淺談鋁質船海水管系的腐蝕與防護

摘" " 要：海水管系包含主機與副機冷卻系統、消防水系統、空調冷卻水系統、水幕系統、生活水系統等，管系的合理選材和設計對海水管系本身及整船的腐蝕防護具有重要意義。鋁質船海水管系應與常規鋼質船有別，否則會發生管系或船體的局部腐蝕。本文從鋁質船海水管系材料的選用、管路設計、管路安裝、電化學保護，并結合實際應用情況，梳理出鋁質船海水管系的有效防腐措施，供同行在鋁質船海水管系的腐蝕與防護方面參考。

關鍵詞：鋁質船舶；海水管系；防腐； 陰極保護

中圖分類號：U664.84+1 " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Discussion on Corrosion Protection of Seawater Pipeline of Aluminum Ship

WU Hongliang，" LI Lisheng，" ZENG Yiming，" LIANG Yexin

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation，" Guangzhou 510250 ）

Abstract： Sea water pipe system includes main engine and auxiliary engine cooling system， fie water system，air conditioning cooling water system， water curtain system， domestic water system， etc. The reasonable material selection and design of the pipeline system is of great significance to the corrosion protection of the seawater pipeline system and the whole ship. The seawater piping system of aluminum ship should be diffrent from that of conventional steel ship， otherwise local corrosion would occur to piping or hull. In this paper， from the selection of material， pipeline design， pipeline installation， electrochemical protection and the application of aluminum ship sea water piping system， combined with practical applications， the effctive anticorrosion measures for seawater piping system of aluminum ship are sorted out. It is expected to provide use for reference and reference for the corrosion and protection of seawater piping system of aluminum ship in the same industry.

Key words： aluminum ship;" seawater pipeline;" anticorrosive;" cathodic protection

1" " 前言

海水管系腐蝕伴隨著船舶整個生命周期，是一個較常見、危害程度大且比較復雜而又不可避免的問題。管系的腐蝕、滲漏引發設備損壞和船體腐蝕，輕則造成設備故障、生活不便，重則影響船舶的在航率和壽命，甚至影響到船上人員和整船的安全。鋁合金因具有重量輕、耐腐蝕性強、強度高以及抗沖擊性好等特點，被廣泛應用于船舶制造領域，極大地推動了高速船的快速發展。與鋼制船不同，鋁質船海水管系因為其腐蝕規律和防腐措施有其獨特性，必須針對性的進行深入研究和合理規劃，從建造階段的材料選用、管路設計、管路安裝、電化學保護以及使用維護等方面進行持續有效防腐控制。

2" " 管系材料的選用

鋁質船采用鋁合金作為船體主要建造材料，其優點不僅可以有效減少船體重量，還能夠提高航速。然而，普通船舶配套設備和管路材料主要還是采用鋼、銅或不銹鋼等材質，如果鋁合金船舶的海水管路和附件選擇此類材質，勢必對控制鋁質船總體重量及防腐不利，因此對鋁質船海水管系及附件的選材尤其關鍵。

管路材質的耐蝕性是決定海水管路是否耐腐的主要因素，由于鋁合金與其它金屬電位差較大，海水管系不能使用常規的銅類合金或鋼質材料；同時，高航速是鋁質船追求的主要性能之一，不銹鋼材質因比重大不適合大量使用。因此海水管系重點考慮選用鋁合金、玻璃鋼和鈦合金材料[1]，而管路附件（如海水濾器、海水泵、閥件、換熱器等）因制造難度大，仍需要采用鑄銅、鑄鋁及不銹鋼類材料：

1）鋁合金具有重量輕、耐腐蝕性好、強度高、抗沖擊性好及可焊接性等優點，但其耐腐蝕性強的前提是其預處理后的涂層在后期的使用中不被破壞，稍有破壞則會因為其電位差低的原因，反而會加速海水管系的腐蝕，因此鋁合金也不宜大范圍使用；

2）玻璃鋼由于其彈性模量低、長期耐溫性差、老化現象、層間剪切強度低等缺點，也不適用；

3）鈦合金密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、耐熱性高、韌性、塑性、可焊性均較好，目前在許多領域已得到廣泛的應用，在國內高速鋁質船舶中，也因為鈦合金工藝的成熟、成本的下降備受客戶的青睞。

