船舶管系舾裝防腐研究

張鵬鷹

摘 要：管路系統(tǒng)的設計、建造質(zhì)量是衡量整船質(zhì)量的重要指標。管路系統(tǒng)的防腐是船舶管舾裝的重點之一，不僅涉及管路本身，同時會影響到與之相連接的閥門、設備及船體。進一步會影響到船舶的正常使用。該文從工程實踐出發(fā)，將防腐的理論應用到工程實踐中，提出了防腐措施，起到了良好的防腐效果。

關鍵詞：船舶 管路 防腐

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0020-02

1 腐蝕分類及機理

金屬的腐蝕一般分為兩類：化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是指在不導電的介質(zhì)中（如油、石油、有機物的溶液等），金屬的破壞過程。金屬表面會形成金屬化合物簿膜，在一定程度上保護著金屬?；瘜W腐蝕對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、與金屬的結合強度等）。最主要的化學腐蝕形式是氣體腐蝕，也就是金屬的氧化過程（與氧的化學反應），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）在高溫下的化學反應。

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

電化學腐蝕與純化學腐蝕機理的基本區(qū)別是：化學腐蝕是根據(jù)化學的多相反應機理，金屬表面的原子直接與反應物（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發(fā)生的。電子從金屬原子直接轉移到接受體，而不是在時間和空間上分開獨立進行的共軛電化學反應。電化學腐蝕時，介質(zhì)與金屬的相互作用被分為兩個獨立的共軛反應。陽極過程是金屬原子直接轉移到溶液中，形成水合金屬離子或溶劑化金屬離子；另一個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。

2 船舶管系腐蝕分類

（1）大氣腐蝕：當空氣的濕度足夠大時，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?shù)臐穸?，金屬表面會凝結水，在水膜或凝結水的作用下發(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)部結構上。（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，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成的宏觀腐蝕電池的作用而引起的?；蚪饘俦旧淼牟痪鶆蛐?，產(chǎn)生無數(shù)個微電池。在微電池陽極區(qū)產(chǎn)生的電化學腐蝕。（5）縫隙腐蝕：在電解質(zhì)的作用下，相聯(lián)結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)有關物質(zhì)的移動受到了阻滯，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）應力腐蝕：金屬在腐蝕介質(zhì)的張應力（靜應力或交變應力）的聯(lián)合作用下發(fā)生的腐蝕。在靜應力作用下，金屬會產(chǎn)生脆性破毀（腐蝕開裂）；在交變應力作用下，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)生細長的裂縫，且裂縫發(fā)展很快，能在短時間內(nèi)發(fā)生嚴重破壞。裂縫的形態(tài)有沿晶界發(fā)展和穿晶破裂或其混合型。應力腐蝕有兩個基本條件：一是材料對介質(zhì)具有應力腐蝕開裂的敏感性；二是存在足夠高的拉應力。導致應力腐蝕開裂的應力可來自工作應力，也可來自殘余應力。（7）磨損腐蝕：由于腐蝕介質(zhì)與金屬表面間的相對運動。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。高速液體對管壁或設備的沖刷，對保護層進行了破壞如高壓減壓閥中的法頭和法座，離心泵的葉輪，風機中的葉片等）。（8）空泡腐蝕：指流體高速流動，產(chǎn)生紊流，在管路內(nèi)負壓區(qū)產(chǎn)生的氣泡受到壓縮，并在高的內(nèi)壓下破裂，對周圍金屬產(chǎn)生連續(xù)激烈的錘擊，并與其他腐蝕共同作用導致管路損壞。即以空泡的機械破壞為主，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)部擴展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學成分的差異以及晶間雜質(zhì)或內(nèi)應力的存在，晶間腐蝕破壞晶粒間的結合，大大降低金屬的機械強度。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）點蝕：經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上，由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如cl-）時，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點上，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，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因為在金屬表面缺陷處易露出機體金屬，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)象被稱為點蝕。

3 船舶常用管材

（1）20#鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼，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)生應力腐蝕。（4）316L：316L（含鉬不銹鋼022Cr17Ni12Mo2）對于海水有較強的耐腐蝕性。奧斯體不銹鋼的衍生鋼種。擁有優(yōu)異的抗點蝕能力，可以安全地應用于含cl﹣等鹵素離子環(huán)境。沒有任何一種不銹鋼是超級無敵的不銹鋼。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。（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：由銅基合成構成，強度和韌性稍大于紫銅管?？购Ｋ痛髿飧g能力強，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，抗拉強度高、升長率低、塑性差、冷彎曲成型時成型能力差，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。對鈦及鈦合金來說，縫隙腐蝕是最應關注的腐蝕現(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力腐蝕的性能，既有很高的機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

海水是典型的電解質(zhì)溶液，其腐蝕有如下特點：（1）中性海水溶解氧較多，除鎂及其合金外，絕大多數(shù)海洋結構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，都會促進氧的陰極去極化反應，促進金屬的腐蝕。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，因而腐蝕速率相當高。（4）海水中容易出現(xiàn)點蝕和縫隙腐蝕。海水中的鹽類、溶解氧、海洋生物、腐爛的有機物、海水的溫度、流速和pH值等都對海水腐蝕有很大的影響。微生物的生理作用會產(chǎn)生氨、二氧化碳、硫化氫等腐蝕物質(zhì)，會加速金屬腐蝕。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)境特點的影響。使用期間，流動海水沖刷作用；停泊期間，有機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，加速了管路的腐蝕與磨損，對于船舶的海水管來說，海水流速越大，管系腐蝕程度也越嚴重，而且其腐蝕程度與靜止狀態(tài)相比，成倍或幾十倍地增加。（4）氣蝕：管路由于海水的擴散、旋渦、流道過窄及振動，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，使用壽命長特點。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。淡水管系應采用熱鍍鋅管和不銹鋼管。對于鍍鋅管盡量減少焊接接口，特別是對接焊，同時需氬弧焊打底，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)量對管路外表面防腐極其重要。對于燃油駁運管，由于燃油中可能含有海水，在長時間不導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，泵的進出口、低溫水冷卻器海水管出口處要安裝撓性接頭，與主機連接的海水管也可用碳鋼噴塑管連接，以避免對主機的腐蝕。

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。當管路、設備內(nèi)部或外部有海水時，就會發(fā)生電偶腐蝕，負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、設備相連時要進行電絕緣處理。外部可能有海水的部位穿艙管件的選取要避免管路對船體的腐蝕。滿墊的采用會減小縫隙腐蝕。

鈦及其合金輕質(zhì)、高比強度、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，即使受到機械損壞能很快修復。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)生點蝕。鈦合金和5083鋁合金共同弱點是表面硬度低、耐磨性差。5083鋁合金與鈦合金在海水及海洋環(huán)境中使用，需對管子進行表面微弧氧化?？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，管系轉彎處盡量轉大彎，避免急彎。以消除或減小空泡腐蝕，同時減小流體引起振動與噪音。要嚴格控制液體的流速，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)場制作在管路安裝過程中，對于連接不平準的管路不能進行強制安裝，以防造成結構變形和管子損壞，同時避免應力腐蝕。防止應力腐蝕應從減少腐蝕和消除應力兩方面采取措施。

參考文獻

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