黎 峰 晉文菊 張明杰

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

0 前言

某輪在投入運(yùn)營(yíng)后，首次進(jìn)塢檢驗(yàn)時(shí)，被發(fā)現(xiàn)其水下部分船體外板和附體均出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕。與該輪同系列的后續(xù)船首次進(jìn)塢檢驗(yàn)時(shí)也都發(fā)現(xiàn)了類似的腐蝕情況。主要腐蝕特征如下：

1）船底板、舷側(cè)外板、舭部出現(xiàn)大面積的潰瘍狀、條狀腐蝕區(qū)，伴隨有大量點(diǎn)狀、深坑狀腐蝕點(diǎn)，部分坑蝕深度超過(guò)5mm，坑口呈圓形、銳邊、坑內(nèi)光亮。

2）尾軸出口處有一圈塊狀腐蝕區(qū)，邊緣局部腐蝕剝落；尾柱后端銳角邊緣有坑狀腐蝕點(diǎn)。

3）船體外板焊縫腐蝕較周邊外板更加嚴(yán)重，焊縫上伴隨有坑狀腐蝕點(diǎn)。

4）舵葉下端有大面積的潰瘍狀腐蝕區(qū)，導(dǎo)邊、隨邊焊縫蝕穿，去流段油漆鼓包，舵葉底板焊縫蝕穿。

5）首側(cè)推管管口油漆剝落，導(dǎo)流管及與船體焊縫處出現(xiàn)局部深坑狀腐蝕區(qū)，腐蝕深度超過(guò)5 mm。

圖1～圖3分別為該輪舭部區(qū)域、尾軸出口處和首側(cè)推管區(qū)域腐蝕情況的照片，直觀地反映了該輪水下船體的腐蝕特征。

圖1 舭部區(qū)域的腐蝕情況

圖2 尾軸出口處的腐蝕情況

圖3 首側(cè)推管區(qū)域的腐蝕情況

1 結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)

通常船舶在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為避免水下部分船體及附體的腐蝕，應(yīng)采用必要的防腐蝕措施。該輪的結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)如下：

1）涂層保護(hù)：水下部分船體外板采用改性環(huán)氧漆+乙烯瀝青漆+無(wú)錫自拋光漆進(jìn)行涂層保護(hù)，壓載艙采用兩道無(wú)瀝青環(huán)氧漆進(jìn)行涂層保護(hù)。

2）外加電流陰極保護(hù)（ICCP）：水下部分船體、螺旋槳、舵葉采用外加電流陰極保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。該裝置由輔助陽(yáng)極、參比電極、恒電位儀、軸接地裝置、舵接地裝置組成。通過(guò)恒電位儀可將船體、槳和舵的接地電位差調(diào)節(jié)至保護(hù)電位范圍內(nèi)，從而起到對(duì)水下船體及附體的保護(hù)。

3）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)：根據(jù)被保護(hù)區(qū)域面積進(jìn)行了犧牲陽(yáng)極保護(hù)計(jì)算，壓載艙內(nèi)配置了144塊保護(hù)期為5 a的鋁-鋅-銦犧牲陽(yáng)極；高位/低位/應(yīng)急海水箱各配置了1塊保護(hù)期為5 a的鋁-鋅-銦犧牲陽(yáng)極；側(cè)推兩側(cè)導(dǎo)流管，各配備了1塊保護(hù)期為3 a鋅-鋁-鎘犧牲陽(yáng)極；側(cè)推本體安裝了由側(cè)推廠家提供的保護(hù)期為3 a的鋅-鋁-鎘犧牲陽(yáng)極。

在防腐產(chǎn)品質(zhì)量合格、船廠施工工藝合理的前提下，上述結(jié)構(gòu)防腐蝕措施可對(duì)船體外板和附體起到較全面的保護(hù)作用。

2 腐蝕原因分析

2.1 常規(guī)電化學(xué)腐蝕的主要特征

通常情況下，水下部分船體和附體在海水中的腐蝕主要是由于金屬材料存在多種化學(xué)成分在電解質(zhì)溶液（海水）中形成“微電池”而引起的常規(guī)電化學(xué)腐蝕。船舶的常規(guī)電化學(xué)腐蝕具有以下主要特征：

1）外板為普通碳鋼的海船，全浸區(qū)的平均腐蝕速率為 0.09～0.10 mm/a［1-2］，局部坑蝕區(qū)域腐蝕速率可達(dá) 0.50 mm/a［2］。

2）腐蝕最大值通常出現(xiàn)在交變水線區(qū)，平均腐蝕速率約為 0.10～0.15 mm/a［2］。

如按常規(guī)電化學(xué)腐蝕的平均腐蝕速率，在一個(gè)2.5 a的塢檢周期內(nèi)，該輪水下船體的平局腐蝕量應(yīng)在0.25 mm左右，局部坑蝕量也僅為1.25 mm左右，不致達(dá)到實(shí)船所見(jiàn)的嚴(yán)重腐蝕程度；實(shí)船所見(jiàn)的主要腐蝕區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)在交變水線區(qū)，而是出現(xiàn)在船底、尾柱、舵葉和首側(cè)推管等區(qū)域，也與常規(guī)電化學(xué)腐蝕的特征不符。由此可以判斷，船體材料在海水中的常規(guī)電化學(xué)腐蝕不是造成該輪嚴(yán)重腐蝕的主要原因。根據(jù)前述該輪的腐蝕特征，初步推斷該輪可能發(fā)生了較嚴(yán)重的雜散電流腐蝕。

