內(nèi)河船舶船體陰極保護系統(tǒng)的應(yīng)用研究

袁東軍 錢斌

摘要：文章從船舶陰極保護分析入手，論述了內(nèi)河船舶船體陰極保護系統(tǒng)的應(yīng)用。期望通過本文的研究能夠?qū)Υ笆褂脡勖倪M一步延長有所幫助。

關(guān)鍵詞：船舶;恒電位儀;陰極保護

1船舶陰極保護

在內(nèi)河上行駛的船舶，不可避免地會受到水體的腐蝕，一旦船體遭受腐蝕，不但會縮短船舶的使用壽命，而且還會導致安全風險增大。所以必須采取行之有效的措施，對船體進行防蝕處理。防腐涂層與陰極保護是船舶腐蝕防護較為常用的方法，通過在船體上涂刷防腐涂層，能夠有效降低船體腐蝕的幾率，而陰極保護系統(tǒng)則是對防腐涂層的補充。不同的金屬有著不同的電勢，陰極保護系統(tǒng)就是通過對這些不同電勢的合理運用，對船體上的金屬起到保護效果。船舶可以采用的陰極保護方式有兩種，一種是外加電流，另一種是犧牲陽極。外加電流是以直流電源對電流進行輸出，由于電源本身的輸出具有可調(diào)的特性，加之陰極數(shù)量相對較少，整個系統(tǒng)的使用壽命更長，故此在船體防蝕中應(yīng)用的陰極保護系統(tǒng)基本上采用的方式都是外加電流。陰極保護系統(tǒng)中，外加電流方式的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2內(nèi)河船舶船體陰極保護系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1系統(tǒng)設(shè)計思路

對于船體陰極保護系統(tǒng)而言，保護電位是非常重要的指標之一，該指標除了能夠?qū)ο到y(tǒng)的性能進行評估之外，還能對整個系統(tǒng)起到一定的控制作用。實踐表明，內(nèi)河船舶采用陰極保護系統(tǒng)時，只有保護電位達到一定范圍時，船體才能夠得到有效保護。通過對現(xiàn)有外加電流陰極保護系統(tǒng)的構(gòu)成情況進行分析后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中保護電位的檢測是相關(guān)工作人員以手動的方式完成。同時，根據(jù)檢測到的結(jié)果，對保護狀態(tài)進行判斷。當發(fā)現(xiàn)保護電位超出預先設(shè)定好的范圍時，需要以人為的方式對電源的輸出進行調(diào)節(jié)，從而達到改變保護效果的目的。針對現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，并在充分考慮船舶運行需要的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中，增加一個監(jiān)測模塊，借助該模塊對保護電位進行實時監(jiān)測，確保陰極保護的評估效果更加準確。同時還能減輕工作人員的勞動強度?；谶@一思路，本次設(shè)計開發(fā)的船體陰極保護系統(tǒng)由兩個部分組成：一部分是保護控制，另一部分是監(jiān)測。

2.2保護控制系統(tǒng)的設(shè)計

保護控制系統(tǒng)由供電裝置和輔助陽極組成，前者具有反饋調(diào)節(jié)功能，后者需要具備穩(wěn)定的性能。

2.2.1供電裝置

本次設(shè)計的陰極保護系統(tǒng)采用的是外加電流的方式，其核心部分是恒電位儀，它是一個負反饋放大-輸出系統(tǒng)，具有恒電位和恒電流功能，除了可以為船體提供陰極保護電流外，還能依據(jù)船體表面的電位，對保護電流的大小進行自動調(diào)節(jié)。在陰極保護技術(shù)快速發(fā)展的推動下，恒電位儀也隨之得到快速發(fā)展，各方面功能日趨完善，如多通道電源、數(shù)據(jù)通訊接口等等。計算機系統(tǒng)能夠以測量電位的反饋計算作為依據(jù)，經(jīng)通訊接口，對恒電位儀的輸出電壓與輸出電流進行控制，由此達到對船體表面電位進行有效控制的目的。在本次設(shè)計中，選用多通道恒電位儀，該設(shè)備的核心為單片機，以信號比較為前提，利用閉環(huán)控制的方法，對電源的輸出電壓或是輸出電流進行調(diào)節(jié)，使船體表面的電位始終維持在一個穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，從而使船體得到保護，避免腐蝕問題的發(fā)生。

