張鵬鷹

摘 要：管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造質(zhì)量是衡量整船質(zhì)量的重要指標(biāo)。管路系統(tǒng)的防腐是船舶管舾裝的重點(diǎn)之一，不僅涉及管路本身，同時(shí)會(huì)影響到與之相連接的閥門、設(shè)備及船體。進(jìn)一步會(huì)影響到船舶的正常使用。該文從工程實(shí)踐出發(fā)，將防腐的理論應(yīng)用到工程實(shí)踐中，提出了防腐措施，起到了良好的防腐效果。

關(guān)鍵詞：船舶 管路 防腐

中圖分類號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0020-02

1 腐蝕分類及機(jī)理

金屬的腐蝕一般分為兩類：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指在不導(dǎo)電的介質(zhì)中（如油、石油、有機(jī)物的溶液等），金屬的破壞過程。金屬表面會(huì)形成金屬化合物簿膜，在一定程度上保護(hù)著金屬?；瘜W(xué)腐蝕對(duì)金屬的破壞速度取決于：金屬與氧的相互作用程度和生成金屬化合物簿膜的性質(zhì)（穩(wěn)定性，緊密程度、與金屬的結(jié)合強(qiáng)度等）。最主要的化學(xué)腐蝕形式是氣體腐蝕，也就是金屬的氧化過程（與氧的化學(xué)反應(yīng)），或者是金屬與活性氣態(tài)介質(zhì)（如二氧化硫、硫化氫、鹵素、蒸汽和二氧化碳等）在高溫下的化學(xué)反應(yīng)。

電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)接觸時(shí)，金屬的破壞稱作電化學(xué)腐蝕。金屬電化學(xué)腐蝕是原電池作用的結(jié)果。在自然條件下（如海水、地下水、潮濕大氣、酸雨等）對(duì)金屬的腐蝕通常是電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕與純化學(xué)腐蝕機(jī)理的基本區(qū)別是：化學(xué)腐蝕是根據(jù)化學(xué)的多相反應(yīng)機(jī)理，金屬表面的原子直接與反應(yīng)物（如氧、水、酸）的分子相互作用。金屬的氧化和氧化劑的還原同時(shí)發(fā)生的。電子從金屬原子直接轉(zhuǎn)移到接受體，而不是在時(shí)間和空間上分開獨(dú)立進(jìn)行的共軛電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕時(shí)，介質(zhì)與金屬的相互作用被分為兩個(gè)獨(dú)立的共軛反應(yīng)。陽極過程是金屬原子直接轉(zhuǎn)移到溶液中，形成水合金屬離子或溶劑化金屬離子；另一個(gè)共軛的陰極過程是留在金屬內(nèi)的過量電子被溶液中的電子接受體或去極化劑接受而發(fā)生還原反應(yīng)。