綜上所述，鋁質船中鈦合金管將被用作海水管道的主要材料；在使用率低、流速低、方便維護的海水管系中，可以少量使用鋁合金管路（材質多為5000系列鋁-鎂系合金），在使用鋁合金時要做預處理，在表面涂刷耐腐蝕涂層；為了進一步提高涂層對基體的保護性能，除了對鋁合金基體表面進行機械打磨以外，可在涂裝前對鋁合金進行適當的化學或電化學的表面處理，改變鋁合金的表面狀態，提高鋁合金與涂層間的附著力，從而提高鋁合金的使用壽命。

綜合而言，主機與副機冷卻系統、消防水系統、空調冷卻水系統等，主要海水管系及管路附件選用鈦合金材料；水幕噴淋系統、生活水系統等管系材料及附件，可采用鋁合金材料；對于相同材質的海水管路配套的所有閥門，應采用同樣材料制造，在條件允許的情況下，鋁閥等部件應進行防腐處理。

3" " 管系設計與布置

海水管系腐蝕的突出部位，通常位于管路轉彎處、管路與閥件連接處及閥件本身：不同管路的匯流處、同一管路分流處、管路轉彎處、管路管徑變化處及閥件的連接處等，這些地方的水流容易紊亂造成沖擊，從而發生腐蝕；同一管路的直管部分，長時間容易出現大面積的均勻腐蝕。

在管路設計中，應盡可能避免導致腐蝕發生的因素，最好采用直管和標準構件，盡量減少采用套管方式連接[2]，應本著以下的原則設計：

1）管路設計應盡量避免管徑的突變，當不能避免時，則應采取直徑漸變的形式進行過度，使管路內紊流盡可能的減小；對所有產生紊流的零件（如節流閥、減壓閥、三通接頭等），其下游處應設置盡量長的直管段；

2）管路設計的路徑應盡可能短，盡量避免使用彎管，當不能避免時彎管的外徑最好保持一致；彎管段之間使用直管段延伸，其延伸長度應大于1.5～2倍管徑，以緩解海水對彎頭處的沖擊[2]；

3）控制管路接頭數量，尤其是可重復拆卸接頭，盡可能減輕對流動海水的擾動，將管路腐蝕程度降到最低[2]；

4）同一管系應采用相同材質，盡量規避不同材質管路構件的連接，無法避免時應采用相應的的防腐措施進行保護（例如電絕緣隔離或增設犧牲陽極），以達到減輕或減緩腐蝕的發生；

5）在海水管路中，管路及其固定附件與船體、管路與閥件、管路與設備（海水濾器、泵、換熱器、主機、副機等）、管路與儀表等之間的連接處，如存在異種金屬接觸，應進行絕緣防護設計，防止異種金屬電位腐蝕；

6）海水濾器筒體及其濾網，如果材質為鋁合金，則其殼體最好做絕緣處理（涂塑）；濾網可采用不銹鋼并涂塑或采用鈦合金，不得使用黃銅等材料；濾網的連接螺栓、螺母，應選用1Cr13不銹鋼材料；管路與海水濾器連接固定的螺栓和螺母，可使用1Cr13不銹鋼材料，并在螺栓上面加上墊片和絕緣套筒作電絕緣處理。

4" " 管路安裝

在鋁質船舶中海水管系鈦合金或不銹鋼管，很難做到與船體其他部位材質完全統一，管道與設備之間、緊固件和管道之間、管系內部管路與閥件之間，往往存在異種金屬連接的現象。當兩種不同金屬接觸時，通過海水中的電解質，電流會從一種金屬流向另一種金屬，這時電位高的金屬在受到防護的同時就會加速消耗電位低的金屬，這種腐蝕被稱為電偶腐蝕或接觸腐蝕。電偶腐蝕是一種常見的腐蝕類型，積極做好有效防護不僅可以保證船舶各個海水管路系統的正常運行，也是確保船舶安全的關鍵。若缺少必要的處理，其還會誘發其他腐蝕類型的出現，如點腐蝕、縫隙腐蝕等，隨著時間持續就會影響到閥件、管路、設備的正常運行，對航行安全造成嚴重后果。由于其影響因素比較復雜，而且任一影響因素的改變都可能導致更加嚴重的電偶腐蝕，為了避免電偶腐蝕，在海水管系的安裝過程中，要做好異種金屬的之間的絕緣處理。

