基于極化理論的船用空氣冷卻器海水腐蝕的研究

方小明

（福建船政交通職業學院，福州　350007）

基于極化理論的船用空氣冷卻器海水腐蝕的研究

方小明

（福建船政交通職業學院，福州350007）

基于極化理論研究空氣冷卻器海水腐蝕的機理，找出空氣冷卻器預防海水腐蝕的有效方法，在實踐中采用犧牲陽極陰極保護法指導空氣冷卻器的防海水腐蝕，確保柴油機安全運行。

極化理論；空氣冷卻器；原電池反應；海水腐蝕

0　引言

當前船舶為了提高航行的經濟性，幾乎都對待吸入空氣采用廢氣渦輪增壓器增壓和空氣冷卻器冷卻以提高其密度，而空氣冷卻器又直接用海水冷卻，海水對其腐蝕是值得研究解決的復雜問題。空氣冷卻器能否正常運行關系到船舶柴油機運轉可靠與否，因此找到一些切實可行防海水腐蝕的措施尤為必要。

1　基于極化理論的陰極保護的原理

金屬在海水中發生腐蝕，實質上就是原電池反應持續進行，電池反應使陽極金屬發生氧化反應Fe—2e→Fe2+，陽極金屬不斷遭到腐蝕；陰極金屬發生還原反應，氫離子不斷從陰極獲得電子e而還原成氫氣2H+十2e→H2↑。當主要材料分別為鐵和銅的船機件同處在海水中，由于鐵比銅的電極電位低，鐵發生氧化反應被腐蝕，而銅發生還原反應，得到保護。

金屬在電解質溶液中發生電化學腐蝕時，陽極金屬發生氧化反應而被腐蝕，因此可用陽極電流密度表示其發生電化學腐蝕速度。電化學腐蝕速度通過計算陽極電流密度可以求得，但其與在腐蝕電路中觀察到的實測值差異很大，實測中當原電池外電路接通后瞬間有一個很大的起始電流，但是幾分鐘后驟降，不到起始電流的1/30。

原電池的極化作用是電流通過時腐蝕電池兩極間電位差減小，引起工作電流強度降低的現象。腐蝕電路中電流強度的減小不是因為電阻的變化，它是由電池中兩極間電位差變化所致。腐蝕電池的極化包括陽極的陽極極化和陰極的陰極極化，不過兩者的極化程度和方向不相同。電流通過時陽極電位向正的方向變化稱為陽極極化；電流通過時陰極電位向負的方向變化稱為陰極極化。極化作用的結果會降低腐蝕速度。極化作用是由于電池中電子遷移速度比電極反應速度快的結果。陰極保護就是將被保護金屬陰極極化以減輕或防止金屬腐蝕的方法。若想使鐵和銅都不被腐蝕，需將一塊電位比銅和鐵更低的金屬鋅接到銅鐵構成腐蝕原電池回路中。由于鋅板的電化學活性較強，連接后鋅板有大量的過剩電子沿導線流入銅板和鐵板，回路中的電流方向是從鐵板和銅板經導線流入鋅板，再由鋅板經海水流回鐵板和銅板，鐵的腐蝕電流逐漸減小至零，鐵板不再產生腐蝕，即得到了保護，而鋅板卻受到了腐蝕。