2.2 雜散電流腐蝕的主要特征

雜散電流腐蝕是一種特殊的電化學(xué)腐蝕形式。它是由于外部或船體內(nèi)部電流經(jīng)過(guò)船體外殼進(jìn)入海水，使船體發(fā)生電解的一種強(qiáng)腐蝕類型。目前，已知的水下部分船體最大的腐蝕損耗和最嚴(yán)重的潰瘍狀腐蝕，往往是由雜散電流腐蝕引起的。

雜散電流腐蝕主要有如下特征：

1）腐蝕速率快，可達(dá)鋼在海水中自然腐蝕速率的 40～50 倍［2］，有時(shí)僅需數(shù)小時(shí)的雜散電流作用，就能造成鋼板嚴(yán)重的腐蝕［3］。

2）腐蝕強(qiáng)度大，可形成大面積的點(diǎn)狀、坑狀或穿孔腐蝕，坑口呈圓形或橢圓形［4］，帶有銳邊，坑內(nèi)有黑色粉末泥狀鐵銹［5］。

3）腐蝕集中產(chǎn)生在電阻小、易放電的部位［5］，如船體涂層破損處以及舵、尾柱、舭龍骨、首側(cè)推管口等銳邊處。

4）雜散電流腐蝕存在時(shí)，船體電位值明顯偏離船體正常電位值。

5）雜散電流腐蝕存在時(shí)，船體犧牲陽(yáng)極的消耗量比正常消耗量大大增加［5］。由于雜散電流通常是很大的，若其作用時(shí)間較長(zhǎng)，陰極保護(hù)措施難以阻止雜散電流腐蝕［2］。

通過(guò)以上特征可以確認(rèn)，該輪的嚴(yán)重腐蝕是由雜散電流引起的。

2.3 引起雜散電流腐蝕的原因

當(dāng)船舶停泊的水域內(nèi)存在雜散電流電場(chǎng)時(shí)，將可能引起船體的雜散電流腐蝕。雜散電流的來(lái)源主要有如下幾類：

1）造船或修船過(guò)程中，碼頭直流焊機(jī)在船上作業(yè)時(shí)，由于接線方式不當(dāng)，部分焊接電流通過(guò)船體進(jìn)入水中，流回碼頭，形成以船體為陽(yáng)極的回路，使船體發(fā)生激烈電解，如圖4所示。根據(jù)并聯(lián)電路原理可知，當(dāng)接地電阻R1越大（即接地情況越差，或接地線截面越小、長(zhǎng)度越長(zhǎng)）時(shí)，流入水中的雜散電流分量I2越大，意味著對(duì)船體的腐蝕越強(qiáng)烈。

圖4 焊機(jī)接線方式不當(dāng)引起的船體雜散電流腐蝕

焊機(jī)接線方式不當(dāng)產(chǎn)生的雜散電流是最常見(jiàn)的雜散電流來(lái)源，已有多起案例和相關(guān)研究見(jiàn)諸公開(kāi)文獻(xiàn)。文獻(xiàn)［6］介紹了修船過(guò)程中發(fā)生的一起雜散電流腐蝕案例并提出了對(duì)策。文獻(xiàn)［7］針對(duì)某船廠碼頭出現(xiàn)的系列新造船雜散電流腐蝕案例進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真。文獻(xiàn)［3］則通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了電弧焊雜散電流對(duì)船體的腐蝕作用。

2）船舶電力設(shè)備或采用岸-船、船-船供電時(shí)存在漏電，電流通過(guò)船體進(jìn)入水中，與碼頭或其他船舶形成回路，引起船體電解。在公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)［3］介紹了因向其他船舶供電，將主發(fā)電機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)用電阻直接放置在江水中冷卻等原因而引發(fā)的多起雜散電流腐蝕案例。針對(duì)這類雜散電流來(lái)源，文獻(xiàn)［8］從碼頭接地、電纜接線、碼頭供電三個(gè)方面對(duì)系泊碼頭海船水下船體腐蝕和防護(hù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。

3）船舶停泊的碼頭周邊存在用電設(shè)施或水下輸電線路漏電，形成水下電場(chǎng)，使船體極化，引起船體電解。此類雜散電流來(lái)源相對(duì)少見(jiàn)。

3 雜散電流腐蝕的防控

3.1 雜散電流腐蝕的判斷標(biāo)準(zhǔn)

船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T 3712—1995《船體雜散電流腐蝕防護(hù)方法》提供了雜散電流腐蝕的判斷準(zhǔn)則和防護(hù)方法。雜散電流腐蝕的判斷準(zhǔn)則如下：

1）船體焊接、供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備等引起的雜散電流造成船體電位正向偏移大于20 mV，即可判定產(chǎn)生雜散電流腐蝕。

