某型船海水管路系統腐蝕治理

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(1.海軍裝備部 裝備采購中心，北京 100071；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

海水管路系統是船舶動力系統、電力系統、輔機系統等系統的重要組成部分，用于冷卻機電設備、消防滅火、壓載和沖洗等。根據船舶各類系統的區域劃分，海水管路分布于全船各部位，數量多、空間小、維修保養復雜。海水管路一般為金屬材料，內部輸送介質為海水，大多處于潮濕、高溫的惡劣環境中，海水管系也就必然面臨著嚴重的腐蝕問題[1-2]。海生物生長造成管路堵塞的情況也很嚴重。

海水管路系統的腐蝕，嚴重影響設備的正常運行，甚至會影響艦船的在航率，由海水管系的腐蝕問題帶來的維修造成極大的人力物力損失[3]。船舶的設計和建造各方不懈探索有效的防腐措施，德國KME公司生產的B10、B30銅鎳合金管路在國外艦船海水系統中得到普遍應用。目前國內艦船海水管路材質也由早期的紫銅管改為了B10銅鎳合金管，腐蝕泄漏問題得到較大改善。

1 海水管路系統組成及特點

某型船海水管路系統龐大，且相互關聯，主要包括水消防系統、泡沫滅火系統、日用海水系統、噴淋系統和各類設備冷卻系統等。某型船常用的海水管路系統主要由各類海水泵、通海閥箱、通海閥、海水系統防污保護裝置、各類青銅閥門、濾器、海水減壓閥、海水冷卻設備(空調器冷凝器、海水/淡水換熱器等)、壓力表及壓力表閥、海水管路(B10)、法蘭、墊片、緊固件等組成，這些組件均與海水發生直接接觸。海水系統使用的金屬材料材質種類復雜，基本涵蓋船舶設備常用金屬制造材料，如不銹鋼、雙相不銹鋼、B10銅鎳合金、B30銅鎳合金、紫銅、碳鋼、鋁青銅、錫青銅、錫黃銅。金屬材料在海水中的電位不同，例如：HDR雙相不銹鋼(0.004 V)，316L不銹鋼(-0.011 V)，B10銅鎳合金(-0.110 V)，20號碳鋼(-0.769 V)。

在海水或潮濕環境下，電位不同的金屬互相接觸時，便會發生持續電化學反應，形成異種金屬接觸腐蝕問題[4]。見圖1。

圖1 異種金屬接觸腐蝕形態示意

電位較低的金屬發生陽極反應，金屬原子失去電子，成為金屬離子，即產生腐蝕。

電位較高的金屬發生陰極反應，獲得電子，多余的電子使得海水中的氧和水生成堿根，也可與海水中的陽離子發生反應。

2 海水系統腐蝕現狀

2.1 主要腐蝕問題

海水系統在使用過程中，暴露出海水管路局部腐蝕，海生物堵塞管路等問題。

1)海水管系閥門腐蝕。閥門易出現兩類漏水情況：①為閥門內漏；②為閥桿處海水外漏。主要表現在消防系統和日用海水系統中：部分閥門內漏，閥門出現關不嚴的現象；閥門使用過程中，閥桿和密封填料之間出現漏水現象等。

水消防系統減壓后為獨立式空調器、分體式空調和冷藏機組等設備提供冷卻水，在冷卻水管路的減壓閥組中，出現旁通截止閥、安全閥腐蝕，導致安全閥超壓泄放后不能復位，將海水泄放至安全閥泄放管所在的艙室。

2)海水管路腐蝕。在管路焊縫附近容易出現腐蝕穿孔現象，海水管路表面凝水產生的腐蝕情況較為普遍。海水管路上的連接支管上出現腐蝕環，水消防系統無耗管上出現砂眼，腐蝕嚴重。水消防系統的B10無耗管與主管連接處的上方出現規律性的環狀腐蝕圈，見圖2。

