南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機工程系 高峰

遠洋船舶是一個大型鋼鐵結(jié)構(gòu)體，使用的鋼鐵并不是純金屬，而是由鐵、碳及其他金屬元素共同構(gòu)成的合金。船體鋼板結(jié)構(gòu)在海水中產(chǎn)生腐蝕是一種自然的電化學(xué)反應(yīng)，因為海水是一種導(dǎo)電性能很強的電解質(zhì)，會導(dǎo)致船殼表面電化學(xué)不均勻，從而形成無數(shù)對微電池。其中，鐵成為微陽極受到腐蝕，碳或其他金屬元素成為微陰極不受腐蝕。由于鐵不斷受到腐蝕，導(dǎo)致船體受到破壞，如果不采取適當?shù)谋Ｗo措施，后果相當嚴重。

鋼鐵在海水中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的陰極區(qū)是不受腐蝕的。船舶外加電流陰極保護裝置（Impressed Current Cathodic Protection，簡稱ICCP）就是根據(jù)這一特性使船體鋼鐵表面得到保護的。它是使用船上裝備的直流電源通過安裝在船體上并與之絕緣的輔助陽極對船體進行放電，施加保護電流，使其成為陰極并受到極化。電流越大，陰極表面積聚的電子越多，電位也就越負。當電位負到一定程度時，鋼鐵表面達到等電位，導(dǎo)致腐蝕的微電池作用趨于停止，此時鋼鐵的腐蝕現(xiàn)象被抑制，從而有效防止船體浸水部分的電化學(xué)腐蝕。

船舶外加電流陰極保護裝置在中國遠洋船舶上已使用近五十年，實踐證明這種技術(shù)延長了船舶的營運壽命，減少了船舶維護和維修的費用，取得了良好的防腐蝕效果，經(jīng)濟效益非常明顯。然而在航海類院校，無論是輪機管理專業(yè)還是船舶電子電氣技術(shù)專業(yè)，在校學(xué)習的教材并未介紹這方面內(nèi)容，有關(guān)設(shè)備的組成、操作使用方法、維護和保養(yǎng)注意事項很少，一旦出現(xiàn)問題將難以分析和解決，影響設(shè)備功能的正常發(fā)揮。因此，作為船舶機電管理人員亟需這方面的知識。

一、主要部件功能及規(guī)格

2014年鎮(zhèn)江造船廠交付給伊拉克巴格達港務(wù)公司1200 t 油輪，該輪的外加電流陰極保護系統(tǒng)是由恒電位儀、輔助陽極、參比電極、陽極屏蔽層、軸及舵接地等裝置組成。

1.恒電位儀

功能：恒電位儀是船體外加電流陰極保護系統(tǒng)中最重要的組成部分，它能自動調(diào)節(jié)保護電流大小，使船體水下部分一直處于保護狀態(tài)。因此，儀器性能直接影響保護效果。恒電位儀采用集成模塊電路，所有控制元器件均安裝在控制箱內(nèi)，與主件的連接由插件完成，提高了儀器的穩(wěn)定性和可靠性，而且維修管理十分方便。

規(guī)格：輸入220V/50Hz/1P，輸出40A/16V1 臺。

2.輔助陽極

功能：輔助陽極與直流電源（恒電位儀）正極相連，安裝在船體（殼）外弦，經(jīng)海水介質(zhì)向船體施加保護電流。

規(guī)格：鈦基輔助陽極CYY-20 型20A/只，2 只。

3.參比電極

功能：在外加電流陰極保護系統(tǒng)中，參比電極的作用是測量被保護對象的電位，并向恒電位儀提供設(shè)定保護電位與實測電位之間的比較信號，使船體始終處于保護電位，因此要求參比電極應(yīng)當是可逆的不極化電極，在長期使用中保持性能穩(wěn)定，準確，靈活和堅固。

規(guī)格：鋅參比電極CCZ-2 型，2 只。

4.陽極屏蔽層

功能：在外加電流陰極保護系統(tǒng)通電時，從輔助陽極排出的電流量很大，陽極周圍的陰極電位勢必很低，為使輔助陽極輸出的電流能均勻地分布于船體，必須在其周圍一定范圍內(nèi)涂刷與鋼板附著力強、絕緣性能優(yōu)良、耐堿耐海水性能較好的陽極保護涂層——陽極屏蔽層。其材料采用環(huán)氧系膩子型材料，其耐電位性最好，其涂刷的范圍取決于輔助陽極輸出電流的大小。