2）雜散電流為交流時(shí)，若船體電位交替變化，即可判定產(chǎn)生雜散電流腐蝕。

圖5為船體電位的檢測(cè)原理：電壓表正極接參比電極，負(fù)極接船殼，將參比電極放入靠近船殼的水中，接通回路，即可測(cè)得船體電位。實(shí)際測(cè)量時(shí)，可通過(guò)設(shè)置均布在船舶兩舷的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)得雜散電流的分布和流向。

圖5 船體電位檢測(cè)原理圖

3.2 雜散電流的排流方法

從雜散電流腐蝕的成因可知，對(duì)雜散電流進(jìn)行排流處理是消除雜散電流腐蝕的直接途徑。主要排流方法包括：

1）直接排流法：碼頭焊機(jī)接線必須將接地線直接焊在電焊施工的船上，確保接地良好，接地電阻盡可能??；焊機(jī)采用不同于圖4所示接線方式的雙線路供電，使焊接電流通過(guò)回流線排出，避免電流進(jìn)入水中。正確的焊機(jī)接線示意圖如圖6所示。

圖6 正確的焊機(jī)接線示意圖

2）犧牲陽(yáng)極排流法：在通過(guò)對(duì)船體電位進(jìn)行檢測(cè)，確定雜散電流的分布和流向后，安裝懸掛式的犧牲陽(yáng)極進(jìn)行排流。

3）排流導(dǎo)線法：采用排流導(dǎo)線將船體與碼頭連接，將雜散電流導(dǎo)入岸邊接地回路［5］。

3.3 雜散電流腐蝕的具體防控措施

由于雜散電流腐蝕具有極強(qiáng)破壞性，因此有必要在新造船、修船以及船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，采用有效措施對(duì)雜散電流腐蝕進(jìn)行全面防控。通過(guò)前述對(duì)雜散電流腐蝕成因及排流方法的探討，總結(jié)出以下具有可操作性的防控措施：

1）在新造船下水后或碼頭修船的焊接作業(yè)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)碼頭焊機(jī)和其他用電設(shè)備采用正確的接線方式（如圖6所示）且絕緣良好；回流線和接地線電纜應(yīng)具有足夠大的截面積和盡可能小的長(zhǎng)度；確認(rèn)接地情況良好；對(duì)船體電位進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，確認(rèn)船體電位變化不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值；盡可能將焊機(jī)直接置于被焊船上進(jìn)行焊接作業(yè)。

2）如有條件，在新造船的舵葉外板、尾管外板、側(cè)推管口應(yīng)布置適量犧牲陽(yáng)極，在船體外板應(yīng)布置適量臨時(shí)犧牲陽(yáng)極；在碼頭修船時(shí)，舷外安裝懸掛式的臨時(shí)犧牲陽(yáng)極，使其在一旦發(fā)生雜散電流腐蝕時(shí)，可起到排流作用。

3）在碼頭系泊時(shí)，盡可能不采用鋼纜系船，避免碼頭雜散電流流向船體。

4）定期對(duì)船舶供電系統(tǒng)、用電設(shè)備進(jìn)行排查，確認(rèn)無(wú)漏電情況。

5）定期對(duì)ICCP裝置的恒電位儀的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，確保船體電位、螺旋槳電位、舵電位處于要求的保護(hù)電位水平。

6）定期對(duì)軸接地電刷、舵接地電纜的接觸情況進(jìn)行檢查，確保接地良好。

7）在經(jīng)?？坎吹拇a頭，應(yīng)定期檢測(cè)船體的電位，確認(rèn)是否存在由碼頭電力設(shè)備引起的雜散電流電場(chǎng)。如存在，可采用懸掛式犧牲陽(yáng)極進(jìn)行排流。

8）在已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的情況下，由于鋼板裸露區(qū)域大幅增加，船體和附體所需要的保護(hù)電流密度也大大增加，超過(guò)了船舶陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件，導(dǎo)致船上現(xiàn)有配置的陰極保護(hù)系統(tǒng)（ICCP裝置和犧牲陽(yáng)極）無(wú)法滿足船體保護(hù)的需要。此時(shí)應(yīng)及時(shí)對(duì)船體和附體進(jìn)行補(bǔ)焊和補(bǔ)漆，使陰極保護(hù)系統(tǒng)起到正常的保護(hù)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)上述某輪腐蝕情況的調(diào)研過(guò)程中，我們注意到與該輪同期同廠建造的另一批同型船舶在第一次塢檢時(shí)船體未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕狀況。經(jīng)了解，該船東公司曾發(fā)生過(guò)新造船雜散電流腐蝕的情況，此后該公司在所有新造船下水后，均要求船廠在舷側(cè)懸掛適量的臨時(shí)犧牲陽(yáng)極作為排流措施，此舉對(duì)仍處建造過(guò)程中的水下船體起到了良好的保護(hù)作用。由此可見(jiàn)，盡管雜散電流對(duì)水下船體的腐蝕效應(yīng)十分驚人，但只要采取有效、得當(dāng)?shù)拇胧强煞揽煽氐摹?/p>