作者：赵林 龚建东
来源：《科技资讯》 2013年第13期
赵林 龚建东
（上海外高桥造船海洋工程设计有限公司 上海 200137）
摘 要:寻降低船舶海水管路中出现的电化学腐蚀的方法,以特殊介质——海水来进行分析,得出形成原电池电化学腐蚀的缘由,破坏其任何一个形成腐蚀的条件,如削弱电解质溶液作用,中和海水中的负离子;使用非金属材料或电位相同的金属材料;切断不同金属间的联通。我们就能够阻止其形成,从而能很好的降低了海水系统中管路及设备的电化学腐蚀。
关键词:海水管路及设备 电化学腐蚀 解决方法
中图分类号:U664 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(a)-0093-01
在所有的船舶系统中,海水系统是工作环境最恶劣的系统,它的流通介质是海水,是腐蚀性最强的天然腐
蚀剂之一。所以海水系统中的管路、阀件、设备是最容易受到电化学腐蚀的。随着当今造船技术的发展,船东提高了对船舶性能的认识,尤其是在材料的保护上有了更高的要求,我们在这里了解海水系统腐蚀原理并提前作出措施,延长海水管路及设备的使用寿命,从而延长船舶的使用寿命并进一步增强我国船舶制造质量。
1 形成电化学腐蚀的主要条件
海水是一种含有多种盐类的电解质溶液,并融有一定量的氧气,氧是海水腐蚀的去极化剂。这种电化学腐蚀就是吸氧电化学腐蚀,一种金属浸在海水中,由于金属及合金表面物理化学性质的微观不均匀性,如成分不均匀性,导致海水金属界面上的电极电位不均匀性,这就形成了无数腐蚀微电池。当把两种电极电位不同的金属如钢管和铜阀同时进入到海水中,钢管和铜阀上将分别会发生下述电化学反应:
钢管上Fe→Fe2++2e
O2+H2O+2e→2OH-
铜阀上Cu→Cu2++2e
O2+H2O+2e→2OH-
铁在海水中的自然腐蚀电位为—0.65 V,铜的为—0.32 V。[1]当把两种金属导线联通时就构成了宏观腐蚀电池,电流将经导线有电位高的铜板六项电位低的铁板,在水中电流由铁板流向铜板,在铁板上由于电子流出,氧的还原反应杯抑制,铁的氧化反应加强,而铜板上由于电子流图,铜的氧化反应被抑制,氧的还原反应被加强,结果铁板腐蚀加速,而铜板获得了保护,这种由于电偶作用导致其中电极电位低的金属腐蚀加速的现象称为电偶腐蚀,也称为宏电池腐蚀。根据电化学腐蚀原理及船舶上大量实际情况,我们将原电池的形成条件归纳为以下三个。
1.1 电解质溶液(例如海水)
龚建 海水的成分和总盐度恒定,内海则因地而异。海水中的盐类主要是氯化物(NaCl、MgCl2),其次是硫酸盐(MgSO4、CaSO4)。海水中的大量氯离子,能使零件金属表面的氧化膜遭到破坏,因而海水对大多数金属有很强的腐蚀作用。腐蚀可能是微观电池作用,也可能是宏观电池作用。钢铁在海水中的腐蚀速度为0.13 mm/a。[2]如果海水流速增加、海水温度升高等还会加速海水腐蚀。
1.2 材料间存在电位差
船舶管路系统中许多管路附件(阀件、弯头等)、设备接头和管路的材料是不一样的,许多厂家将阀件或附件做成铜质的,很多的板式冷却器接口也是钛合金的,而与它们连接的管路几乎都是钢制的,由于不同金属的金属电位是不一样的,也就意味着越容易成为腐蚀的对象。例如Al在电解质溶液中的电位是-1.
