船舶的防腐措施主要包括防海水腐蚀和防微生物腐蚀.
1.船舶防海水腐蚀的措施
1.1 船体、压载舱、舵和螺旋桨的防海水腐蚀措施
主要措施有:阴极保护技术和涂料保护.除螺旋桨一般不用涂料保护外,船体、压载舱、舵的防腐措施是阴极保护技术和涂料保护相互协作,共同防腐.
1)阴极保护技术
(1)牺牲阳极保护
牺牲阳极保护是利用电化学原理,由活泼金属如锌铝等在海水介质中与钢铁构成电性连接,使钢铁在总体上成为阴极而得到保护.船舶牺牲阳极主要有锌与锌合金阳极或铝与铝合金阳极[11],它们有足够负的电位并且很稳定;工作阳极极化小且溶解均匀,腐蚀产物容易脱落;电流效率高等特点.主要应用于船舶船体、压载舱、舵(见表1).
表1 船舶的阴极保护分布
| 保护部位 | 保护方式 | 涂料保护 |
| 船体壳板(水下) | 牺牲阳极或外加电流 | 有 |
| 压载水舱 | 牺牲阳极 | 有 |
| 舵 | 牺牲阳极或外加电流 | 有 |
| 螺旋桨 | 外加电流 | 一般无 |
牺牲阳极保护的特点:
a)初始费用较低,不需要日常监控
;b)寿命较短,坞修时需更换,维护费用高;
c)航行中阳极失落,会造成船体部分得不到保护;
d)通过阳极材料的消耗来提供保护电流;
e)安装简便,可直接焊接或用螺钉固定在船壳上;
f)阳极发生电流小,只有有限的自调节输出电流的功能;
g)安装阳极数量较多,又突出船壳板,增加航行阻力.
(2)外加电流保护
外加电流保护系统一般有直流电源、辅助阳极、阳极屏蔽层和参比电极四部分构成.辅助阳极作用是使电流从电极经介质到被保护体表面,参比电极是用来测量被保护体的电位,并向控制系统传递信号,以便调节保护电流的大小,使结构的电位处于保护范围.采用阴极保护时使金属的腐蚀速度降到允许程度所需要的电流密度值,称为最小保护电流密度.最小保护电流密度是与最小保护电位相对应的,要使金属达到最小保护电位,其电流密度不能小于该值,否则金属就达不到满意的保护.保护电位也不能太高,否则会导致辅助阳极击穿屏蔽层而发生阳极短路,使系统破坏.外加电流保护应用于船体、舵、螺旋桨(见表1).
外加电流保护的特点:
a)初始投资较高,需要专业知识,日常监控;
b)寿命较长,维护费用相对低;
c)保护较好;
d)通过外部直流电源提供保护电流;
e)工艺要求高,安装较复杂,需在船体上开孔;
f)阳极排流量大,可自动调节保护电流输出,使船体电位恒定;
g)基本上对航行阻力没有影响.
由表1可知,船舶一些部位的保护方式是有选择性的,除了考虑经济性外,还要考虑安全性,压载水舱不采用外加电流保护就是从安全出发.在选择阴极保护时,可以根据具体情况根据阴极保护的特点选择牺牲阳极还是外加电流法.通常,小型船舶或低速船采用牺牲阳极保护,大型船舶或航速较高的船,外加电流系统更为合适[12].
1.2 海水管系防腐措施
通常在海水吸入总管或海底阀箱处加装防污和防腐蚀电极.海水管系防污系统主要通过外加电流的防污电极和防腐蚀电极来实现,通常防污电极材料用电解铜,通过电解后的铜离子杀灭海水中的微生物.防腐蚀系统通常用纯铁电极或铝电极,或纯铁电极和铝电极同时加用,电解后的铁/铝离子随海水的流动,分布沉积在被保护的管壁上,形成许许多多细小的牺牲阳极,从而达到保护海水管系不被腐蚀.海水管系防污系统主要用于船舶海水冷却系统和其它海水管系的防污和防腐蚀,一般与涂料协作,共同防腐. 3.1.3 其他防腐措施
1)合理选材和结构设计:船舶在选材时应选择质量好或在海水环境中的耐腐蚀性能好的材料.合理的船舶结构设计以避免造成腐蚀的加剧.
