船舶海水管系腐蚀的原因及其防护张敏丽（中远船务工程有限公司 辽宁大连 116113）摘 要：文章主要探讨了船舶海水管系腐蚀的机理和原因，针对海水管系腐蚀特点，提出了海水管系选材和工艺要求，以及海水管系的防腐对策。关键词：舰船海水管系材料防腐蚀技术众所周知，海水是含盐浓度非常高的电解质溶液，是一种腐蚀性较强的天然腐蚀剂。船舶终年漂泊于海上，受到海水的腐蚀是无法避免的。舰船海水管系是舰船推进保障系统、发电机组保障系统和辅助系统的重要组成部分，其用途广泛，担任着冷却主辅机、消防、压载、清洗等任务，对于保证舰船动力装置、辅助机械和设备的正常工作具有重要的作用。大多数海水管系处于潮湿、高温的恶劣环境中，安装布置空间狭小，维修保养困难。管系使用的管材多为金属，其必然面临腐蚀问题。在船舶上, 管系的腐蚀和由腐蚀而带来的设备损坏轻者造成生活不便, 重者影响舰船的在航率, 甚至影响到舰船的人员和整舰的安全。一项由英国海洋工程营运公司所作的失效分析表明: 在所有设施失效的例子中, 33% 是由腐蚀造成的。一直以来船舶的设计和建造各方不懈地研究并采用各种方式方法减轻或避免腐蚀, 取得了一定的成果。1 海水管系的腐蚀机理分析通过多年来对船舶的海水管系主要是冷却海水管系的观察，笔者发现海水管系经常在以下几个位置出现腐蚀问题管系的拐角处、海底门处、泵的出口处、低温水冷却器海水管出口处。刚开始的时候出现滴水现象，然后随着压力的变化、泄露口开始变大，如果没能及时发现，将导致严重后果。天然海水含有大量的可溶性盐，其主要成分(见表1)是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐，其中氯离子约占55%。海水的高含盐量、含砂量，通常溶解有空气，使得海水对金属具有强腐蚀性。海水中的海生物会增加海水中的含氧量，还会释放CO2等气体，从而使周围海水酸化，两者都将导致海水管系腐蚀速度加快。此外，影响腐蚀速度的还有海水的pH值。表1海水中主要盐的含量由于海水温度、溶氧量、海水流速及海洋生物等诸多因素的变化对海水腐蚀都会产生交互影响，其腐蚀机理也较单一的腐蚀介质（如盐水等）引起的腐蚀复杂得多。实际海水管路的腐蚀形式多样,以下是海水管系常见的腐蚀形式及其产生机理：1）接触腐蚀。两种不同金属在导电介质如海水电解质中直接接触时形成的宏观电池腐蚀，或金属本身的不均匀性，产生无数个微电池，在微电池中的阳极区产生电化学腐蚀。2）冲击腐蚀。指金属表面受到电化学腐蚀，同时还受到流体冲击作用而遭到破坏的腐蚀现象。3）应力腐蚀。金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下的破坏。是一种危险的腐蚀形态，裂缝形态有沿晶界发展和穿晶破裂或其混合型。4）空泡腐蚀。指流体高速流动，产生紊流，在物体内负压区产生的气泡受到压缩，并在高的内压下破裂，对周围金属产生连续激烈的锤击，并与其它腐蚀共同作用导致管路损坏，即以空泡的机械破坏为主，其它腐蚀为辅的综合腐蚀类型。此外还有晶界腐蚀、选择腐蚀、氢腐蚀、脱层腐蚀等。2 海水管系的腐蚀因素腐蚀是金属的内外表面与周围介质发生化学反应，有时还包括机械、物理和生物的作用而使金属遭受破坏。从热力学观点，除少数贵金属外各种金属均存在与周围介质发生反应而生成离子的倾向，即金属腐蚀是自然趋势，这种现象是普遍存在的。影响的主要因素有设计、工艺、环境和使用等。2.1 管系材质管系材质的耐蚀性是影响海水管系腐蚀破坏的主要因素，是管系的固有特性，因海水管道材料大都与输送介质直接接触。常用的海水管路材料耐蚀性能递增顺序为：钢、镀锌钢、铝黄铜、铜镍合金、70-30铜镍合金。不同的材质在静水中的腐蚀速度如表2所示：表2 在静止水中金属的全面腐蚀速度(单位:微米/年)2.2 腐蚀环境船舶海水管系在使用期间，遭受流动海水的冲刷作用。