船體單區(qū)域和雙區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)分析

魯統(tǒng)軍 陳志強(qiáng) 李顯超 顧良華 白舒宇

（中國船舶集團(tuán)公司第七二五研究所，山東 青島 266237）

0 引言

海水是一種很強(qiáng)的腐蝕性介質(zhì)，如果不采取有效的防腐蝕措施，鋼質(zhì)海船的船體就會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[1]?，F(xiàn)代海船結(jié)構(gòu)大多為金屬材質(zhì)，因此基本都采取了陰極保護(hù)措施來抑制腐蝕。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)可以有效的保護(hù)船體水下部位及其附件不受海水腐蝕，該系統(tǒng)是通過外加的直流電源（恒電位儀或恒電流儀），控制船體電位或電流密度使船體陰極極化而達(dá)到不受海水腐蝕的目的[2]。

船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的組成部分可分為單區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)、雙區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)及多區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)。單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)是系統(tǒng)由1臺恒電位儀、1套控制參比電極（恒電位儀工作時采用1套參比電極進(jìn)行電位控制）和多套輔助陽極組成；船體雙區(qū)域（多區(qū)域）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，即船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)采用兩臺恒電位儀（多臺恒電位儀）、兩只控制參比電極（多套控制參比電極）和多套輔助陽極構(gòu)成，也就是船體施加了兩套（多套）相對獨立的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。本文只分析單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)和雙區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)特點，并提出兩種系統(tǒng)的應(yīng)用建議。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

船體陰極保護(hù)普遍采用單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)船體涂層破壞嚴(yán)重時，單區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)往往達(dá)不到船體水線下殼體全面保護(hù)的要求，造成局部腐蝕嚴(yán)重，特別是船舶在航行時，由于螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)的擾動作用，往往造成船殼體的欠保護(hù)[3,4]。

在船體陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)對船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)總電流進(jìn)行計算，船體各部位保護(hù)電流密度如表1所示。輔助陽極和參比電極的位置影響船體電位分布[5]，因此應(yīng)對輔助陽極、參比電極的數(shù)量及安裝位置進(jìn)行充分考慮，在輔助陽極的布置原則上應(yīng)保證船體相對于銀/氯化銀參比電極的保護(hù)電位處于-0.80～-1.00V之間，原則上艏部、舯部、艉部都布置，艉部偏多為宜，應(yīng)左右舷對稱布置。在參比電極的布置原則上，最好布置在相鄰輔助陽極中間，也可以布置在離陽極較近的屏蔽層附近，應(yīng)保證左右舷都有布置[6]。

表1 船體陰極保護(hù)電流密度表

2 案例分析

2.1 單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)概況

例1：船體長度約130米，4000噸，雙螺旋槳、雙舵葉。

經(jīng)計算和選型，該船外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成： 1臺120A/20V恒電位儀、輔助陽極4套、銀/氯化銀參比電極2套，實船布置如圖1所示。

圖1 例1外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)實船布置示意圖

例2：船體長度約155米，6500噸，雙螺旋槳、雙舵葉。

經(jīng)計算和選型，該船外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成： 1臺150A/20V恒電位儀、輔助陽極6套、銀/氯化銀參比電極3套。

2.1.2 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

例1、例2船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)通過恒電位儀提供保護(hù)電流，輔助陽極并聯(lián)輸出電流，參比電極監(jiān)測船體的電位，恒電位儀設(shè)定電位為-0.90V（船體相對于銀/氯化銀參比電極應(yīng)在-0.80～-1.00V之間），系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 例1、例2外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.2 雙區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)概況

例3：船體長度約180m，10000t，雙螺旋槳、雙舵葉。

經(jīng)計算和選型，該船外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成：兩臺120A/20V恒電位儀、輔助陽極8套、銀/氯化銀參比電極4套，實船布置如圖2所示。