2 船舶管系腐蝕分類

（1）大氣腐蝕：當(dāng)空氣的濕度足夠大時(shí)，在金屬表面生成一層簿水膜，或在一定的空氣濕度下，空氣與金屬間具有適當(dāng)?shù)臐穸?，金屬表面?huì)凝結(jié)水，在水膜或凝結(jié)水的作用下發(fā)生的腐蝕，這種腐蝕發(fā)生在空氣從外面冷卻的表面上或內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。（2）海水腐蝕：海水中含有多種鹽類成分，是一種電解質(zhì)。在其全浸、局部浸入和間浸條件下，在靜止和不同流速條件下，在溶解氧含量不同和不同溫度條件下，發(fā)生的腐蝕。如水下部分的外表面腐蝕和管道內(nèi)表面腐蝕。（3）電腐蝕：在電解質(zhì)溶液（如海水）中，有雜散電流通過金屬表面引起的腐蝕。如碼頭安裝或漂浮修理時(shí)，供電線路不合理或船舶停泊的水域內(nèi)有雜散電流，造成局部腐蝕。（4）接觸腐蝕：由于浸在電解液中的不同金屬所構(gòu)成的宏觀腐蝕電池的作用而引起的。或金屬本身的不均勻性，產(chǎn)生無數(shù)個(gè)微電池。在微電池陽極區(qū)產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕。（5）縫隙腐蝕：在電解質(zhì)的作用下，相聯(lián)結(jié)的金屬之間或金屬與非金屬材料之間的狹窄縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕。如不緊密的鉚接處、法蘭的連接處、墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，剝離涂層的下面及密封裝置邊緣下面都會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕。它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn)。（6）應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕介質(zhì)的張應(yīng)力（靜應(yīng)力或交變應(yīng)力）的聯(lián)合作用下發(fā)生的腐蝕。在靜應(yīng)力作用下，金屬會(huì)產(chǎn)生脆性破毀（腐蝕開裂）；在交變應(yīng)力作用下，疲勞極限與其在空氣中的數(shù)值比，通常要下降（腐蝕疲勞）。應(yīng)力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的裂縫，且裂縫發(fā)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重破壞。裂縫的形態(tài)有沿晶界發(fā)展和穿晶破裂或其混合型。應(yīng)力腐蝕有兩個(gè)基本條件：一是材料對(duì)介質(zhì)具有應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性；二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力可來自工作應(yīng)力，也可來自殘余應(yīng)力。（7）磨損腐蝕：由于腐蝕介質(zhì)與金屬表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。引起金屬的加速破毀與磨損。是由磨損與腐蝕聯(lián)合作用下引起的。流速是引起磨損腐蝕的重要原因。高速液體對(duì)管壁或設(shè)備的沖刷，對(duì)保護(hù)層進(jìn)行了破壞如高壓減壓閥中的法頭和法座，離心泵的葉輪，風(fēng)機(jī)中的葉片等）。（8）空泡腐蝕：指流體高速流動(dòng)，產(chǎn)生紊流，在管路內(nèi)負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生的氣泡受到壓縮，并在高的內(nèi)壓下破裂，對(duì)周圍金屬產(chǎn)生連續(xù)激烈的錘擊，并與其他腐蝕共同作用導(dǎo)致管路損壞。即以空泡的機(jī)械破壞為主，其他腐蝕為輔的綜合腐蝕類型。（9）生物腐蝕：在某些生物（如海藻、牡蠣等海洋生物）和微生物生命活動(dòng)產(chǎn)物影響下發(fā)生的腐蝕（如海洋生物附著在船體表面，將使未被覆蓋處加速腐蝕）。（10）晶間腐蝕：局部腐蝕的一種，沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶間雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在，晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。表面仍保留一定的金屬光澤（通常出現(xiàn)于黃銅、鋁合金和一些不銹鋼、鎳基合金中）。（11）點(diǎn)蝕：經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上，由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如cl-）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫒毕萏幰茁冻鰴C(jī)體金屬，使其成活性化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就形成活性—鈍性腐蝕電池，由于陽極面積比陰極面積小的多，陽極電流密度很大，所以腐蝕往深處發(fā)展，金屬表面很快就被腐蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱為點(diǎn)蝕。

3 船舶常用管材

（1）20#鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，常用管材。（2）1Cr18Ni9Ti：普通不銹鋼，其組織離別為奧斯體型，用于制作耐酸容器，具有較好的耐晶間腐蝕性（淘汰產(chǎn)品，不推薦鋼種），工藝措施，防止過熱、快焊快冷、使碳來不及析出。（3）316：（06Cr17Ni12Mo2）較304具有更好的抗氯化物腐蝕能力，耐海洋和侵蝕性工業(yè)大氣的侵蝕。不銹鋼管子不宜熱彎，在大量含有氯離子的介質(zhì)中易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。（4）316L：316L（含鉬不銹鋼022Cr17Ni12Mo2）對(duì)于海水有較強(qiáng)的耐腐蝕性。奧斯體不銹鋼的衍生鋼種。擁有優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕能力，可以安全地應(yīng)用于含cl﹣等鹵素離子環(huán)境。沒有任何一種不銹鋼是超級(jí)無敵的不銹鋼。不銹鋼是雜質(zhì)較多的鋼（不過這些雜質(zhì)都比鋼具有耐腐蝕性），是鋼就可以和其他物質(zhì)反應(yīng)。（5）紫銅管：含銅99.5%以上純銅拉制或擠制而成，具有良好的塑性和耐蝕性，不適用高溫高壓系統(tǒng)，用于壓力表管，海水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等。（6）黃銅管：由銅基合成構(gòu)成，強(qiáng)度和韌性稍大于紫銅管。抗海水和大氣腐蝕能力強(qiáng)，一般用于熱交換器和傳話管。（7）鎳銅管：B10管具有良好的熱交換性和優(yōu)良的耐海水腐蝕性，抗拉強(qiáng)度高、升長(zhǎng)率低、塑性差、冷彎曲成型時(shí)成型能力差，不能彎曲成型大角度彎曲件。（8）鈦合金管：優(yōu)于無縫管和紫銅管，鈦合金管對(duì)氯化物、硫化物和氨具有較高的耐腐蝕性。鈦在海水中的耐蝕性比鋁合金、不銹鋼、鎳基合金還高。耐水沖擊性能也較強(qiáng)。對(duì)鈦及鈦合金來說，縫隙腐蝕是最應(yīng)關(guān)注的腐蝕現(xiàn)象。（9）鋁合金管：重量輕、耐腐蝕、塑性好、易加工，可用于低壓場(chǎng)合，如燃油管、滑油管、冷卻水管等。輕型快艇常用。（10）HDR雙相不銹鋼：由約50%奧斯體和約50%鐵素體雙相組成，因而有了奧斯體不銹鋼的韌性和鐵素體不銹鋼的耐氯化物應(yīng)力腐蝕的性能，既有很高的機(jī)械性能又有良好的焊接性能和耐海水腐蝕性能。endprint