在关闭期间遭受海水浸蚀或潮湿海洋大气的作用。经常停泊于淡水港内或河口港内的船舶管系，由于易遭有机物质的沉积和受污染的海水或者河水的作用，不仅遭受沉积腐蚀的可能性增加，还可能导致硫酸盐还原菌腐蚀，加速管系的破损。南海或赴南海使用较长时间的舰船，其管系腐蚀发生的时间早，问题也严重，这是因南海的海水和大气温度高,且气候交变。随着海水温度上升，海水中氧的溶解度降低，导电率增加，金属的稳定电位向负方向移动，导致金属的腐蚀电流增加，腐蚀速度加快。2.3 海水流速管系使用时，海水在管内是流动的，流速越高，越容易发生紊流，尤其是含盐量及含砂量高的海水，会加剧管系的磨蚀和腐蚀：其一对钢管内壁形成较大的冲刷作用力，会冲刷掉金属表面的各种保护膜；其二使空气中的氧扩散到金属表面的流速加快，使管壁处的氧供应量得到充分保证，因而氧的去极化作用一直处于高峰状态，加剧了电化学腐蚀；其三流速超过一定极限后，与海水接触的管系表面不断地有空气泡或蒸汽泡形成和破灭，其冲击压力很大，形成气蚀，加剧电化学腐蚀。总之，海水流速越大，管路腐蚀也就越严重，腐蚀速度与静止状态相比，是显著增加。常用金属各种速度下空泡腐蚀程度如表3 所示。当流速达到或超过一定范围时, 冲击和空泡腐蚀将加剧。表3各种金属在不同流速下最大可能腐蚀速度(um/年)注: 空白处表示缺乏分析资料。2.4 气蚀船舶海水管系由于海水的扩散、旋涡、流道过窄及振动，在流体中形成低压区，在金属管壁与海水的界面上，由于无数气泡的不断破裂使管壁产生机械损伤而形成气蚀，由于气蚀的存在，管壁产生了马蜂窝状的麻孔。2.5 管系结构及布置管道构型是影响海水管道腐蚀行为的重要因素。流体容易紊乱的地方最易发生冲击腐蚀，如分流处、汇流处、弯管处、管径变化处等。在同样海水流速下，直管部分可能仅遭受全面均匀腐蚀。而在上述地方可能发生明显的马蹄形蚀坑或管壁明显变薄。海水流到这些地方，容易发生紊乱，对管材内壁造成较大的冲击，使得管子连接处出现不太规则形状的凹坑或管壁变薄的现象，这些部位容易出现局部腐蚀。在弯头处，除通常的水流、沙石冲击外，还存在“空泡”引起的腐蚀。含沙百分之一的海水以每秒米的流速连续冲刷涂敷弯头，六个月后即可磨光100微米的敷层。船舶海水管道的连接方式严重影响海水管道的腐蚀。管子连接之间的缝隙处易因缝隙腐蚀而破损，管子连接处的下段易形成湍流而破损。异金属接触也影响海水管道腐蚀。如纯铜管与装有铜镍合金管子的冷凝器连接时，都会加速管道腐蚀。管子一般采用法兰连接，焊接处焊缝要做特殊处理，否则会加重腐蚀，异金属接触也影响海水管道的腐蚀。2.6 海生物的影响海生物的影响腐败的原因：一是使水层中含氧量增加；二是海生物活动中放出CO2或残余的海生物分解出H2S，从而使周围海水酸化，二者都导致海水管系腐蚀速度增加。海水温度上升又使海水中微生物增多，进一步加速了管系的腐蚀。不同的金属和合金在海水中被海生物污染的程度是不同的，铜及其合金被海水物污染的速度就比钢被海生物污染的速度要小得多。2.7 管系的维护保养管系的腐蚀问题与船员的维护保养密切相关，船员较差的维护保养技术是影响腐蚀的重要因素，在海水管路腐蚀初期，不采取任何防腐措施放任管路腐蚀，将造成腐蚀严重。3 防止措施海水管系管材腐蚀的防护是个非常复杂的问题，从影响船舶海水管道腐蚀原因中可以看出，船舶海水管道的腐蚀，是诸多因素叠加的结果，消除一个腐蚀原因，只能部分地改善管道的腐蚀，不能完全解决管道的腐蚀问题。所以，海水管系的防腐防污是个综合性的问题，大致要综合考虑以下几项内容。3.1 合理选材选用海水管道材料时，应首先注意到各种管材的最大允许流速值，如表4所示。对于受流动海水作用较少的管道来说，最大允许流速可以适当提高，纯铜可以为1.5m/s。90-10铜镍合金和镀锌钢可为4m/s。对于受流动海水作用时间少于500小时的管道来说，通常没有最大允许流速的规定。