圖2 消防管路法蘭連接結構銹蝕嚴重

3)海水管路海生物堵塞。由于海水管路上的截止閥、減壓閥組被紫貽貝等海生物嚴重堵塞，造成冷卻設備海水流量和壓力均不滿足要求，無法正常使用，維修和清理不方便。日用海水冷卻系統的閥件、管路和空調器的盤管處堵塞較為普遍。堵塞的海生物(包括貝殼、海草等)導致設備自帶的精濾器或管路及閥件等頻繁堵塞的現象，導致設備不能正常工作，見圖3。

圖3 海生物堵塞管路狀況

2.2 現有腐蝕治理手段

海水管路腐蝕修理過程中，一般采用包覆、補焊、更換管路或附件等方式。傳統的管系維修方法，起到了堵漏、暫時消除安全隱患的作用，但未能從源頭上減緩管系腐蝕速度，難以徹底消除安全隱患，經常出現腐蝕治理后同一部位再次發生相同腐蝕問題的現象，與管系設計要求及使用壽命要求存在較大差距。

3 海水系統腐蝕原因分析

3.1 閥門腐蝕原因分析

閥門的閥體、密封面、閥桿為不同種金屬，在內部海水環境下，閥門部件出現異種金屬接觸腐蝕。閥門海水進出口法蘭材質一般與連接管路的材質不同，緊固螺栓一般為鍍鋅碳鋼或不銹鋼，管路與閥門連接時，若電絕緣處理不好，存在異種金屬接觸腐蝕。

圖4展示了截止閥閥盤密封面腐蝕形貌。采用硬密封閥盤的閥門，其密封面接觸腐蝕、縫隙腐蝕問題較為突出，密封口劃傷磨損現象明顯。

圖4 海水閥門硬密封閥盤腐蝕形貌

青銅閥門腐蝕問題，主要是由于閥盤密封面之間存在一定的縫隙，長時間海水浸泡環境中使海水介質處于滯流狀態，引起縫內金屬的縫隙腐蝕；海生物、海水中砂泥、積垢等沉積在密封面表面，也加速縫隙腐蝕的發生[5]。

3.2 海水管路腐蝕原因分析

海水B10管路腐蝕穿孔的主要原因如下。

1)發生湍流磨損腐蝕。在海水管路系統中，當流體方向改變時，流體容易產生紊亂，如分流處、匯流處、彎管處、變徑和焊縫附近等。由流體或含有顆粒、氣泡的流體直接不斷沖擊金屬表面所造成的腐蝕稱為湍流磨損腐蝕[6]，伴隨空泡腐蝕的綜合作用。根據現場管路情況，B10無耗管均為插焊至消防主管路，造成該部分海水管路處于紊流狀態，易造成管路腐蝕，見圖5。

圖5 插焊支管示意

2)發生點蝕腐蝕。金屬表面一些鄰近的地方由于金屬離子或氧濃度的差別，產生局部的微電池反應[7]，造成氧濃度低的金屬優先溶解，成為點蝕坑。銅合金在海水中由于微生物附著等造成的沉積物腐蝕，在水面附近氧濃度差造成的水線腐蝕、以及在有氣體、液體流沖擊下發生的沖擊腐蝕，其發生的局部腐蝕均與點蝕機理一樣，在一定程度上都可以將這些腐蝕視為點蝕的特例。

3)異種金屬腐蝕。管路與設備連接部位的兩端法蘭一般為不同材質。使用的鋼質緊固件與法蘭也為不同材質，在海水或潮濕環境下，若連接結構處無任何電絕緣措施，電絕緣措施不當或絕緣失效，均會造成連接結構出現異種金屬接觸腐蝕現象。例如，海水壓力表支管為紫銅管，通過螺紋與B10海水管系直接連接，兩者之間電位差約200 mV，不可避免發生異種金屬接觸腐蝕問題。

