某輪艉部犧牲陽極保護陰極的設(shè)計探討

董國赟（上海中遠船務(wù)工程有限公司海工項目管理部，上海200231）

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某輪艉部犧牲陽極保護陰極的設(shè)計探討

董國赟
（上海中遠船務(wù)工程有限公司海工項目管理部，上海200231）

摘要：文中根據(jù)某輪修理過程中發(fā)現(xiàn)舵葉、螺旋槳區(qū)域出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象進行分析，并重新計算，選型、更換了此區(qū)域犧牲陽極，解決了該輪舵葉、螺旋槳區(qū)域防腐保護的問題。同時，結(jié)合船舶修理作業(yè)過程，對舵葉、螺旋槳區(qū)域的犧牲陽極安裝中的一些問題進行了探討。此文對其他船舶選型、安裝犧牲陽極具有參考意義。

關(guān)鍵詞：犧牲陽極；計算；安裝；舵葉；螺旋槳

引言

船體防腐蝕中的陰極保護通常分為犧牲陽極保護法、外加電流保護法兩種形式［1］。某輪船體安裝了外加電流陰極保護系統(tǒng)，由于外加電流陰極保護無法提供更大的保護電流密度，因此對船艉部的舵葉、螺旋槳軸出口端船體等部位加裝犧牲陽極，進行艉部區(qū)域防腐蝕保護。船體各部位陰極保護所需保護電流密度可參見表1。

如何合理布置及安裝犧牲陽極進行陰極保護，需進行技術(shù)設(shè)計、計算，以保證防腐蝕保護使用效果。由于該輪在新造船時，對舵葉、螺旋槳的犧牲陽極保護沒有進行專業(yè)的設(shè)計，以致在后來的船舶運營過程中，對上述部位進行檢驗時發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在先前檢修過程中根據(jù)以往經(jīng)驗加裝相關(guān)犧牲陽極，但效果不甚理想。在本次船舶塢修過程中，筆者收集、查閱了大量的原始資料，同時對舵葉、螺旋槳的犧牲陽極保護進行了分析、計算，并重新布置、安裝犧牲陽極。

1 舵葉及螺旋槳浸水（保護）面積的估算

1.1 舵葉浸水（保護）面積的估算

（1）主要參數(shù)

上弦寬：3.1+4.9=8.0 m；

下弦寬：4.2+2.2=6.4 m；

高度：9.4 m。

（2）按梯形面積估算

（8.0+6.4）/2×9.4=67.68 m2（單面）；

67.68×2=135.36 m2（雙面）；

表1　陰極保護電流密度

考慮到是圓弧面及其他結(jié)構(gòu)件的浸水面積取系數(shù)1.2估算，

Si=135.36×1.2=162.4 m2。

1.2 螺旋槳浸水（保護）面積的估算

（1）主要參數(shù)

直徑d（DIAMETER）：7 850 mm；展開盤面比η（EXP/DISC）：0.739 1。（2）螺旋槳面積Sd=2πd2/4×η=2×π×7.852/4× 0.739 1=71.54 m2（雙面）。