表4 各管材的最大允许流速管材材质允许最大流速 m/sec前苏联推荐法国推荐钢1.0-镀锌钢3.0-纯钢1.21.0铝黄钢-3.0加铁95-5铜镍合金-1.5加铁95-30铜镍合金-4.0加铁95-10铜镍合金-3.0以B10 镍铜为例,英国舰船轮机规范提出了最大流速的限制值(见表5)。B10 镍铜管应注意以下几点:(1) 选用B10 镍铜管作为海水管系材料,应按现行国际通用的规格系列进行选择,尽量避免系列外规格。(2) 应控制B10 镍铜管的流速,尤其应考虑带泥砂等杂质的海水和过滤管系的影响。(3)B10 镍铜管与配件宜采用手工氩弧焊对接连接。(4) 为了使B10 镍铜管在海水中能形成完整的保护片腐蚀产物膜,确保B10 镍铜管的预期使用寿命,B10 镍铜管与配件在对接焊前,一定要清除管端的油污,一则保证焊接质量,二则避免管内局部碳膜的形成。(5)B10 镍铜管道系统在首次接触海水后,应让海水经常不定期流动(在清洁海水中,以大于1 m/ s的流速在管内流动一个星期或30 天) ,防止因沉积而引起局部保护膜的破坏,导致点蚀发生,以在B10镍铜管内表上形成完整的保护膜。表5 B10 镍铜管允许设计最大流速值上述所说最大允许流速系指正常水流的稳流状态下的流速，当水流特别平稳时可提高30%，当水流特别紊乱时，应降低3%。3.2 合理设计尽可能采用直管系和标准化的管子构件，少用套管方式连接，禁止使用卷边的法兰连接。(1) 每一条管道线路都应沿着最短路线通过,尽量少用弯管,弯管半径应统一,弯管段间的直管段长度应不小于1. 52 倍的管径。(2) 尽量减少管路沿线的接头数量,特别是可拆接头数量。(3) 当海水流动方向发生变化时,尽量避免急转。允许在主管道上安装90支管,在其它情况下,应考虑海水流动的方向,宜采用Y形三通。(4) 应尽可能采用标准异型管配件,严禁现场粗制滥造管配件。尽量减少异种金属管子构件的组合，不可避免时应采取金属电绝缘或使用牺牲阳极保护等措施以防止接触腐蚀。3.3 涂层保护金属表面喷、涂、衬、渗、镀上一层耐蚀性好的金属或非金属, 以及将金属磷化、氧化处理, 使被保护金属表面与介质机械隔离降低金属腐蚀。传统的办法有热浸锌等, 现在也有的用涂塑方法的, 效果还好, 只是涂塑后的无缝钢管使用中要注意防止涂层损坏, 涂层一旦局部损坏将导致管路大面积腐蚀; 而且产品在加工过程中一定要严保质量, 防止局部裸露形成腐蚀。此法已在几型船上使用过, 也发现了一些问题, 主要是因为有的管道过于复杂, 涂塑过程中未加以剔除, 导致涂塑质量不过关; 有的是涂塑前焊缝未处理好, 局部有焊渣、飞溅物等, 使涂塑产品出现缺陷; 还有的是涂塑产品装船后, 又动火但又没补塑。3.4 电化学保护常见的有阴极保护和阳极保护，船舶海水管路更多的是采用前者，即采用外加电流阴极保护，将被保护件管路本身接至电源阴极，通以阴极电流，阳极为一个不溶性的辅助件。在阴极电流极化作用下，被保护件处于自身的电化学不均匀所致的原电池腐蚀和外加阴极电流的综合作用下，阴极极化电位降到和阳极电位一样，阳极电流为零，阳极反应停止，电化学腐蚀也就停止。同时管壁产生部分气泡，这与管系中的气泡方向相反，相互抵消，使气蚀及空泡剥蚀大大减轻。根据提供电流的方式，也可采用牺牲阳极法。3.5 电绝缘隔离主要使用在异种金属发生连接的场合, 该状况下易发生电腐蚀。船上海水管路的管材最好统一, 但实际中很难做到, 如管路和设备之间, 紧固件和管路之间往往存在异种金属连接的现象, 电绝缘隔离主要使用在这种场合。通常的措施是在两构件之间或构件与紧固件之间装上不透性塑料制作的填料垫圈和衬套, 有时也使用油漆。3.6 维护保养措施在船舶运行过程中，娴熟的高技术船员的正确维护保养也可大幅降低海水管路的腐蚀问题。在维修过程中，换新管子时避免使用与