4 海水腐蝕特點(diǎn)

海水是典型的電解質(zhì)溶液，其腐蝕有如下特點(diǎn)：（1）中性海水溶解氧較多，除鎂及其合金外，絕大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)材料在海水中的腐蝕都是由氧的去極化控制的陰極過程。一切有利于供氧的條件，如海浪、飛濺、增加流速，都會(huì)促進(jìn)氧的陰極去極化反應(yīng)，促進(jìn)金屬的腐蝕。除鎂及其合金既有耗氧腐蝕又有析氫腐蝕外，其它金屬都屬于耗氧腐蝕。（2）由于海水的電導(dǎo)率很大，海水腐蝕的電阻性阻滯很小，所以海水腐蝕中金屬表面形成的微電池和宏觀電池都有較大的活性。海水中不同金屬接觸時(shí)很容易發(fā)生電偶腐蝕。（3）因海水中氯離子含量很高，因此大多數(shù)金屬，如銅、鋼、鑄鐵、鋅、等，在海水中時(shí)不能建立鈍態(tài)的。只有少數(shù)易鈍化金屬（如鈦、鋯、鈮、鉭等）才能在海水中保持鈍態(tài)。海水腐蝕過程中，陽極極化率很小，因而腐蝕速率相當(dāng)高。（4）海水中容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。海水中的鹽類、溶解氧、海洋生物、腐爛的有機(jī)物、海水的溫度、流速和pH值等都對(duì)海水腐蝕有很大的影響。微生物的生理作用會(huì)產(chǎn)生氨、二氧化碳、硫化氫等腐蝕物質(zhì)，會(huì)加速金屬腐蝕。在高速水流中易產(chǎn)生沖擊腐蝕和空蝕。

5 影響海水管路腐蝕的重要原因：

（1）材料的影響。（2）腐蝕環(huán)境特點(diǎn)的影響。使用期間，流動(dòng)海水沖刷作用；停泊期間，有機(jī)物的沉積或受污染海水作用。（3）海水流速的影響。海水在管中流動(dòng)，加速了管路的腐蝕與磨損，對(duì)于船舶的海水管來說，海水流速越大，管系腐蝕程度也越嚴(yán)重，而且其腐蝕程度與靜止?fàn)顟B(tài)相比，成倍或幾十倍地增加。（4）氣蝕：管路由于海水的擴(kuò)散、旋渦、流道過窄及振動(dòng)，在流體中形成低壓區(qū)，在金屬管壁和海水的界面上，由于無數(shù)的氣泡不斷破裂使管壁產(chǎn)生機(jī)械損傷而形成氣蝕。由于氣蝕的存在，管壁產(chǎn)生了馬蜂窩狀的麻孔。（5）管道構(gòu)型是影響海水管道腐蝕行為的重要因素。流體容易紊亂的地方最容易發(fā)生沖擊腐蝕，如分流處、匯流處、彎管處、管徑變換處等。在同樣海水流速下，直管部分可能遭受全面均勻腐蝕。而在上述地方可能發(fā)生明顯的馬蹄形蝕坑或管壁明顯變薄。海水管道連接方式嚴(yán)重影響海水管道的腐蝕。管子連接之間的縫隙處因易縫隙腐蝕而破損。管子連接處的下段易形成湍流而破損。異種金屬接觸也影響海水管路的腐蝕。（6）海生物的影響：海生物的存在，一是使水中含氧量增加；二是海生物活動(dòng)中放出二氧化碳或殘余海生物分解出H2S，從而使周圍海水酸化，二者都導(dǎo)致海水管系腐蝕速度增加。不同的金屬和合金在海水中被海生物污染的程度是不同的。銅及其合金被海生物污染的速度比鋼被海生物污染的速度要小得多。