規(guī)格：8910N 型陽極屏蔽層涂料。

5.軸接地及舵接地裝置

功能：設(shè)置軸接地裝置是為了保證船舶推進器（即螺旋槳）與船體之間有很好的導(dǎo)電性能，保護推進器不受腐蝕，在推進器軸上安裝金屬潤環(huán)和電刷。

規(guī)格：軸接地裝置2 套，軸直徑約225 mm。

二、恒電位儀的操作使用

1.恒位電儀的特點

首先，采用全系列集成模塊電路，減少了接點和控制按鈕，提高了可靠性和穩(wěn)定性，操作、維護和修理工作簡化，可長時間穩(wěn)定工作，無需調(diào)整；其次，采用3 塊高阻抗數(shù)字表分別獨立顯示給定電位/參比電位、輸出電壓和輸出電流，儀器的輸入阻抗達到10 MΩ，電位的測量精度大大提高；另外，恒電位儀具有誤差自動轉(zhuǎn)換功能，當陰極保護系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動轉(zhuǎn)換到本儀器設(shè)定的恒流或手空擋上，同時發(fā)出聲光報警；最后，該儀器設(shè)有防輸入輸出端過載和短路故障的保護電路，提高了儀器的安全性。

2.主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)參見表1。

表1 恒位電議主要技術(shù)參數(shù)

3.工作原理

系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。

圖1 外加電流陰極保護電路框圖

本電路主要由電源、放大、觸發(fā)、超差檢測及主回路組成。整流橋整流后產(chǎn)生正負17 V 的直流電壓，經(jīng)集成穩(wěn)壓后為±12 V 穩(wěn)壓直流，對放大電路提供工作電源；同時±12 V 降壓至±6 V，正6 V 作為手控電壓輸出，負6 V 經(jīng)W1 手控調(diào)節(jié)分壓后送出±2 V 的電壓，作為給定電壓；放大電路由模塊M1 分別完成恒電位、恒電流、主放、限流及保護等多項功能；超差檢測由專用SF-300 三相觸發(fā)器提供。

4.使用方法

（1）開機前的準備

按說明書將其與外部設(shè)備相連，確保準確無誤；將“功能選擇開關(guān)”K3 置“手控”位置，并將W1 電位器逆時針方向旋足，W2 恒電流、W3 恒電位兩個電位器逆時針方向旋足后再順時針方向旋2～3 圈。

（2）開機

手動控制：置“電源開關(guān)”K1 于ON，并置“電流輸出開關(guān)”K5 于ON。順時針旋“手控”電位器W1，使輸出電壓、電流逐漸上升（如有跳變，說明相位不對，將電源輸入的任意兩線對換即可），其輸出電流值設(shè)定以參比電極反映值為依據(jù)，至保護電位值為止。將“電位測量開關(guān)”K6置“參比”檔上，可顯示相應(yīng)的參比電位值。

自動控制：完成上述步驟后，將“功能選擇開關(guān)”K3置于“恒電位”，“電位測量開關(guān)”K6 置于“給定”，順時針方向調(diào)節(jié)恒電位電位器W3，使給定電位逐漸上升至所要求的保護電位值。切換“電位測量開關(guān)”K6 至參比1，參比1 電位值應(yīng)跟隨給定電位值。將“功能選擇開關(guān)”K3置于“恒電流”，“電位測量開關(guān)”K6 置于“參比”，順時針方向調(diào)節(jié)恒電流電位器W2，使電流逐漸上升至所設(shè)的保護電位，該電流不受輸入電源壓及輸出負載等諸因素影響。

5.注意事項

首先，設(shè)備的電源引入應(yīng)注意電壓值和容量；其次，外殼必須接地。上述“手控”與“恒電流”調(diào)整時超差繼電器會動作，超差燈會亮，屬正?，F(xiàn)象。“手控”調(diào)整時儀器可能會從“恒電位”變?yōu)椤昂汶娏鳌保ňG燈跳到紅燈）也屬正?，F(xiàn)象，這是由于調(diào)節(jié)值和參比電位形成誤差引起的，但此時仍屬手控工作狀態(tài)。當參比電極不能正常工作時，應(yīng)換成“恒電流”或“手動”工作狀態(tài)，電流值的設(shè)定以初始的預(yù)設(shè)值為依據(jù)參考，電流值應(yīng)小于儀器的額定電流值。再次，儀器調(diào)試結(jié)束后，建議將“電位測量開關(guān)”K6設(shè)定在參比1 上，這有利于平時對保護電位值的觀察。最后設(shè)備應(yīng)置于通風良好、無腐蝕性氣體環(huán)境中，并且應(yīng)定期觀察，清灰保養(yǎng)。