減少異種金屬電偶腐蝕，主要措施如下：

1）電偶腐蝕大小與異種金屬之間的接觸面積有關，電位低的金屬接觸面積越大、電位高的金屬接觸面接越小，則對電位低的金屬腐蝕越小，因此可以盡量增大電位低的金屬的接觸面積，減小電位高的金屬的接觸面積；

2）在異種金屬之間增加絕緣材料。例如海水管系中法蘭與法蘭的連接中間安裝絕緣組件、使用螺栓固定時在螺栓上面加上墊片和絕緣套筒等；

3）對電位高的陰極端金屬進行涂層，以減少與陽極端金屬的接觸面積，避免大陰極、小陽極。

5" " 電化學保護

在鋁質船舶中，陰極保護和陽極保護是最常用的防腐措施，前者在海水管系防腐中被更多的采用，其原理是電源陰極接到被保護件管路，陰極電流被接通，陽極作為回路的一部分具有不溶解的特性；被保護管路本體在電偶腐蝕電流及外加陰極電流的共同作用下，陰、陽極電位保持一致，陽極電流為零，電化學腐蝕也就停止。同時部分氣泡在管壁產生，管道中的氣泡與它的方向相反，相互抵消使空泡剝蝕與氣蝕大大減輕[2]。

海水管系犧牲陽極保護，是將相對管路材料電位較低的材料作為犧牲陽極安裝在海水管系中，用來對海水管系中閥、附件進行保護。由于其固有的電位差，犧牲陽極會產生電流，金屬中的陽離子會被釋放到水中，造成犧牲陽極腐蝕，從而保護管路不被腐蝕。

6" " 日常維護

船舶運行過程中，為了降低海水管系的腐蝕，在等級修理和日常運行中應正確地保養與維護：及時清除艙底疏排水管道周圍的海水和污水，在日常檢查中要多注意管道連接處、蝶閥處海水的滲漏情況，對出現滲漏的部位做到早發現早處理，防止腐蝕的進一步擴大；在修理過程中，換新管道時避免使用不同的材質，并且應對新管道進行相應防腐處理。

7" " 應用情況

對某批量鋁質船長期維修保障和跟蹤發現，鈦合金管本體基本沒發現腐蝕，但管系中非鈦合金的附件，如個別海水管路接口端部附件常出現腐蝕及泄漏現象，曾經發生在齒輪箱冷卻水進出熱交換的接口部位、海底門海水濾器及閥門等處。

針對上述海水管路局部腐蝕問題，專門開展了一次關于海水管道系統易腐蝕部位專項治理工作，通過實例分析，糾正一些不被重視的防腐細節，希望對同行有所借鑒和參考。

1）海水管系基本概況

某鋁質船海水管系主要以鈦合金管路為主，而管系中部分閥件、海水濾器、齒輪箱冷卻器等，選用了其它金屬材質。該船經過幾年的使用，總的來說整條船的防腐體系比較完好，海水管路防腐效果良好，但管路附件出現了明顯局部腐蝕。

該鋁質船消防系統，在機艙內配置有固定消防水泵，消防泵向全船消防管路及消防栓供水；齒輪箱的冷卻水是從經由主機冷卻后的冷卻水分一路到齒輪箱，經齒輪箱冷卻器后排除舷外。經過拆檢發現：消防通海閥的閥芯及閥桿腐蝕嚴重、斷裂；艙底水系統吸入閥的閥體及閥芯腐蝕嚴重；海水冷卻系統齒輪箱冷卻器鑄鋁附件腐蝕滲漏；海底門海水濾器鑄鋁筒體腐蝕等。

2）海水管系附件腐蝕原因分析

本船海水管系中采用的材料種類較多，管系本身主體管路為鈦合金管，而管系附件則較復雜，選用了鑄鋁閥件、鑄鋁冷卻器端蓋、鑄鋁海水濾器、鐵合金、不銹鋼或銅合金等成品附件。由于異種金屬管材連接要求高、難度大，如果選擇防腐或絕緣措施不當則無法做到長效物理隔離，管路長期處于潮濕與密閉的海水環境下，一旦異種金屬絕緣失效便引起電偶及電化腐蝕。