圖2 例3外加電流陰極保護(hù)裝置實船布置示意圖

例4：船體長度約220m，20000t，雙螺旋槳、雙舵葉。

經(jīng)計算和選型，該船外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成：兩臺150A/20V恒電位儀、輔助陽極8套、銀/氯化銀參比電極4套。

2.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

例3、例4船體外加電流陰極保護(hù)共有兩臺恒電位儀，兩臺恒電位儀前、后分區(qū)域?qū)Υw進(jìn)行陰極保護(hù)，每臺恒電位儀并聯(lián)接入4套輔助陽極，2套參比電極，恒電位儀設(shè)定電位為-0.90V，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 例3、例4外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.3 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)電位分析

在外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，用便攜式銀/氯化銀參比電極在甲板上對船體電位進(jìn)行測量，采取左、右舷從艏至艉均取5個點的方式測量[5]。例1～例4船體保護(hù)電位如表4所示，曲線圖如圖3所示。

表4 例1～例4船體保護(hù)電位記錄表

圖3 例1～例4船體保護(hù)電位曲線圖

通過系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、保護(hù)電位曲線圖可以看出單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的輔助陽極為并聯(lián)輸出，每套輔助陽極輸出的分電流基本相同，但是由于船體結(jié)構(gòu)及不同材料的區(qū)域電位影響，造成需要的保護(hù)電流密度各不相同，從而造成了船體保護(hù)電位分布不均勻現(xiàn)象（如例1、例2的電位最大偏差均為90mV）。在雙區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，輔助陽極通過兩臺恒電位儀控制輸出保護(hù)電流，兩臺恒電位儀根據(jù)保護(hù)區(qū)域的不同，其輸出的保護(hù)電流也不相同，從而實現(xiàn)了區(qū)域保護(hù)電流密度的自動調(diào)節(jié)，使船體的保護(hù)電位可以更好的均勻分布（如例3、例4的電位最大偏差均為40mV）。

3 結(jié)語

3.1 單區(qū)域系統(tǒng)特點

單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)相對簡單，只有1臺恒電位儀、1套控制參比電極、多套輔助陽極組成。輔助陽極采用并聯(lián)方式輸出，輔助陽極的輸出電流基本相同。因船體艉部需求電流密度大，所以輔助陽極應(yīng)盡量布置在船體艉部，系統(tǒng)通過參比電極監(jiān)測的電位實現(xiàn)保護(hù)電流的自動調(diào)節(jié)，可使船體的電位都在正常保護(hù)范圍內(nèi)，但是艏部和艉部的保護(hù)電位偏差相對較大。

3.2 雙區(qū)域系統(tǒng)特點

雙區(qū)域外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)具有兩臺恒電位儀，每臺恒電位儀各有1套控制參比電極和多套輔助陽極，兩臺恒電位儀采用前、后布置，同步獨立運(yùn)行，在船體上實現(xiàn)艏部、艉部兩個陰極保護(hù)區(qū)域，系統(tǒng)通過兩套參比電極監(jiān)測的船體電位分別實現(xiàn)艏部和艉部保護(hù)電流的自動調(diào)節(jié)，使船體的保護(hù)電位可更好控制在保護(hù)范圍內(nèi)。

3.3 系統(tǒng)選用建議

在船體較長、塢期間隔時間長、多螺旋槳和多舵葉或船體水下部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)考慮選用雙區(qū)域或多區(qū)域控制系統(tǒng)，這樣能有效的控制船體電位在合理的保護(hù)電位區(qū)間內(nèi)，更好的延長船舶使用壽命。

在船體結(jié)構(gòu)簡單、塢期間隔時間短、船體較小時，建議采用單區(qū)域外加電流陰極保護(hù)，單區(qū)域陰極保護(hù)保護(hù)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作使用方便等優(yōu)點，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)詳細(xì)計算恒電位儀的容量，充分考慮輔助陽極、參比電極的數(shù)量及布置位置，通過合理的設(shè)計和布置，結(jié)合相應(yīng)的仿真計算優(yōu)化，也可以使船體的保護(hù)電位均勻分布。