2　海水腐蝕的特點

船上常發生的海水腐蝕一般為局部腐蝕，對船機零件的工作和使用壽命都會產生很大負面影響。海水由于含鹽度高而成為腐蝕性介質，鹽分總量為3.5%—3.7%。全球四大海洋中海水的成分和總鹽度恒定，海水中的鹽類主要是氯化物和硫酸鹽。由于海水能離解鹽類，所以海水是一種導電性很強的電解質溶液。另外海水經久不息地流動，含氧量很大，表層海水幾乎被氧飽和，所以海水的腐蝕性強度可想而知。遠洋船舶常年航行在海上，吃水線上部分被海洋大氣包圍，吃水線下部分浸入海水中，這樣與海水接觸的零部件都受到嚴重的腐蝕，直接用海水冷卻的設備也極易發生海水腐蝕，如柴油機的空冷器、冷卻器、冷凝器、空氣壓縮機的機體、各種海水管等，冷卻器的鑄鐵管在海水腐蝕作用下壽命大大縮短，只能使用3—4年。海水中的大量氯離子，能使零件金屬表面的氧化膜遭到破壞，因而海水對大多數金屬有很強的腐蝕作用。鋼鐵在海水中的腐蝕速度為0.13mm/y。如果海水流速增加、海水溫度升高等還會加速海水腐蝕速度。另外，海水中含氧量、pH值、海洋生物等物理、化學諸因素都會影響海水腐蝕速度。

3　陰極保護防止船用空氣冷卻器海水腐蝕的實施

陰極保護就是利用電化學腐蝕原理使被保護零件成為陰極則可防止腐蝕。犧牲陽極保護法，即在被保護零件上安裝電位更低的金屬使之成為陽極，被保護零件成為陰極而不被腐蝕。本質上是把電子不斷地輸給被保護的金屬。犧牲陽極保護中所需的電子是由犧牲陽極的溶解所提供的。犧牲陽極材料要選活潑的有色金屬，常用的有鋅、鋁、鎂。為了有效地發揮保護作用，犧牲陽極的電位還要足夠負，陽極極化率要小，特別是表面不能生成保護性的腐蝕產物膜，陽極溶解要均勻。犧牲陽極保護法安裝簡單，不需要直流電源，對周圍設備的干擾小。但犧牲陽極消耗大，難以調節在最佳保護電位，且提供的電流較小。

目前空氣冷卻器的管束材料主要成分是銅的銅鎳臺金，管板和高、低壓水室封頭（冷卻器端蓋）材料一般為鋼材，這樣在海水流過時就自然發生嚴重電化學腐蝕。目前船上都采用犧牲陽極保護法來防腐蝕，選擇成本較低的鋅作為陽極被廣泛用作防海水腐蝕。

4　陰極保護案例

某船柴油機的空氣冷卻器直接用海水冷卻，采用非陰極保護的方法防海水腐蝕，如涂防護層，用不了多久，一般不到一年，殼體就被腐蝕泄露，嚴重影響了柴油機的安全運行。而采用Zn—Al—Cd三元鋅陽極作為犧牲陽極，焊接安裝在空氣冷卻器的殼體端板封蓋的內側，壽命延長了很多，海水腐蝕幾乎減低為零，但在運行中，犧牲陽極持續的損耗，要及時檢查和更換，以保障柴油機的運行可靠。

5　結語

空氣冷卻器的腐蝕問題由來已久，一些傳統的方法短時間有效，但船舶長期航行在海上，要求長時間安全可靠的運行是必要的。基于極化理論的犧牲陽極陰極保護可長期有效地防止空氣冷卻器海水腐蝕問題，從而保障了船舶安全航行。

［1］夏蘭廷.金屬材料的海洋腐蝕與防護［J］.北京：冶金工業出版社，2004.

［2滿一新.輪機維護與修理［J］.大連：大連海事大學出版社，2002.

（編輯 趙欣宇）

Study on the Corrosion of Air Cooler Based on Polarization Theory

FANG Xiaoming
（Fujian Chuanzheng Communications College，Fuzhou350007，China）

Based on the theory of polarization，the mechanism of seawater corrosion of air cooler is studied，and the effective method to prevent seawater corrosion by air cooler is found.In practice，the sacrificial anode cathode protection method is used toguide the anti-seawater corrosion and toensure the safe operation ofdiesel engine.

polarization theory；air cooler；galvanic cell reaction；seawater corrosion

G712

B

1672-0601（2015）12-0100-02

2015-10-04

方小明（1975-），學士，講師。主要研究方向：輪機工程技術。