三、外加電流陰極保護裝置的維護

船舶外加電流陰極保護系統(tǒng)最主要的技術(shù)參數(shù)是“保護電位”，該船船體鋼板的保護電位范圍為0.05～0.25 V。在正常使用條件下，隨著海水鹽度、航速等環(huán)境因素變化，輸出的電流、電壓會隨著時間而提高，提高的幅度取決于船體水下涂層剝落和損壞的程度，這些變化是正常的，并不是設(shè)備故障。

1.常規(guī)檢查

預(yù)防性的檢查維修可延長設(shè)備的使用壽命，減少因更換故障元器件而關(guān)機的必要。因此，有必要定期對設(shè)備進行常規(guī)檢查。

恒電位儀：檢查電源及其他連接情況，尤其是各接地點的連接情況，看這些點是否有脫線或腐蝕。對于輔助陽極，每半年要檢查一次船殼電極開孔部位情況，在船內(nèi)打開電極水密罩蓋，水密罩內(nèi)應(yīng)無水；檢查電纜接頭是否松動。對于參比電極，不需任何特別的保養(yǎng)，每半年檢查參比電極到恒電位儀連接電纜狀態(tài)即可。在艙內(nèi)打開參比電極的水密罩蓋，檢查有無損壞。對于舵接地要每周檢查舵接地電纜一次，排除任何機械損壞，保障舵柄和船殼間的良好電接觸。對于軸接地要每周檢查一次接地組件的清潔狀態(tài)。滑環(huán)上不能有任何油污或其他雜物，以保證電刷與其良好接觸。檢查電刷、連接電纜以及刷握的接地情況。為確保該系統(tǒng)正常運行，要經(jīng)常檢測其性能指標，建議每天對運行數(shù)據(jù)給予記錄，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。

表2 船舶外加電流陰極保護裝置的常見問題、產(chǎn)生原因和解決方法

2.塢修檢查

船舶進塢后，首先要檢查輔助陽極及參比電極的物理狀態(tài)，確認電極完好無損，在艙內(nèi)打開水密罩，檢查有無滲水現(xiàn)象，并檢查接頭有無松動或腐蝕。船舶進塢后，還應(yīng)檢查每個陽極周圍的陽極屏蔽層，看是否有剝落，如果剝落的面積小，則手工打磨剝落部位直到露出鋼板基體；如果剝落的面積大，則鏟除整塊陽極屏蔽層，按新裝時的要求重做陽極屏蔽層。

四、常見問題及解決方法

船舶外加電流陰極保護裝置適用于大、中型船舶，是一種成熟有效的船體防腐蝕保護方法，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但盡管這種裝置具有電流可調(diào)、壽命較長、經(jīng)濟效益較高等一系列優(yōu)點，同時也存在需要專人維護、在易燃易爆環(huán)境中使用受限制及安裝較為復(fù)雜等缺點，再加上船舶經(jīng)常處于搖擺、振動、高溫等惡劣環(huán)境中，難免會發(fā)生故障，從而影響使用效果。了解常見問題及解決方法對于船舶管理人員來說非常重要，具體信息如表2 所示。

五、結(jié)語

船舶外加電流陰極保護技術(shù)的研究和開發(fā)在國外已有近百年的歷史，隨著造船業(yè)的飛速發(fā)展，這種裝置在中國也取得了長足的進展。因此，熟悉它的組成、使用方法、維護和保養(yǎng)注意事項及常見問題的解決辦法對于航運企業(yè)機務(wù)及船員來說都是非常重要的。

[1]GB/T 3108-1999 船體外加電流陰極保護系統(tǒng).

[2]《陰極保護手冊》（[德]貝克曼，第3版），化學(xué)工業(yè)出版社ISBN：9787502565305.

[3]朱萬武,許楊溢.船體外加電流陰極保護的應(yīng)用[J].廣東造船,2011:55-58.