某型船海水管路系統(tǒng)腐蝕治理

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(1.海軍裝備部 裝備采購中心，北京 100071；2.中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

海水管路系統(tǒng)是船舶動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、輔機系統(tǒng)等系統(tǒng)的重要組成部分，用于冷卻機電設(shè)備、消防滅火、壓載和沖洗等。根據(jù)船舶各類系統(tǒng)的區(qū)域劃分，海水管路分布于全船各部位，數(shù)量多、空間小、維修保養(yǎng)復(fù)雜。海水管路一般為金屬材料，內(nèi)部輸送介質(zhì)為海水，大多處于潮濕、高溫的惡劣環(huán)境中，海水管系也就必然面臨著嚴重的腐蝕問題[1-2]。海生物生長造成管路堵塞的情況也很嚴重。

海水管路系統(tǒng)的腐蝕，嚴重影響設(shè)備的正常運行，甚至?xí)绊懪灤脑诤铰剩珊Ｋ芟档母g問題帶來的維修造成極大的人力物力損失[3]。船舶的設(shè)計和建造各方不懈探索有效的防腐措施，德國KME公司生產(chǎn)的B10、B30銅鎳合金管路在國外艦船海水系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。目前國內(nèi)艦船海水管路材質(zhì)也由早期的紫銅管改為了B10銅鎳合金管，腐蝕泄漏問題得到較大改善。

1 海水管路系統(tǒng)組成及特點

某型船海水管路系統(tǒng)龐大，且相互關(guān)聯(lián)，主要包括水消防系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、日用海水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和各類設(shè)備冷卻系統(tǒng)等。某型船常用的海水管路系統(tǒng)主要由各類海水泵、通海閥箱、通海閥、海水系統(tǒng)防污保護裝置、各類青銅閥門、濾器、海水減壓閥、海水冷卻設(shè)備(空調(diào)器冷凝器、海水/淡水換熱器等)、壓力表及壓力表閥、海水管路(B10)、法蘭、墊片、緊固件等組成，這些組件均與海水發(fā)生直接接觸。海水系統(tǒng)使用的金屬材料材質(zhì)種類復(fù)雜，基本涵蓋船舶設(shè)備常用金屬制造材料，如不銹鋼、雙相不銹鋼、B10銅鎳合金、B30銅鎳合金、紫銅、碳鋼、鋁青銅、錫青銅、錫黃銅。金屬材料在海水中的電位不同，例如：HDR雙相不銹鋼(0.004 V)，316L不銹鋼(-0.011 V)，B10銅鎳合金(-0.110 V)，20號碳鋼(-0.769 V)。

在海水或潮濕環(huán)境下，電位不同的金屬互相接觸時，便會發(fā)生持續(xù)電化學(xué)反應(yīng)，形成異種金屬接觸腐蝕問題[4]。見圖1。

圖1 異種金屬接觸腐蝕形態(tài)示意

電位較低的金屬發(fā)生陽極反應(yīng)，金屬原子失去電子，成為金屬離子，即產(chǎn)生腐蝕。

電位較高的金屬發(fā)生陰極反應(yīng)，獲得電子，多余的電子使得海水中的氧和水生成堿根，也可與海水中的陽離子發(fā)生反應(yīng)。

2 海水系統(tǒng)腐蝕現(xiàn)狀

2.1 主要腐蝕問題

海水系統(tǒng)在使用過程中，暴露出海水管路局部腐蝕，海生物堵塞管路等問題。

1)海水管系閥門腐蝕。閥門易出現(xiàn)兩類漏水情況：①為閥門內(nèi)漏；②為閥桿處海水外漏。主要表現(xiàn)在消防系統(tǒng)和日用海水系統(tǒng)中：部分閥門內(nèi)漏，閥門出現(xiàn)關(guān)不嚴的現(xiàn)象；閥門使用過程中，閥桿和密封填料之間出現(xiàn)漏水現(xiàn)象等。

水消防系統(tǒng)減壓后為獨立式空調(diào)器、分體式空調(diào)和冷藏機組等設(shè)備提供冷卻水，在冷卻水管路的減壓閥組中，出現(xiàn)旁通截止閥、安全閥腐蝕，導(dǎo)致安全閥超壓泄放后不能復(fù)位，將海水泄放至安全閥泄放管所在的艙室。