6 管路防腐措施

根據(jù)介質(zhì)的不同和使用環(huán)境對(duì)管路材質(zhì)合理選用，淡水管系一般是鍍鋅管和不銹鋼管，熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)特點(diǎn)。冷鍍鋅即電鍍鋅，鍍鋅量很少，其本身的耐腐蝕性與熱鍍鋅管相差很多。淡水管系應(yīng)采用熱鍍鋅管和不銹鋼管。對(duì)于鍍鋅管盡量減少焊接接口，特別是對(duì)接焊，同時(shí)需氬弧焊打底，以保證管路內(nèi)壁鍍鋅層質(zhì)量。

燃油與滑油管一般是鋼管，對(duì)于燃油系統(tǒng)采用耐油橡膠或金屬管，要求金屬管路是非鍍鋅管或非鍍銅管。對(duì)于燃油低壓管路，不能使用帶有銅、鋅、鉛或者銅合金。管路外表面容易腐蝕。防腐涂料及涂裝質(zhì)量對(duì)管路外表面防腐極其重要。對(duì)于燃油駁運(yùn)管，由于燃油中可能含有海水，在長(zhǎng)時(shí)間不導(dǎo)油的情況下容易引起管路內(nèi)壁的腐蝕，需在使用過程中定期輸油。

海水系統(tǒng)腐蝕部位一般為管系拐角處、海底門處、泵的出口處、低溫水冷卻器海水管出口處。海底門處要安裝防腐電極，海底吹除管要布置合理，泵的進(jìn)出口、低溫水冷卻器海水管出口處要安裝撓性接頭，與主機(jī)連接的海水管也可用碳鋼噴塑管連接，以避免對(duì)主機(jī)的腐蝕。

不銹鋼管路可能與銅質(zhì)閥門連接、鈦合金管也可能與鋼質(zhì)船體、鋁質(zhì)船體或銅質(zhì)閥門連接，管路通過穿艙管件穿艙。當(dāng)管路、設(shè)備內(nèi)部或外部有海水時(shí)，就會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，負(fù)電位的金屬遭到快速腐蝕溶解。固定在船體上的異種金屬管路要采用電絕緣吊架，海水管路與異種金屬閥門、設(shè)備相連時(shí)要進(jìn)行電絕緣處理。外部可能有海水的部位穿艙管件的選取要避免管路對(duì)船體的腐蝕。滿墊的采用會(huì)減小縫隙腐蝕。

鈦及其合金輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度、在海水中和海洋大氣中不腐蝕。因鈦及其合金與氧有很高的親合力，容易生成氧化膜，即使受到機(jī)械損壞能很快修復(fù)。5083鋁合金在海水中的腐蝕速率較大。5083鋁合金不能與鈦合金偶接，容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。鈦合金和5083鋁合金共同弱點(diǎn)是表面硬度低、耐磨性差。5083鋁合金與鈦合金在海水及海洋環(huán)境中使用，需對(duì)管子進(jìn)行表面微弧氧化?？梢源蠓忍岣吡瞬牧媳砻娴挠捕群湍湍p性能。

各種管系放樣過程中，管系轉(zhuǎn)彎處盡量轉(zhuǎn)大彎，避免急彎。以消除或減小空泡腐蝕，同時(shí)減小流體引起振動(dòng)與噪音。要嚴(yán)格控制液體的流速，減小磨損腐蝕。管路表面處理不能留有死角，管路清洗要到位。在管路內(nèi)場(chǎng)制作在管路安裝過程中，對(duì)于連接不平準(zhǔn)的管路不能進(jìn)行強(qiáng)制安裝，以防造成結(jié)構(gòu)變形和管子損壞，同時(shí)避免應(yīng)力腐蝕。防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從減少腐蝕和消除應(yīng)力兩方面采取措施。

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