的腐蚀速率也不同。

对一般碳钢来说，流速高，腐蚀较重，而流速小，则腐蚀较轻。

这是因为碳钢在海水中的腐蚀速度受溶解氧的扩散速度控制，流速越大，扩散层厚度越小，氧的极限扩散电流密度就越大，相应地腐蚀速度也越大。

同时也表现于钙镁垢层的沉积上，流速越高，泥沙含量越大，钙镁垢层越难以沉积，初极化时间越长，达到保护的过程越长。

在阴极保护情况下，海水流速不同，所需保护电流密度也不同，这是由于流速影响了金属材料的电极电位，要维持最小保护电位所需外加电流值将随流速增大而增加。

表1列出了裸钢在不同海水流速下的阴极保护电流参数。

通常海水流速增加，金属材料的腐蚀电位向正方向移动，而在异金属接触腐蚀情况下，海水流速增加，可使偶对中阳极材料的腐蚀加剧。

所有这些，我们在进行海水管道系统外加电流阴极保护设计时都必须加以考虑。

4、辅助阳极的有效保护距离问题

对于不同大小的管道，同种辅助阳极的保护距离是不同的，一般说来，管径大，则辅助阳极发出的电流可传得远些，有报道说，对直径Φ108mm 的海水输送管道进行外加电流保护时，阳极的布置间距选择3~5m是可行的；

反之，辅助阳极所发出的电流传得要近些。

在相同距离的前提下，管径大需保护电流要大些，管径小，所需保护电流较小。

同时，阳极屏蔽层对有效保护距离的影响是十分大的。

我们做过这样一个现场试验，直径Φ 108mm 的管道，有阳极屏和裸管相比，保护距离可增加5倍的管径。

可见阳极屏是阴极保护中不可缺少的组成部分。

对于一个复杂的单纯管道系统，进行外加电流阴极保护设计时，须根据各种管道的大小、海水的有关参数、辅助阳极的发生电流量等因素，去综合考虑辅助阳极在系统中的布置，辅助阳极对管道的有效保护距离，可通过有关数值计算得出相关结论，再通过模拟试验加以验证，最终确定合适的布置距离。

对复杂的管路系统，由于管路系统中连接设备较多，而设备材质又是各种各样的，使得管道腐蚀速率远大于单纯的海水腐蚀，因此我们必须考虑设备对管道的影响，即需要多大保护电流、设备对电流的屏蔽、控制怎样的电位等问题。

由此可见，只有在做了大量的研究和应用工作，取得了相关的数据之后，才能对一个海水管道系统做出科学合理的阴极保护设计。

三、 结论

阴极技术对于船舶冷却水系统的腐蚀防护是相当有效的，目前还存在不少有待解决的问题，在实际工作中应引起防腐蚀工作者的重视。

参考文献

[1] 朱相荣，王相润等编著. 金属材料的海洋腐蚀与防护[M]. 北京：国防工业出版社，1999.

[2] 汪国平，洪栋煌. 船舶与钢结构的涂装及防蚀技术[M]. 北京国防工业出版社，1993.

[3] 周本省. 工业冷却水系统中金属的腐蚀与防护[M]. 北京：化学工业出版社，1993.

[4] [美]F.W.芬克 W.K 博伊德. 海洋环境下中金属的腐蚀. 1976.

[5] 周泓仁. 介绍几种辅助阳极[J]. 腐蚀与防护，1986.4.

[5] 夏定健，外加电流阴极保护辅助阳极[J]，全面腐蚀控制，2005，19(2):38-41.

免责申明：本文来自船机帮；仅代表作者观点，不代表中国海员之家立场。其真实性及原创性未能得到中国海员之家证实，在此感谢原作者的辛苦创作，如转载涉及版权等问题，请作者与我们联系，我们将在第一时间处理，谢谢！联系邮箱：cnisu@54seaman.com