鋼質艦船海水管路防腐方案及應急措施

喬 婧，卜 遜，盧欽泉，馮峙錦，袁夢瑤

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

1 前言

鋼質艦船海水管路容易出現腐蝕現象，嚴重影響船員的工作﹑生活甚至艦船的戰斗力。如何解決海水管路的腐蝕問題成為船廠的一項重要工作。

本文以某出口船為例，海水管路腐蝕情況主要有以下幾點：

（1）主海水管系﹑法蘭采用了銅鎳合金材料，在法蘭間使用了電絕緣組件，其使用頻率不高﹑腐蝕情況較好，沒有發生大面積的腐蝕；

（2）非主要海水管系有較嚴重的腐蝕情況，如冷水機組管路﹑獨立式空調海水進出管路等使用頻繁的系統，管路腐蝕情況較為嚴重；

（3）海水系統的閥件大量損壞，基本都是由于閥芯﹑閥座破損造成的閥內部漏水﹑關不死等現象導致的。

2 海水管路腐蝕原因分析

海水管路腐蝕現象，按腐蝕原理主要分為：自然腐蝕﹑沖刷腐蝕和電化學腐蝕[1]。其中，電化學腐蝕是主要原因，也是本文研究的重點。

（1）自然腐蝕：是指海水管路在自然環境中發生的腐蝕現象，具有均勻腐蝕的特點。以海水管路常用管材B10管為例，平均腐蝕速率為0.01～0.02 mm/年[2]，其影響是甚微的；

（2）沖刷腐蝕：是指海水管路與腐蝕液體（海水）之間由于高速相對運動引起的腐蝕。沖刷腐蝕與流速有關，隨著流速的增加，海水管路的腐蝕速率隨之增加。由于海水中泥沙較多，相對于其他流體沖刷腐蝕較為嚴重，遇到產生紊流的零件(如節流閥﹑減壓閥﹑三通接頭等)時會產生湍流，導致沖刷腐蝕加劇；

（3）電化學腐蝕：即金屬在酸﹑堿﹑鹽等電介質溶液中由于原電池的作用而引起的腐蝕。海水作為電介質溶液，具有低電阻﹑含侵蝕性氯離子的特點，在海水環境中異種金屬發生電連接組成電偶，電流由一種金屬流到另一種金屬，電勢較低的金屬會被加速腐蝕。

海水管路中，電化學腐蝕大致可分為以下兩種：

（1）海水管路焊縫部位的電化學腐蝕：發生腐蝕的主要原因是焊縫和母材的成分有較大差異，導致其電極電位差很大，在海水作用下母材與焊縫相鄰區域發生電偶腐蝕，電極電位低的母材部分被腐蝕減薄；其次，海水管路中焊縫部位為熱影響區組織，熱影響區組織中粗大的晶粒也加劇了腐蝕過程，因為其晶界處含有較多雜質，其能量高﹑電極電位最低，容易優先被腐蝕而造成整個晶粒的脫落，加速了腐蝕破壞過程；

（2）海水管路異種金屬連接處的電化學腐蝕：海水管路中兩種不同的材料接觸時，由于材料之間成分﹑電極電位等差別，也會造成腐蝕。在腐蝕領域，異種金屬接觸腐蝕又被稱為電偶腐蝕。當發生電連接的不同金屬組成電偶暴露于電解質中時，會有電流由一種金屬流到另一種金屬，同時電勢較低的金屬腐蝕被加速，電勢較高的金屬腐蝕被減緩。電偶腐蝕的存在，除了可加速陽極構件腐蝕破壞外，還可誘發點蝕﹑縫隙腐蝕﹑應力腐蝕等破壞形式，因此電偶腐蝕是工程設計中必須考慮的重要問題。

3 海水管路腐蝕解決方案

3.1 沖刷腐蝕的預防

（1）海水管路的選材和流速控制

除部分平時無水的干管如水幕系統﹑噴水系統和浸水系統采用紫銅管及相應青銅附件外，海水管系主要選用B10管：配套的變徑管﹑彎頭﹑三通管等附件與管材同材質；B10管管內流速需控制在表1范圍內。

表1 B10管管內流速控制表

（2）海水管路的設計

管徑突變是造成沖刷腐蝕的主要原因，當不能消除時則采取直徑漸變的過渡段，使管路內紊流減至最小；對所有產生紊流的零件(如節流閥﹑減壓閥﹑三通接頭等)，其下游處盡可能設置長度一般不小于6倍管徑的直管段，如圖1所示；管系的管徑應不小于泵出口的通徑，使管路上的流通面積等于或大于泵出口的截面積。

圖1 管路直徑漸變形式及過渡直段長度示意圖

3.2 電化學腐蝕的預防

3.2.1 焊縫部位電化學腐蝕的預防

（1）選擇合適的焊絲：焊絲成分與管材成分相當或者Ni含量略高于管材，如B10管應選擇B30焊絲，若選用B10焊絲焊接則會導致氣孔缺陷多，焊接質量難以保證[3]；

（2）減少焊縫熱影響區晶粒長大：應采用能量集中的熱源進行焊接，盡量減少火焰焊接或減少火焰焊接時火焰加熱時間。具體可按下列方法操作：

① 當采取對接型式焊接時，應盡可能采用自動鎢極氬弧焊進行焊接，以盡量減少人為因素對焊接質量的影響，確實不能采用自動鎢極氬弧焊的才能采用手工鎢極氬弧焊進行焊接；采取搭接型式時，用手工鎢極氬弧焊進行施焊；