在本次設(shè)計中，恒電位儀的輸出控制有兩種方式，一種為手動，另一種自動。相關(guān)的控制軟件安裝在工控機內(nèi)，可以根據(jù)實際需要，對具體的控制方式進行合理選擇。在對恒電位儀進行選取時，應(yīng)當以船體陰極保護系統(tǒng)的運行環(huán)境作為首要考慮因素，確保所選的恒電位儀對環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。在對各種因素進行綜合考慮后，最終決定選用國內(nèi)某公司研發(fā)的PPS3205T-3s作為實驗過程中的供電裝置。之所以選擇該設(shè)備主要是因為它的穩(wěn)定度比較高、漂移低，并且還具備數(shù)字化可編程、多重保護方式、風扇智能化控制等功能。

2.2.2輔助陽極

輔助陽極的主要作用是使外加電流能夠有效地分布于船體的表面，從而起到保護效果。作為船體陰極保護系統(tǒng)中的重要組成部分之一，輔助陽極需要長期處于水環(huán)境當中，為確保陰極保護系統(tǒng)的作用能夠得到全面發(fā)揮，除了要選則性能優(yōu)異的輔助陽極之外，還必須保證布置的合理性。輔助陽極的性能與布置要求如下：所選的輔助陽極除了要具備足夠的機械強度之外，還要抗沖刷，質(zhì)量越輕越好，并且要易于安裝;在介質(zhì)當中應(yīng)具備優(yōu)異的導電性能，極化越小越好，能夠耐電解腐蝕，消耗率小，使用壽命長;可塑性強，能按照使用需要，制成相應(yīng)的形狀，并且要有良好的水密性;為確保電位在船體上的均勻分布，輔助陽極應(yīng)均勻、對稱布置在船體表面;不得將輔助陽極布置在船體特殊區(qū)域附近;在輔助陽極區(qū)域內(nèi)應(yīng)當設(shè)置陽極屏，以此來避免涂層剝落的情況發(fā)生。

本次設(shè)計中，對輔助陽極進行選擇時，應(yīng)滿足以上要求，經(jīng)過比較后最終決定選用混合金屬氧化物MMO。之所以選擇這種材料作為輔助陽極，主要是因為它具有非常高的電催化活性和化學穩(wěn)定性，適用于水環(huán)境，自身損耗相對較小，性價比高。

2.3監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

在船體陰極保護系統(tǒng)中，監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用是對電位進行實時監(jiān)測，該系統(tǒng)由兩個部分組成：即硬件與軟件。當參比電極采集到相關(guān)保護電位后，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換后，傳給實時監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過分析處理，便可得到實時保護電位曲線。在曲線當中，橫坐標為時間，縱坐標為監(jiān)測點位，系統(tǒng)能夠自動繪制出監(jiān)測點位隨著時間發(fā)生的變化情況。借助實時監(jiān)測功能，可以更加直觀了解陰極保護系統(tǒng)對船體產(chǎn)生的保護效果，尤其是在系統(tǒng)故障時，在監(jiān)測曲線中能及時發(fā)現(xiàn)故障，給系統(tǒng)維修提供了依據(jù)。

2.4模擬試驗

為進一步驗證本次設(shè)計開發(fā)的陰極保護系統(tǒng)的可行性，采用模擬試驗的方法，具體過程如下：

2.4.1試驗步驟

對試驗水池進行全面清潔，然后向池內(nèi)注入自來水，同時將參比電極與輔助陽極安裝到模型船上，在船體表面制造出破損涂層，可將破損率設(shè)定在2-5%;將陰極保護系統(tǒng)的各個回路連接好，檢測連通性，確認正常后，將壓載塊放入模型船內(nèi)，使船達到一定的吃水狀態(tài);開啟恒電位儀與監(jiān)測系統(tǒng)，對電源輸出進行控制，觀察測點的電位，直至曲線達到穩(wěn)定。

2.4.2結(jié)果分析

在模擬試驗的過程中，模型船上破損的區(qū)域并未出現(xiàn)銹蝕的情況，由此表明，船體得到有效的陰極保護，說明本次設(shè)計開發(fā)的陰極保護系統(tǒng)在船舶防蝕中具有良好的可行性，可以推廣應(yīng)用。

3結(jié)論

綜上所述，內(nèi)河船舶受到水環(huán)境的影響，船體常常會被腐蝕。為降低腐蝕的發(fā)生幾率，可對陰極保護系統(tǒng)進行合理運用。本次設(shè)計開發(fā)的陰極保護系統(tǒng)為外加電流的方式，借助監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)﹄娢贿M行實時監(jiān)測，大幅度提高了陰極保護的可靠性。

參考文獻

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