3）海水管路腐蝕治理措施

（1） 拆檢水消防系統位于機艙的通海閥并更換管路：首先拆檢消防海底們濾器至消防泵之間的連接短管，對海水閥箱吸入短管及濾器之間和消防泵與濾器的短管進行加工，切掉60 mm重新焊接法蘭作為通海閥前后管道陽極的安裝空間，并進行相應的密性試驗；海水閥箱通海閥短管，采用煤油滲漏試驗確保無滲漏；將鋁合金通海閥更換為鈦合金通海閥，通海閥的入口與出口分別增設一個鋁質管道陽極，增強對海底門及濾器的保護；系統連接螺栓采用不銹鋼A2-70加尼龍11絕緣套筒，系統法蘭之間的墊片材料選用芳綸橡膠墊片；拆檢或更換回裝后，對整個系統進行功能性實驗，如圖1、圖2、圖3所示。

說明：

① 鈦閥與管道陽極之間是絕緣的，管道陽極與海底門及濾器之間是導通的；

② 管道陽極的電位比海底門及濾器的電位更低，可以有效的保護海底門及濾器；

③ 鈦閥的耐腐蝕性較好，電位相對鋁要高，管道陽極會先腐蝕和消耗，從而保護海底門及濾器。

（2）拆檢艙底水系統的吸入止回閥，并更換無法使用的閥件：將吸入止回閥更換為鈦合金，鈦閥按照標準件GB2029-80；無法使用的濾網按照原設計圖紙更換為316 L不銹鋼質濾網；系統連接螺栓，采用不銹鋼A2-70加尼龍11絕緣套筒；系統法蘭之間的墊片材料，選用芳綸橡膠墊片現場適配；經拆檢或更換回裝后，對整個系統進行功能性試驗；

（3）拆檢齒輪箱的冷卻器并進行涂層處理：對冷卻器的端蓋腐蝕情況進行重點檢查，不能使用或無法進行涂層處理的進行換新，對冷卻器進行專業涂層處理；對冷卻器表面腐蝕層進行處理和清潔，并采用HG系列環氧無溶劑涂層，如圖4所示。

經過對海水管系的治理，保證了通海閥、艙底水吸入閥、齒輪箱冷卻器各項功能的正常使用，減少和降低船在使用過程中系統閥、附件的故障，減少和降低系統閥、附件在使用過程中引起的腐蝕與滲漏現象，從而保證系統安全使用，達到了對海水管系防腐措施的完善。

8" " 結束語

本文通過對鋁質船海水管系的選材、設計、安裝及使用維護等方面進行剖析，并結合實船應用，對鋁質船海水管系的腐蝕與防護有以下幾點深刻體會：

1）鋁質船海水管路選材上，海水使用頻率高的系統（如水消防系統、動力海水冷卻系統、空調冷卻水系統），可優先考慮選擇鈦合金管，可同時兼顧耐蝕和控重的要求；海水使用頻率低的系統（如水幕噴淋系統、生活用水系統），可考慮選擇鋁合金管；

2）管道的設計最好采用直管和標準構件，盡量減少彎管和套管連接；

3）海水管系中連接設備或附件（如海水濾器、泵浦、閥件等）材質應盡量統一，選用與管系相同的耐蝕材料；

4）海水管系附件或連接端部無法與管路完全一致時，如在海水管路中管路及其固定附件與船體、管路與閥件、管路與設備（海水濾器、泵、熱交換器、主機、副機等）接觸部位，應采用長效防腐措施做防護，存在異種金屬接觸處應做好物理隔離絕緣，必要時增設管道陽極進行有效防護。

參考文獻

[1]黎理勝，徐文珊，陳萬宏等.鈦合金在鋁合金艦船海水管路系統的應用[J]." 船舶，2016（03）.

[2]張挺， 楊鋒，" 羅寧昭等." 船舶海水管系腐蝕及監測技術發展綜述[J]."艦船科學技術，" 2019（13）.