船舶海水管路中常見電化學(xué)腐蝕及防止方法

摘 要：尋找降低船舶海水管路中出現(xiàn)的電化學(xué)腐蝕的方法，以特殊介質(zhì)——海水來進行分析，得出形成原電池電化學(xué)腐蝕的緣由，破壞其任何一個形成腐蝕的條件，如削弱電解質(zhì)溶液作用，中和海水中的負離子；使用非金屬材料或電位相同的金屬材料；切斷不同金屬間的聯(lián)通。我們就能夠阻止其形成，從而能很好的降低了海水系統(tǒng)中管路及設(shè)備的電化學(xué)腐蝕。

關(guān)鍵詞：海水管路及設(shè)備 電化學(xué)腐蝕 解決方法

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0093-01

在所有的船舶系統(tǒng)中，海水系統(tǒng)是工作環(huán)境最惡劣的系統(tǒng)，它的流通介質(zhì)是海水，是腐蝕性最強的天然腐蝕劑之一。所以海水系統(tǒng)中的管路、閥件、設(shè)備是最容易受到電化學(xué)腐蝕的。隨著當今造船技術(shù)的發(fā)展，船東提高了對船舶性能的認識，尤其是在材料的保護上有了更高的要求，我們在這里了解海水系統(tǒng)腐蝕原理并提前作出措施，延長海水管路及設(shè)備的使用壽命，從而延長船舶的使用壽命并進一步增強我國船舶制造質(zhì)量。

1 形成電化學(xué)腐蝕的主要條件

海水是一種含有多種鹽類的電解質(zhì)溶液，并融有一定量的氧氣，氧是海水腐蝕的去極化劑。這種電化學(xué)腐蝕就是吸氧電化學(xué)腐蝕，一種金屬浸在海水中，由于金屬及合金表面物理化學(xué)性質(zhì)的微觀不均勻性，如成分不均勻性，導(dǎo)致海水金屬界面上的電極電位不均勻性，這就形成了無數(shù)腐蝕微電池。當把兩種電極電位不同的金屬如鋼管和銅閥同時進入到海水中，鋼管和銅閥上將分別會發(fā)生下述電化學(xué)反應(yīng)：

鋼管上Fe→Fe2++2e O2+H2O+2e→2OH-

銅閥上Cu→Cu2++2e O2+H2O+2e→2OH-

鐵在海水中的自然腐蝕電位為—0.65 V，銅的為—0.32 V。[1]當把兩種金屬導(dǎo)線聯(lián)通時就構(gòu)成了宏觀腐蝕電池，電流將經(jīng)導(dǎo)線有電位高的銅板六項電位低的鐵板，在水中電流由鐵板流向銅板，在鐵板上由于電子流出，氧的還原反應(yīng)杯抑制，鐵的氧化反應(yīng)加強，而銅板上由于電子流圖，銅的氧化反應(yīng)被抑制，氧的還原反應(yīng)被加強，結(jié)果鐵板腐蝕加速，而銅板獲得了保護，這種由于電偶作用導(dǎo)致其中電極電位低的金屬腐蝕加速的現(xiàn)象稱為電偶腐蝕，也稱為宏電池腐蝕。根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理及船舶上大量實際情況，我們將原電池的形成條件歸納為以下三個。

1.1 電解質(zhì)溶液（例如海水）

海水的成分和總鹽度恒定，內(nèi)海則因地而異。海水中的鹽類主要是氯化物（NaCl、MgCl2），其次是硫酸鹽（MgSO4、CaSO4）。海水中的大量氯離子，能使零件金屬表面的氧化膜遭到破壞，因而海水對大多數(shù)金屬有很強的腐蝕作用。腐蝕可能是微觀電池作用，也可能是宏觀電池作用。鋼鐵在海水中的腐蝕速度為0.13 mm/a。[2]如果海水流速增加、海水溫度升高等還會加速海水腐蝕。

1.2 材料間存在電位差

船舶管路系統(tǒng)中許多管路附件（閥件、彎頭等）、設(shè)備接頭和管路的材料是不一樣的，許多廠家將閥件或附件做成銅質(zhì)的，很多的板式冷卻器接口也是鈦合金的，而與它們連接的管路幾乎都是鋼制的，由于不同金屬的金屬電位是不一樣的，也就意味著越容易成為腐蝕的對象。例如Al在電解質(zhì)溶液中的電位是-1.66，F(xiàn)e是-0.44，Cu是0.337，鈦的還要高。[3]這就構(gòu)成了電化學(xué)腐蝕的第二個條件，同一電解質(zhì)溶液中存在的不同電位的金屬。