4)表面凝水腐蝕。法蘭接頭、減壓閥組、部分管路等位置包敷不嚴，空氣與管路直接接觸產生凝水。對于處于濕熱環境中的B10海水管路來說，如果表面未進行涂層防腐而直接包覆保溫層，金屬表面可能發生腐蝕。其腐蝕類似于裸露金屬在大氣中的腐蝕，與濕度、溫度、有害雜質成分等密切相關。

2.3 海水管路海生物堵塞原因分析

造成海水系統污損的海生物主要有貽貝、牡蠣、藤壺等，因海域和季節不同，污損的海生物也不同。當海生物隨海水進入系統后，極易在管壁處附著生長，造成管路、海水濾器、冷卻器、海底格柵等堵塞[8]。特別在海水系統降壓使用情況下，因海生物造成的污損、腐蝕問題更加突出。

4 防腐防污治理方案

4.1 海水管系閥門腐蝕治理方案

1)將安全閥泄放管路引至舷側，避免對安全閥所在艙室造成海水浸泡影響。

2)對于青銅截止閥，在不改變閥門材料的情況下，在密封面處采用橡膠材質，增強密封面的防腐蝕性能。

3)在海水管系的減壓閥組后增加法蘭間式鐵合金犧牲陽極，增強管路及閥件的防腐蝕性能[9]。見圖6、7。

圖6 減壓閥組后增加法蘭間式鐵合金犧牲陽極

圖7 法蘭式鐵合金犧牲陽極

4)在滿足獨立式空調器流量的情況下，通過對獨立式空調器出口處加裝節流孔板或降低減壓閥的出口壓力，調節海水流量，降低流速，減緩腐蝕，見圖8。

圖8 獨立式空調器加裝節流孔板防腐方案

4.2 海水管路腐蝕治理方案

1)B10管段在預制中應采用相應的定型管件避免坡口插焊接。將全船海水管系中插焊連接的支管全部改為標準支管接頭，減少因插焊連接導致的局部湍流引起的腐蝕。

2)消防無耗管與主管連接采用成型管路附件，將所有消防泵無耗管與主管路的連接方式采用與管路同材質的標準附件(壁厚不低于管路壁厚)連接，并增加B10 管路壁厚。無耗管與主路的接口及附件內部需要進行涂環氧處理，涂環氧處理長度不低于50 mm。

3)海水管系的異種金屬的法蘭連接時，其墊片應在芳綸橡膠類合成纖維兩側夾聚四氟乙烯，以保證墊片的電絕緣性。在海水介質的管路中異種金屬的連接處，應采取必要的電絕緣措施，防止異種金屬電位腐蝕[10]。

4)在返廠保修期間，逐段檢查海水管路，對腐蝕較為嚴重的海水管路部分(如有腐蝕沙眼)進行更換。

4.3 海水管路防污治理方案

1)通海閥箱內壁及通海格柵噴涂與水線下防護年限一致的防污漆。

2)在水消防系統、冷水機組海水冷卻系統、冷藏機組海水冷卻系統、淡水制備系統等海水系統的濾器處，加裝電解銅防污裝置[12]。

3)在海水冷卻系統中，減小通海閥處濾網孔徑，適當減小第一級海水濾器的過濾孔徑，后續再進行二級過濾。

4)在減壓閥組前加裝二級精濾，見圖9。

圖9 減壓閥組前加裝二級精濾

5 結論

海水管路系統存在的腐蝕問題主要表現：閥門等附件的腐蝕、管系腐蝕和海生物生長造成管路堵塞。異種金屬接觸導致管路及附件連接處出現腐蝕，是比較突出的腐蝕原因。文中從閥件腐蝕、管路腐蝕和海生物三個方面，提出海水管路系統防腐防污綜合治理方案，包括加裝犧牲陽極、使用軟密封閥門、使用B10標準支管、加裝電絕緣措施和加裝電解銅防污裝置等防腐防污措施。該方案已經得到了實船驗證，并取得較好的防治效果。