2)海水管路腐蝕。在管路焊縫附近容易出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象，海水管路表面凝水產(chǎn)生的腐蝕情況較為普遍。海水管路上的連接支管上出現(xiàn)腐蝕環(huán)，水消防系統(tǒng)無耗管上出現(xiàn)砂眼，腐蝕嚴重。水消防系統(tǒng)的B10無耗管與主管連接處的上方出現(xiàn)規(guī)律性的環(huán)狀腐蝕圈，見圖2。

圖2 消防管路法蘭連接結(jié)構(gòu)銹蝕嚴重

3)海水管路海生物堵塞。由于海水管路上的截止閥、減壓閥組被紫貽貝等海生物嚴重堵塞，造成冷卻設(shè)備海水流量和壓力均不滿足要求，無法正常使用，維修和清理不方便。日用海水冷卻系統(tǒng)的閥件、管路和空調(diào)器的盤管處堵塞較為普遍。堵塞的海生物(包括貝殼、海草等)導(dǎo)致設(shè)備自帶的精濾器或管路及閥件等頻繁堵塞的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作，見圖3。

圖3 海生物堵塞管路狀況

2.2 現(xiàn)有腐蝕治理手段

海水管路腐蝕修理過程中，一般采用包覆、補焊、更換管路或附件等方式。傳統(tǒng)的管系維修方法，起到了堵漏、暫時消除安全隱患的作用，但未能從源頭上減緩管系腐蝕速度，難以徹底消除安全隱患，經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕治理后同一部位再次發(fā)生相同腐蝕問題的現(xiàn)象，與管系設(shè)計要求及使用壽命要求存在較大差距。

3 海水系統(tǒng)腐蝕原因分析

3.1 閥門腐蝕原因分析

閥門的閥體、密封面、閥桿為不同種金屬，在內(nèi)部海水環(huán)境下，閥門部件出現(xiàn)異種金屬接觸腐蝕。閥門海水進出口法蘭材質(zhì)一般與連接管路的材質(zhì)不同，緊固螺栓一般為鍍鋅碳鋼或不銹鋼，管路與閥門連接時，若電絕緣處理不好，存在異種金屬接觸腐蝕。

圖4展示了截止閥閥盤密封面腐蝕形貌。采用硬密封閥盤的閥門，其密封面接觸腐蝕、縫隙腐蝕問題較為突出，密封口劃傷磨損現(xiàn)象明顯。

圖4 海水閥門硬密封閥盤腐蝕形貌

青銅閥門腐蝕問題，主要是由于閥盤密封面之間存在一定的縫隙，長時間海水浸泡環(huán)境中使海水介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的縫隙腐蝕；海生物、海水中砂泥、積垢等沉積在密封面表面，也加速縫隙腐蝕的發(fā)生[5]。

3.2 海水管路腐蝕原因分析

海水B10管路腐蝕穿孔的主要原因如下。

1)發(fā)生湍流磨損腐蝕。在海水管路系統(tǒng)中，當流體方向改變時，流體容易產(chǎn)生紊亂，如分流處、匯流處、彎管處、變徑和焊縫附近等。由流體或含有顆粒、氣泡的流體直接不斷沖擊金屬表面所造成的腐蝕稱為湍流磨損腐蝕[6]，伴隨空泡腐蝕的綜合作用。根據(jù)現(xiàn)場管路情況，B10無耗管均為插焊至消防主管路，造成該部分海水管路處于紊流狀態(tài)，易造成管路腐蝕，見圖5。

圖5 插焊支管示意

2)發(fā)生點蝕腐蝕。金屬表面一些鄰近的地方由于金屬離子或氧濃度的差別，產(chǎn)生局部的微電池反應(yīng)[7]，造成氧濃度低的金屬優(yōu)先溶解，成為點蝕坑。銅合金在海水中由于微生物附著等造成的沉積物腐蝕，在水面附近氧濃度差造成的水線腐蝕、以及在有氣體、液體流沖擊下發(fā)生的沖擊腐蝕，其發(fā)生的局部腐蝕均與點蝕機理一樣，在一定程度上都可以將這些腐蝕視為點蝕的特例。

3)異種金屬腐蝕。管路與設(shè)備連接部位的兩端法蘭一般為不同材質(zhì)。使用的鋼質(zhì)緊固件與法蘭也為不同材質(zhì)，在海水或潮濕環(huán)境下，若連接結(jié)構(gòu)處無任何電絕緣措施，電絕緣措施不當或絕緣失效，均會造成連接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異種金屬接觸腐蝕現(xiàn)象。例如，海水壓力表支管為紫銅管，通過螺紋與B10海水管系直接連接，兩者之間電位差約200 mV，不可避免發(fā)生異種金屬接觸腐蝕問題。

