第19卷 第6期 中 国 水 运 Vol.19 No.6 2019年 6月 China Water Transport June 2019 外加电流式阴极保护的使用探讨 张秀国 （交通运输部北海救助局，山东 烟台 264000） 摘 要：本文根据船体异常腐蚀案例，结合实船工作经验讲解了外加电流式阴极保护的工作原理、特性和管理注意事项。 关键词：防腐；外加电流式阴极保护；工作原理；正确管理 中图分类号：TE83 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）06-0094-03 前言 船壳防腐是船舶维护中的一项重要内容，腐蚀主要发生在船体外水下区域，面积较大，不方便日常检查，且过程缓慢，短期内迹象不明显，容易引起管理上的忽视，一般坞检要间隔2~3年，如果长期管理不到位，待坞检发现时可能会形成大面积或局部严重腐蚀，造成较大的安全隐患和经济损失；现代钢质船多采用加电流式阴极保护（ICCP），虽然维护量较少，但通过运行参数对防腐状况的研判却十分重要，本文通过一起实船案例，对这种防护的工作原理和正确使用进行了分析探讨，提出了日常管理的重点注意事项，供参考。 一、事故案例 1．事故现象 某轮坞检时，发现舵叶上的防腐锌块已被完全损耗，仅剩固定支架，舵叶表面也出现了明显的穴蚀，离桨毂较近的位置腐蚀更加严重，这在以往的坞修中从未出现，如图1。 漆没有严重破损，怀疑阴极保护运行异常，随后进行了重点检查。 （2）外加电流式阴极保护工作原理 电化学腐蚀是钢质船壳的主要腐蚀形式，其原理是因为钢板中存在一定量的杂质，不同活性的金属在电解质海水的作用下形成原电池，较活泼的金属发生氧化反应不断失去电子而被腐蚀；为防止电化学腐蚀，过去多采用牺牲阳极的方法，即在船体外部安装锌块或铝块，随着技术的进步，现代多采用外加电流式阴极保护，即辅助阳极接直流电正极，船壳接负极，通过海水构成放电回路，使船壳阴极极化，当所加的补偿电流足够大时，抵消腐蚀电流，达到抑制船壳发生电化学腐蚀的目的。 本船采用的阴极保护为意大利ACG公司的ICCP100A型，基本电路如图2，主要由两部分组成：测量单元和补偿电流输出单元，测量单元包括比较模块、报警模块和参比电极，本船设有2个锌参比电极，分别安装在左右舷86~87肋位处；补偿电流输出单元主要由恒电位仪和辅助阳极组成，本船有2个钛辅助阳极，分别布置在左右舷31~32肋位处，辅助阳极接补偿电流的正极，船壳接负极，如图3。测量单元连续监测船体与参比电极的电位差，当超过预设值220 mV时，补偿电流输出单元按比例向船体输送补偿电流，为1-15V/0-100A DC；当电位差低于10 mV时，报警模块输 图1 某轮被腐蚀的舵叶 2．事故分析 （1）事故排查 发现问题后，立即对船壳外部进行了整体检查，发现船壳油漆无大面积破损，但锌块损耗严重，船艉、舵叶、左侧海底阀箱处的防腐锌块仅剩固定支架，船壳、舵叶部分区域腐蚀明显。 本船的船壳防腐系统以外加电流式阴极保护（ICCP）和油漆涂层为主，在特别区域安装有防腐锌块局部补充，主要布置在海底阀箱、减摇鳍、舵叶和导流罩等处；因为船体油收稿日期：2019-04-25 作者简介：张秀国（1977-），男，交通运输部北海救助局工程师。 图2 外加电流式阴极保护设备基本电路图 出过保护报警，设备停止工作。 第6期 张秀国：外加电流式阴极保护的使用探讨 95 图3 阴极保护设备布置图 （3）原因分析 由于进坞后船体脱离海水，无法观察设备的实时运行情况，为故障排除带来了一定困难；对电路分析后确定首先检查补偿电流输出单元，再检查测量单元，最后进参比电极和辅助阳极安装舱检查电缆和接线端子。 