66,Fe是-0.44,Cu是0.337,钛的还要高。[3]这就构成了电化学腐蚀的第二个条件,同一电解质溶液中存在的不同电位的金属。
1.3 电流回路
把电解质溶液中不同的金属联通,是形成电化学腐蚀的第三个条件,由于金属表面富集了电子,又需要保持电中性,溶液中的离子(阳离子)会在离金属表面较近的位置富集,以平衡总电荷,这样,就在金属表面和溶液之间形成了一个电势差。管路与设备一般是靠法兰连接的,连接法兰与法兰的螺栓螺母就是天然的导线,使得设备与管路形成了回路。
2 阻止电化学腐蚀形成方法
只要一个形成原电池化学腐蚀条件缺乏就不会产生电化学腐蚀！根据这个原理,我们到了以下解决的方法。
2.1 削弱电解质溶液作用,中和海水中的负离子
在设备或者阀的进口降低海水电解质溶液作用。船舶上常见的方法是在不同金属接触的地方增加牺牲法兰或者牺牲管,牺牲法兰或者牺牲管是比管路和设备材料都活泼的一种金属,它会在设备的进口提前与管路中的海水发生反应,中和海水中的负离子,降低海水与设备之间的反应率,从而达到保护设备的目
的。
2.2 使用非金属材料或电位相同的金属材料
目前来说船舶上的设备及海水管路大多数还是采用传统的金属材料而设备一般来说比较重要,采用的金属都是不容易发生腐蚀的金属(铜和钛),而管路为了节约成本,一般都选用钢制材料。随着材料学的发展,许多和金属材料性能差不多的非金属材料也应运而生,例如现在许多船舶上的压载管采用的都是玻璃钢管,它既耐腐蚀又能抵抗管路中的介质压力,是一种很有前途的新型材料。[4]
2.3 切断不同金属间的联通
这一点是船舶上最常用的方法,管路与设备基本上是通过法兰连接,法兰与法兰之间有垫片隔离,螺栓是联通它们的唯一途径,螺栓与法兰有两个地方是紧密贴合的,一个是螺母与法兰端面,一个是贯穿螺栓与法兰孔,所以只要在这两个地方切断螺栓与法兰间的联通,就能实现切断电流。具体方法如下。
(1)在螺母与法兰之间安装绝缘垫圈,需要注意的是绝缘垫圈的强度要足够大,因为螺栓与螺母的扭矩很大,船上一般采用的垫圈材料是聚四弗乙烯。[5]
(2)在螺栓贯穿法兰的部分用热缩套管包住并用火烤至紧密贴合在螺栓上。
除以上两点外,还应该将绝缘法兰进行绝缘粉末喷涂,进一步加大不同金属的隔离距离,应注意的是:永远不要使用铜和铝电极,只能使用铜和铁电极对铸铁蝶阀应采用内衬橡胶的型式,因为在阀件发生侵蚀的情况下,石墨杂质会导致管路电化学腐蚀的发生。[6]
目前在船舶上要做到完全杜绝电化学腐蚀,我们的技术还是有一定的差距,可喜的是以上防止电化学腐蚀的方法在船舶上有着实际运用,并且效果显著,大大降低了海水系统中管路及设备的电化学腐蚀,并取得了国内外船东的认可。
参考文献
[1] 曹楚南.腐蚀电化学原理[M].化学工业出版社,2008:63-65.
[2] 魏海军,金国平.轮机维护与修理[M].大连海事大学出版社,2010:94-95.
[3] 蔡少华,龚孟濂,史华红.无机化学基本原理[M].中山大学出版社,2008:31-32.
[4] 乔寿成.玻璃钢管在船舶上的应用[M].第十届全国内河船舶与航运技术学术会议论文集,2006:362-363.
[5] 张振英.聚四氟乙烯的性能,加工及其在封密上的应用[M].陕西化工出版社,1994:77.
[6] 刘洪波,张红波.柔性石墨—金属间的腐蚀机理及其防护措施[J].炭素期刊,1994:84-86.
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