1.3 電流回路

把電解質(zhì)溶液中不同的金屬聯(lián)通，是形成電化學(xué)腐蝕的第三個條件，由于金屬表面富集了電子，又需要保持電中性，溶液中的離子（陽離子）會在離金屬表面較近的位置富集，以平衡總電荷，這樣，就在金屬表面和溶液之間形成了一個電勢差。管路與設(shè)備一般是靠法蘭連接的，連接法蘭與法蘭的螺栓螺母就是天然的導(dǎo)線，使得設(shè)備與管路形成了回路。

2 阻止電化學(xué)腐蝕形成方法

只要一個形成原電池化學(xué)腐蝕條件缺乏就不會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕！根據(jù)這個原理，我們找到了以下解決的方法。

2.1 削弱電解質(zhì)溶液作用，中和海水中的負離子

在設(shè)備或者閥的進口降低海水電解質(zhì)溶液作用。船舶上常見的方法是在不同金屬接觸的地方增加犧牲法蘭或者犧牲管，犧牲法蘭或者犧牲管是比管路和設(shè)備材料都活潑的一種金屬，它會在設(shè)備的進口提前與管路中的海水發(fā)生反應(yīng)，中和海水中的負離子，降低海水與設(shè)備之間的反應(yīng)率，從而達到保護設(shè)備的目的。

2.2 使用非金屬材料或電位相同的金屬材料

目前來說船舶上的設(shè)備及海水管路大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的金屬材料而設(shè)備一般來說比較重要，采用的金屬都是不容易發(fā)生腐蝕的金屬（銅和鈦），而管路為了節(jié)約成本，一般都選用鋼制材料。隨著材料學(xué)的發(fā)展，許多和金屬材料性能差不多的非金屬材料也應(yīng)運而生，例如現(xiàn)在許多船舶上的壓載管采用的都是玻璃鋼管，它既耐腐蝕又能抵抗管路中的介質(zhì)壓力，是一種很有前途的新型材料。[4]

2.3 切斷不同金屬間的聯(lián)通

這一點是船舶上最常用的方法，管路與設(shè)備基本上是通過法蘭連接，法蘭與法蘭之間有墊片隔離，螺栓是聯(lián)通它們的唯一途徑，螺栓與法蘭有兩個地方是緊密貼合的，一個是螺母與法蘭端面，一個是貫穿螺栓與法蘭孔，所以只要在這兩個地方切斷螺栓與法蘭間的聯(lián)通，就能實現(xiàn)切斷電流。具體方法如下。

（1）在螺母與法蘭之間安裝絕緣墊圈，需要注意的是絕緣墊圈的強度要足夠大，因為螺栓與螺母的扭矩很大，船上一般采用的墊圈材料是聚四弗乙烯。[5]

（2）在螺栓貫穿法蘭的部分用熱縮套管包住并用火烤至緊密貼合在螺栓上。

除以上兩點外，還應(yīng)該將絕緣法蘭進行絕緣粉末噴涂，進一步加大不同金屬的隔離距離，應(yīng)注意的是：永遠不要使用銅和鋁電極，只能使用銅和鐵電極對鑄鐵蝶閥應(yīng)采用內(nèi)襯橡膠的型式，因為在閥件發(fā)生侵蝕的情況下，石墨雜質(zhì)會導(dǎo)致管路電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。[6]

目前在船舶上要做到完全杜絕電化學(xué)腐蝕，我們的技術(shù)還是有一定的差距，可喜的是以上防止電化學(xué)腐蝕的方法在船舶上有著實際運用，并且效果顯著，大大降低了海水系統(tǒng)中管路及設(shè)備的電化學(xué)腐蝕，并取得了國內(nèi)外船東的認可。

參考文獻

[1]曹楚南.腐蝕電化學(xué)原理[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008：63-65.

[2]魏海軍，金國平.輪機維護與修理[M].大連海事大學(xué)出版社，2010：94-95.

[3]蔡少華，龔孟濂，史華紅.無機化學(xué)基本原理[M].中山大學(xué)出版社，2008：31-32.

[4]喬壽成.玻璃鋼管在船舶上的應(yīng)用[M].第十屆全國內(nèi)河船舶與航運技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集，2006：362-363.

[5]張振英.聚四氟乙烯的性能，加工及其在封密上的應(yīng)用[M].陜西化工出版社，1994：77.

[6]劉洪波，張紅波.柔性石墨—金屬間的腐蝕機理及其防護措施[J].炭素期刊，1994：84-86.