4)表面凝水腐蝕。法蘭接頭、減壓閥組、部分管路等位置包敷不嚴，空氣與管路直接接觸產(chǎn)生凝水。對于處于濕熱環(huán)境中的B10海水管路來說，如果表面未進行涂層防腐而直接包覆保溫層，金屬表面可能發(fā)生腐蝕。其腐蝕類似于裸露金屬在大氣中的腐蝕，與濕度、溫度、有害雜質(zhì)成分等密切相關(guān)。

2.3 海水管路海生物堵塞原因分析

造成海水系統(tǒng)污損的海生物主要有貽貝、牡蠣、藤壺等，因海域和季節(jié)不同，污損的海生物也不同。當海生物隨海水進入系統(tǒng)后，極易在管壁處附著生長，造成管路、海水濾器、冷卻器、海底格柵等堵塞[8]。特別在海水系統(tǒng)降壓使用情況下，因海生物造成的污損、腐蝕問題更加突出。

4 防腐防污治理方案

4.1 海水管系閥門腐蝕治理方案

1)將安全閥泄放管路引至舷側(cè)，避免對安全閥所在艙室造成海水浸泡影響。

2)對于青銅截止閥，在不改變閥門材料的情況下，在密封面處采用橡膠材質(zhì)，增強密封面的防腐蝕性能。

3)在海水管系的減壓閥組后增加法蘭間式鐵合金犧牲陽極，增強管路及閥件的防腐蝕性能[9]。見圖6、7。

圖6 減壓閥組后增加法蘭間式鐵合金犧牲陽極

圖7 法蘭式鐵合金犧牲陽極

4)在滿足獨立式空調(diào)器流量的情況下，通過對獨立式空調(diào)器出口處加裝節(jié)流孔板或降低減壓閥的出口壓力，調(diào)節(jié)海水流量，降低流速，減緩腐蝕，見圖8。

圖8 獨立式空調(diào)器加裝節(jié)流孔板防腐方案

4.2 海水管路腐蝕治理方案

1)B10管段在預(yù)制中應(yīng)采用相應(yīng)的定型管件避免坡口插焊接。將全船海水管系中插焊連接的支管全部改為標準支管接頭，減少因插焊連接導(dǎo)致的局部湍流引起的腐蝕。

2)消防無耗管與主管連接采用成型管路附件，將所有消防泵無耗管與主管路的連接方式采用與管路同材質(zhì)的標準附件(壁厚不低于管路壁厚)連接，并增加B10 管路壁厚。無耗管與主路的接口及附件內(nèi)部需要進行涂環(huán)氧處理，涂環(huán)氧處理長度不低于50 mm。

3)海水管系的異種金屬的法蘭連接時，其墊片應(yīng)在芳綸橡膠類合成纖維兩側(cè)夾聚四氟乙烯，以保證墊片的電絕緣性。在海水介質(zhì)的管路中異種金屬的連接處，應(yīng)采取必要的電絕緣措施，防止異種金屬電位腐蝕[10]。

4)在返廠保修期間，逐段檢查海水管路，對腐蝕較為嚴重的海水管路部分(如有腐蝕沙眼)進行更換。

4.3 海水管路防污治理方案

1)通海閥箱內(nèi)壁及通海格柵噴涂與水線下防護年限一致的防污漆。

2)在水消防系統(tǒng)、冷水機組海水冷卻系統(tǒng)、冷藏機組海水冷卻系統(tǒng)、淡水制備系統(tǒng)等海水系統(tǒng)的濾器處，加裝電解銅防污裝置[12]。

3)在海水冷卻系統(tǒng)中，減小通海閥處濾網(wǎng)孔徑，適當減小第一級海水濾器的過濾孔徑，后續(xù)再進行二級過濾。

4)在減壓閥組前加裝二級精濾，見圖9。

圖9 減壓閥組前加裝二級精濾

5 結(jié)論

海水管路系統(tǒng)存在的腐蝕問題主要表現(xiàn)：閥門等附件的腐蝕、管系腐蝕和海生物生長造成管路堵塞。異種金屬接觸導(dǎo)致管路及附件連接處出現(xiàn)腐蝕，是比較突出的腐蝕原因。文中從閥件腐蝕、管路腐蝕和海生物三個方面，提出海水管路系統(tǒng)防腐防污綜合治理方案，包括加裝犧牲陽極、使用軟密封閥門、使用B10標準支管、加裝電絕緣措施和加裝電解銅防污裝置等防腐防污措施。該方案已經(jīng)得到了實船驗證，并取得較好的防治效果。