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摘要：海航船舶受到海水冲刷侵蚀。海水作为一种很强的腐蚀性介质，对船舶钢质外板有很强的腐蚀性。对于长期处于海水中的船体而言，腐蚀问题更显突出。本文首先对船舶的腐蚀机理进行分析；然后，对船体阴极外加电流保护系统进行相关计算，为该类型船舶在船体设计中采用阴极保护装置提供参考。
关键词：船舶腐蚀外加电流阴极保护
1船舶腐蚀与腐蚀防护
1.1腐蚀的基本原理
船体腐蚀的基本原理就是金属原电池反应。船体金属在海水电解质溶液中，形成微电池，在电池阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，导致金属的电化学腐蚀。由于船舶船体金属不是纯净金属铁，存在多种金属元素。两种金属之间存在电位差，两种金属处于同一电解质中，形成电池腐蚀。腐蚀的基本过程可表示如下：阳极金属，发生氧化反应，发生腐蚀：Fe→ Fe2++2e-阴极金属，发生还原反应，无腐蚀。
1.2船体腐蚀的常见防护措施
船舶的腐蚀防护直接关系到船舶的使用寿命和航行安全。船体腐蚀防护最基本的手段就是油漆涂装。通常在船舶建造中，船体金属表面经过表面处理工艺处理，然后选用合适的船体涂装油漆，以多次喷涂等涂装工艺技术，使油漆以一定厚度均匀覆盖在船体金属表面，形成连续的、完整的、致密的涂层，将船体金属表面与外界腐蚀环境相隔离，达到防腐蚀的目的。另外，船舶长期在海水中航行，油漆涂覆有破损等的情况。所以在船体防腐中，只有油漆涂覆是不够的，通常会在船舶设计中增加阴极保护措施。阴极保护的基本原理，就是采用比船体金属电位更负（化学性更加活泼）的金属或合金，与被保护的船体金属连接，依靠该金属或合金不断地腐蚀融解所产生的电流使被保护的船体金属获得阴极极化，从而得到保护；或者给船体金属持续强加一个与金属腐蚀时产生的腐蚀电流方向相反的直流电，同样可使其在整体上构成阴极，便可使船体免受腐蚀。
2系统参数计算
本文案例船舶，船体采用外加电流阴极保护系统，压载舱、冷却系统等部位采用牺牲阳极保护（本文不做讲解）。按照《船体外加电流阴极保护系统》进行保护电流密度的选取，船体参数、保护电流密度的选取如表1所示。该船所需阴极保护电流：I总＝S1×i1＋S2×i2＋S3×i3＋S4×i4＝176.76A，因外加电流阴极保护系统需长期连续运行，应考虑系统裕量和冗余设计，经过综合计算和选型，恒电位仪选用2台120A/20V开关电源型恒电位仪，参比电极、辅助阳极参照《船用参比电极技术条件》和《船用辅助阳极技术条件》进行设计，系统成套表如表2所示。
表1船体参数、保护电流密度
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表2外加电流阴极保护系统成套表
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3系统布置要求
3.1恒电位仪
恒电位仪：将交流电转换成低压直流电，输出保护电流。恒电位仪选用2台120A/20V开关电源型恒电位仪，其应安装在便于操作管理的舱室。恒电位仪安装完成后，应测量绝缘电阻（冷态），用500V兆欧表分别测量恒电位仪三相电源输入端与机壳间的绝缘电阻，其应≥10MΩ。
3.2辅助阳极
辅助阳极：连接恒电位仪的正极，将保护电流经过海水传递到船体。辅助阳极选用8套CYB型辅助阳极，其布置在螺旋桨上方2套，艉部至舯部左、右舷各布置3套，高度在水线以下约1.5m，两舷对称安装。辅助阳极安装完成后，阳极体或导电杆与阳极密封填料函或水密装置之间的绝缘电阻，在干燥状态下应＞1MΩ。辅助阳极安装完毕后，对水密装置内部充气196kPa进行密封性能检查，历时15min不漏气。
3.3阳极屏蔽层
阳极屏蔽层：使辅助阳极的输出电流分布到较远的船体表面，提高保护电位分布的均匀性。阳极屏蔽层材料选用H8702-5型环氧腻子涂料，涂敷尺寸原则是确保阳极屏蔽层边缘处船体电位负于船体涂层的最大保护电位，《船体外加电流阴极保护系统》附录B2计算取整，阳极屏蔽层的尺寸为3000×2000mm，厚度由辅助阳极边缘向外逐渐减薄，厚度0.5～3.0mm。
3.4参比电极
参比电极：测量船体电位，将测量的船体电位反馈到恒电位仪。参比电极选用4套CCY型参比电极，每台恒电位仪使用两套，纵向布置于左、右舷辅助阳极中间，与辅助阳极高度一致（约水线以下1.5m）。参比电极安装完成后，参比电极体或导电杆与电极密封填料函或水密装置之间的绝缘电阻，在干燥状态下应＞1MΩ。参比电极安装完毕后，对水密装置内部充气196kPa进行密封性能检查，历时15min不漏气。
3.5接地装置
螺旋浆轴、舵接地：通过接地装置使螺旋浆轴、舵柱与船体形成良好的电性连接，增加系统对螺旋浆、舵板保护的可靠性。螺旋桨轴接地：在船舱内的螺旋桨轴上加装铜滑环和电刷，使螺旋桨与船体保持良好的电接触，每根轴上装三只电刷，两只接船体，使保护电流通过。第三只与船体绝缘安装并连接到电位监测表，测量螺旋桨对地电位差，轴在转动时电位差应≤100mV。舵接地：在舵机舱内用截面积≥25m 2的船用软电缆使舵柱与船体相连，接地电阻应＜0.02Ω。
4系统调试方法及注意事项
4.1系统接线检查
船体外加电流阴极保护系统接线包含：输入电源、辅助阳极、阴极、参比电极、延伸报警信号、零位接地、机壳接地、螺旋浆轴接地、舵接地。系统接线完毕后，需对接线正确性进行检查，应特别注意：（1）辅助阳极和阴极切勿接反，如果接线错误，将会加速船体腐蚀；（2）参比电极零位接地应单独接地，严禁与阴极相连，否则将引起电位测量误差；（3）参比电缆屏蔽线应与零位接地相连，可有效防止参比电极信号干扰；恒电位仪机壳必须良好接地。
4.2自动工况调试（恒电位工作模式）
（1）用万用表AC 750V档测量恒电位仪的输入电源是否正常；（2）恒电位仪开机，设定为恒电位工作模式；（3）选择其中一只参比电极为参考参比电极（自动工况电位数据反馈）；（4）设定电位为-0.80～-1.00V（2台恒电位仪的设定电位值保持应一致，且同步运行），观察各参比电极的测量电位、总输出电流、各辅助阳极电流、输出电压；（5）船舶无论在系泊或航行状态，恒电位仪的恒定电位应该保持不变（控制误差±20mV），其它数据在额定值范围内变化为正常现象。
5结束语
《船体外加电流阴极保护系统》规定，在海水中船体钢板的保护电位范围相对于银/氯化银参比电极应达到-0.80～-1.00V，特殊情况下，当阳极布置位置受到限制时，保护电位范围可为-0.75～-1.00V。该船外加电流阴极保护系统调试完成、投入运行后，船体保护电位满足设计和实际使用要求，达到了阴极保护效果，可以有效预防船体腐蚀，延长船舶的使用寿命。
参考文献
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