② 采用鎢極氬弧焊時，管內應充純度≥99.9 9%的氬氣（見圖2）；

圖2 B10管路的焊接方法

③ 氬氣進入管子前應考慮避免管子﹑焊絲出現低溫；管內氬氣流量約8 L/min，注意避免氬氣從焊接區

④ 焊接可以采用管件轉動或焊槍轉動：根據管件所處的位置角度選用焊接順序如圖3所示（盡量不采用A.A位施焊）；

圖3 B10管路的焊接順序

⑤ 焊接電流應按焊絲直徑選擇，焊接參數見表2。

表2 焊接參數表

3.2.2 異種金屬連接處電化學腐蝕的預防

在海水管系中閥門與船體﹑閥門與管系﹑設備(濾器﹑泵﹑熱交換器﹑主輔機等)與管系﹑儀器儀表與管系等的連接處，如存在異種金屬接觸，除連接要求接地儀器的管路以及與水泵采用撓性接頭連接的管路外，均需采用有效的電絕緣措施防止異種金屬電位腐蝕，一般采用絕緣法蘭的形式。

絕緣法蘭是對具有電絕緣性能的海水管系法蘭接頭的統稱。它包括一對鋼質法蘭（或一只銅質法蘭和一只鋼質相配）﹑法蘭件的絕緣密封墊片﹑緊固件和緊固件絕緣零件。

3.3 海水管路防腐蝕性能提升

艦船海水管系的腐蝕穿孔主要發生在有水流擾動的岔管﹑管接頭以及法蘭等有焊接缺陷的位置。

合理的管道犧牲陽極保護設計，可有效防止船舶海水管系的腐蝕問題。管道犧牲陽極是指在管路中增加電位低的金屬作為犧牲陽極，管路則成為電位高的陰極從而被保護起來。

管道犧牲陽極外殼為銅合金材料，犧牲陽極材料為鐵合金材料：

鐵合金電容量大，不僅保護管道的時間長，同時溶解的產物在被保護的銅合金表面產生亞鐵離子保護膜，進一步使銅合金管得到保護；此外，該管道犧牲陽極的外套選用的材料與管道材質相同并且比管道壁厚，因此即使犧牲陽極材料消耗完也不會出現安全隱患，比較安全可靠。

（1）管道犧牲陽極布置原則

① 通常在易發生腐蝕管段的法蘭位置安裝管道犧牲陽極，不易發生腐蝕的管段如海水流速在管道材質容許內的直管可不安裝。管道犧牲陽極在直管的影響距離可達到10 m，直管段的理論安裝間隔為10 m；

② 應盡量在易發生沖刷腐蝕的彎管﹑支管附近的法蘭處安裝管道犧牲陽極，同時應考慮方便更換；

③ 易產生電偶腐蝕的位置，如與設備連接的法蘭處以及與異種金屬管段相聯的管段法蘭處必須安裝管道犧牲陽極，管道犧牲陽極應與電位更正的材料進行絕緣。

（2）管道犧牲陽極安裝形式陽極安裝形式分為兩種：犧牲法蘭形式和犧牲管段形式兩種（見圖4﹑圖5）。

圖4 犧牲法蘭安裝示意

圖5 犧牲管段安裝示意

3.4 建造過程中的質量控制

建造過程中施工質量控制對防腐效果起著重要的作用：

（1）焊工必須經過嚴格的技術培訓，取得合格證后方可擔任焊接工作；

（2）焊工施焊的材質﹑采用的焊接方法﹑焊接位置及焊接接頭型式等，應與焊工合格證的核準項目相符；

（3）海水管系中電絕緣組件和管道犧牲陽極必須正確安裝，才能有效避免電極電位差導致的電化學腐蝕。

4 海水管路腐蝕的應急措施

當海水管路出現腐蝕情況時，不可用銅焊補焊，因不同材質之間在海水介質中極易產生電極電位差導致腐蝕情況加重，且焊接部位熱影響區組織中粗大的晶粒能量高﹑電極電位最低，容易優先被腐蝕而造成整個晶粒的脫落，加速腐蝕破壞過程；正確的應急措施，是用環氧樹脂纏繞玻璃絲帶固定。

5 結束語

海水系統是艦船管系的重要組成部分，對艦船動力系統的正常運行和船員的工作﹑生活影響極大。海水系統存在焊接難度大﹑泥沙沖刷腐蝕嚴重﹑異種金屬間極易產生電偶腐蝕等特點，相較其他系統更容易出現腐蝕現象。

艦船建造過程中，對于海水系統必須保證合理的管路防腐蝕設計﹑電絕緣組件和犧牲陽極的正確安裝﹑嚴格控制施工質量，才能提高艦船海水管路防腐能力。