2 舵葉、螺旋漿犧牲陽極需求量及使用壽命的計算

2.1 舵葉犧牲陽極需求量及使用壽命的計算

（1）設(shè)計選用的保護電流密度為100 mA/m2（GB8841-88）。

（2）設(shè)計選用鋁鋅銦系犧牲陽極

規(guī)格為：AZI-C2G2（改型）；

質(zhì)量為：10.7 kg；

具體尺寸為：550×130×60 mm；

犧牲陽極驅(qū)動電位ΔE：0.3 V；

實際電容量Q：2 400A·h/kg。

鋁鋅銦系犧牲陽極的化學(xué)成分和電化學(xué)性能應(yīng)滿足表2、表3的技術(shù)指標［2］。

（3）計算

表2　鋁基陽極材料化學(xué)成分

表3　鋁陽極電化學(xué)性能

每塊鋁鋅銦系犧牲陽極發(fā)生電流量（If）

If=（ΔE/R）×1 000；

R=ρ/2S；

S=（L+B）/2=（55+13）/2=34；

R=25/68=0.368；

If=（0.3/0.368）×1 000=815 mA。

舵葉犧牲陽極需用塊數(shù)：

航行需保護電流100 mA/m2×162.4 m2= 16 240 mA；

航行需犧牲陽極塊數(shù)：N=16 240 mA/815 mA=19.9≈20塊。

（4）舵葉犧牲陽極使用壽命的計算

Y=N.G.Q/IM×8 700×1/K；

IM=（0.6～0.7）×Si×Ii/1 000=0.6×162.4×100/ 1 000=9.7A；

Y=（20×10.7×2 400）/（9.7×8 700）×0.85=5.1（年）。

2.2 螺旋漿（布置在船的艉部）犧牲陽極需求量

及使用壽命的計算

（1）設(shè)計選用的保護電流密度為350 mA/m2［3］。

（2）設(shè)計選用鋁基犧牲陽極

規(guī)格：AZI-C2G2型（尺寸用舵上所用型號）；

If=815 mA。

（3）螺旋漿計算需用犧牲陽極塊數(shù)

N2=350 mA/m2×71.54 m2/815 mA=30.7塊；

設(shè)計取塊數(shù)為：32塊。

（4）使用壽命的計算

IM=0.6×71.54×350/1 000=15.02A；

Y=（32×10.7×2 400）/（15.02×8 700）×0.85=5.3（年）。

3 舵葉、螺旋槳安裝犧牲陽極的探討

（1）為了控制船舶全壽命周期的進塢次數(shù)，目前船體油漆大多采用可使用5年以上的油漆，使船舶的進塢期由現(xiàn)在的2.5年延長到5年。因而，該輪舵葉、螺旋槳區(qū)域，按照上述計算所選定的鋁基犧牲陽極進行安裝，能滿足5年的使用壽命，使舵葉、螺旋槳區(qū)域得到恰當?shù)谋Ｗo，并有效控制上述區(qū)域的腐蝕。

（2）對于舵葉、螺旋槳犧牲陽極的安裝，應(yīng)根據(jù)GB88841-88《海船犧牲陽極陰極保護設(shè)計和安裝》的要求，均勻地布置在艉部船殼板及舵上，距螺旋槳葉梢300 mm范圍內(nèi)的船殼板上不得布置犧牲陽極；單螺旋槳海船的無陽極區(qū)不得安裝犧牲陽極。

（3）在修船時，安裝犧牲陽極最容易忽視的一個問題是：犧牲陽極安裝前，在其背面必須涂刷二度船體防銹漆，最好是使用專用的陽極屏蔽涂料，以控制犧牲陽極的接水面積，使犧牲陽極在消耗的過程中不至于過早脫落，以保證犧牲陽極的使用壽命。

（4）犧牲陽極用焊接或螺栓固定，犧牲陽極的長度方向沿流線方向安裝，背面貼緊船體，安裝后，犧牲陽極表面嚴禁涂漆或沾染油污。

（5）安裝犧牲陽極陰極保護要嚴格把好驗收關(guān)，對陽極的化學(xué)成份，電化學(xué)性能以及實際重量等嚴格按標準驗收。犧牲陽極安裝后進行必要的保護電位測量和技術(shù)跟蹤，以判斷是否達到設(shè)計要求［4］。

4 總結(jié)

通過對某輪艉部犧牲陽極保護陰極的詳細過程計算，并對犧牲陽極的設(shè)計計算及布置進行探討，便于相關(guān)設(shè)計人員、工程技術(shù)人員進行學(xué)習(xí)與參考。

參考文獻：

［1］汪國平.船舶與鋼結(jié)構(gòu)涂裝及防蝕［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1993.

［2］洪定海譯.船舶陰極保護布置規(guī)范［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［3］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊—舾裝分冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013.

［4］李明昕.船舶犧牲陽極的陰極保護設(shè)計研究［J］.裝備制造技術(shù)，2007，（8）：31-34.

研究方向：船舶與海洋工程建造、修理管理工作

中圖分類號：U663.5

文獻標識碼：A

文章編號：1671-8496-（2016）-01-0036-03

收稿日期：2015-09-17

作者簡介：董國赟（1979-），男，本科

Discussion on the Anodic Sacrifice Protection Design of Ship Stern

DONG Guo-yun
（Dept.of Offshore Project Management，COSCO（Shanghai）Shipyard Co.，Ltd.，Shanghai 200231，China）

Abstract:This paper analyzes and recalculates the corrosion phenomena of rudder and propeller area in ship repairing，and makes some selection and replacement to the sacrificial anode，resulting in solving the problems of anti-corrosion protection for the area of rudder and propeller.On the basis，the paper also explores installing the sacrificial anode in this area，which may provide some references to other ship type.

Key words:sacrificial anode；calculation；installation；rudder；propeller