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船舶海水管道腐蚀的原因及其防护

来源:中远船务工程有限公司,辽宁大连 作者:张敏丽 时间:2013-06-06 点击:
导读:探讨了船舶海水管道腐蚀的机理和原因。针对海水管道腐蚀的特点,提出了海水管道选材和工艺要求,以及海水管道的防腐蚀对策。
众所周知,海水是含盐浓度极高的电解质溶液,是一种腐蚀性较强的天然腐蚀剂。船舶终年漂泊于海上,受到海水的腐蚀无法避免。船舶海水管道是船舶推进保障系统、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,承担着冷却主辅机、消防、压载、清洗等任务,对于保证船舶动力装置、辅助机械和设备的正常工作具有重要的作用。大多数海水管道处于潮湿、高温的恶劣环境中,安装布置空间狭小,维修保养困难。管道使用的管材多为金属,其必然面临腐蚀问题。在船舶上,管道的腐蚀和由腐蚀而带来的设备损坏,轻者造成生活不便,重者影响船舶的在航率,甚至影响到船上人员和整船的安全。一项由英国海洋工程营运公司所作的失效分析表明:在所有设施失效的事例中,33% 由腐蚀所造成。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来减轻或避免腐蚀,取得了一定的成效。

1 海水管道的腐蚀机理
通过多年来对船舶的海水管道(主要是冷却海水管道)的观察,笔者发现海水管道经常在以下几个位置出现腐蚀问题:管道的拐角处、海底门处、泵的出口处、低温水冷却器海水管出口处。刚开始时出现滴水现象,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。由于海水的温度、溶氧量、海水流速及海生物等诸多因素的变化,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。海水管道常见的腐蚀形式及其腐蚀机理如下:
(1) 接触腐蚀。2 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。裂缝形态有沿晶界扩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道损坏,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 海水管道的腐蚀因素
2.1 管道材质
管道材质的耐蚀性是影响海水管道腐蚀破坏的主要因素,也是管道的固有特性。常用的海水管道材料耐蚀性递增顺序为:钢、镀锌钢、铝黄铜、铜镍合金、70-30 铜镍合金。不同金属材质在静水中的腐蚀速度如表1 所示。
金属在静水中的腐蚀速度
2.2 腐蚀环境
在使用期间,船舶海水管道遭受流动海水的冲刷作用;在关闭期间遭受海水侵蚀或潮湿海洋大气的作用。经常停泊于淡水港内或内河港内的船舶管道,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,而且可能导致硫酸盐还原菌腐蚀,加速管道的破损。南海或赴南海使用较长时间的舰船,其管道腐蚀发生的时间早,产生的问题也严重。这是因为南海的海水和大气温度高,且气候变化交变。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
管道使用时,海水在管内流动,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,会加剧管道的磨蚀和腐蚀: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,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,海水流速超过一定极限后,与海水接触的管道表面不断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,管道腐蚀也就越严重,腐蚀速度与静止状态相比,显著增加。在不同海水流速下,常用金属的空泡腐蚀程度如表2 所示。当海水流速达到或超过一定范围时,冲击和空泡腐蚀将加剧。
表2 在不同海水流速下,常用金属的最大可能腐蚀速度(μm/a)
在不同海水流速下,常用金属的最大可能腐蚀速度
注:空白处表示缺乏分析资料。
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