2)正确规范的焊接操作:电腐蚀的形成主要原因有:不正确的单线焊接;不正确的双线焊接等.电焊焊接的违规操作可以导致焊接电流从水下船体外表面流向海水,使钢板发生腐蚀
3)减少异种金属部件的直接连接[13]:船舶上不同金属的直接接触,未加绝缘时,当进入海水介质中时会发生电偶腐蚀.在船舶上可以采用防腐蚀电绝缘连接方式,避免腐蚀发生.
4)缓释剂:采用含有缓释剂的淡水对海洋环境中使用的设备冲洗以减缓腐蚀的技术.缓释剂技术对海洋环境腐蚀具有好的抑制作用,可以同阴极保护一并使用,并且环保,经济性高[14],是一种主动控制腐蚀的有效措施.稀释海水的冲洗缓释剂是未来发展的方向.压载舱等可以使用缓释剂进行冲洗以减缓腐蚀.
2. 船舶防微生物腐蚀的措施
根据微生物的生理特性、腐蚀活动规律和作用对象等因素,微生物腐蚀的防治方法分为物理方法、化学方法和生物方法等.
2.1 物理方法
物理杀菌法包括:χ射线杀菌、紫外线杀菌、α, β, γ射线杀菌、超声波杀菌和高频电流杀菌以及改变介质环境等.
2.2 化学方法
常用的化学方法是投加杀菌剂或投加抑制剂来杀死微生物或抑制微生物的生长繁殖.
由于加入杀菌剂会带来二次污染、环境污染以及因长期使用同一种药剂能使微生物产生抗药性而使杀菌性能降低,并且杀菌剂因很难渗透进入生物膜而使微生物杀菌率低.生物膜中的微生物是导致金属微生物腐蚀的关键,因此研究一种高效、低能耗、无环境污染、无二次污染且能有效杀死生物膜中细菌的杀菌方法具有重要意义.
2.3 电化学方法杀菌
每一种微生物细胞都有特定的氧化还原电位,当外界施加的电位超过细胞的氧化还原电位时,外界就可以和微生物细胞发生电子交换,微生物细胞因失去电子被氧化而使其活性大大降低直至死亡.
2.4 阴极保护方法
阴极保护之所以能够防止MIC,除由于阴极保护下,阴极提供自由氢的速度超过了细菌(如SRB)去极化作用中的速度外,还因为阴极周围pH值升高到可抑制SRB生长繁殖的程度,从防止MIC的角度出发,阴极周围pH>10以上的保护电位就足以排除SRB及其它细菌的腐蚀作用.在实践中,阴极保护方法一般和涂层防护方法联合使用,这样阴极保护可以弥补涂层由于涂不到或者涂层剥落而产生的不足,从而达到更好的保护效果.
2.5 微生物法
微生物防治法的机制就是利用微生物之间的共生、竞争以及拮抗的关系来防止微生物对金属的腐蚀.采用微生物防治方法抑制微生物腐蚀安全、高效、环保,是目前微生物腐蚀防护的研究热点和重点.
2.6 防腐蚀材料方法
从材料的制备和选择上,使用抗微生物腐蚀的材料可避免或者减少微生物腐蚀产生的危害.由于各种金属及其合金或非金属材料耐微生物腐蚀的敏感性不同,可以通过对材料的表面进行处理或在基体材料中添加耐微生物腐蚀元素或在金属表面涂敷抗微生物腐蚀的材料达到防治微生物腐蚀的目的.
3. 船舶涂料的防腐和防附
采用合适的船舶涂料,以正确的工艺技术,使其覆盖在船舶的各个部位,形成一层完整、致密的涂层,使船舶各部位的钢铁表面与外界腐蚀环境相隔离,以防止船舶腐蚀的措施,称之为船舶的涂层保护.涂料主要起到屏蔽腐蚀介质、缓蚀作用、阴极保护作用.目前,船舶涂料的品种有:水线涂料、船壳涂料、甲板涂料、油舱涂料、饮水舱涂料、压载水舱涂料和防污涂料等
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