打开设备后显示参比电压接近0 mV，出现过保护报警，这是由于进坞后参比电极和船体都不接触海水，相当于参比电极断开；把设备转换到手动模式，顺时针旋转电位器，相当于船壳参比电位升高，补偿电压开始增加，最高约15 V，由于辅助阳极也不接触海水，补偿电流始终为0 A，符合设备性能，暂定电流输出单元正常。 拆除控制箱内参比电极接线，转到自动运行模式，向系统输入模拟参比电压，控制箱上的参比电位表与输入值相同，补偿电压也成比例升高，当参比电压增加到约350 mV时，补偿电压达15V，可以确定测量单元没有问题。 随后检查接线及电极。查看参比电极正极和辅助阳极负极与船体接线，正常；拆除控制箱内参比电极和辅助阳极接线，分别测量与船体的绝缘，均达1MΩ以上；清洁后查看船体外部的参比电极和辅助阳极，无明显损伤；至此只能检查电极接线情况，检查后发现左侧辅助阳极端子与接线断开，没有与船壳接触，里面有少量水渍，如图4。 图4 接线断开的辅助阳极 至此可以确定是由于左侧辅助阳极长期无法正常释放补偿电流，造成了锌块的过度消耗和局部区域的腐蚀。 （4）故障排除 由于辅助阳极接线盒内有水渍，重新处理密封后按厂家建议进行了0.15MPa 30min的气密试验，确认良好后，按说明书要求恢复了接线，由于补偿电流较大，额定值达50A，需严格按相关工艺要求处理，不能简单搭接固定。 二、外加电流式阴极保护（ICCP）的正确管理 分析ICCP运行数据、判断整体防腐质量、发现潜在问题、防止隐患扩大十分重要，现结合实船工作经验探讨分析。 1.ICCP的类别和特性 外加电流式阴极保护的参比电极主要有两种：银和锌及其合金，船壳的保护电位范围在这两种参比电极上的电压差是不同的：我国国标要求银和氯化银参比电极是-0.8~1.0V，锌和锌合金参比电极是+0.05~+0.25V，而不同国家的要求也不相同，如（美）洛克希德公司是-0.75~-0.85V（Ag/AgCl参比电极），而不同厂家根据设备特性确定的最佳保护电位也不完全相同，管理人员必须清楚本船的参比电极种类和最佳保护电位，且手持参比电极应与其匹配。 2．正确管理 除将厂家要求的常规保养项目纳入维护保养计划、严格执行外，结合所在船情况，建议注意以下几点： （1）主管人员应熟悉船壳防腐系统的组成和特性 外加电流式阴极保护是一套综合防护系统，除设备本身，为了使舵、推进轴系和其它外置设备的电位与船体一致，避免局部腐蚀，一般都设有接地装置；由于船壳不是平滑的表面，特别是在艉部和外置设备安装区域，表面形状多变，还有螺旋桨、轴等不同材质，且水流速度、方向变化剧烈，这些区域补偿电流密度较低，为防止局部腐蚀一般安装锌块作为补充，坞修期间应视情换新。 本船要求停航时舵的接地电阻为0Ω，至少小于20mΩ，艉轴安装有导电环、电刷组成的接地装置，国标要求电位差应低于100mV，实际超过70mV时就表明接地不良，大于250 mV时接地装置已完全不起作用，航行中值班人员要注意观察并做好记录，接地装置的滑环和碳刷磨损过大时要及时修复或更换；本轮减摇鳍在鳍箱内设有接地线装置，需在进坞时检查。以上数值仅供参考，不同船舶要求不同。 （2）保持合理的参比电位。 按说明书，船体电位为+200~+220mV时（锌参比电极），说明船壳处于被保护状态，高于此值说明正在发生腐蚀，不应高于+450mV，低于+200mV时应根据实际情况判断，低于+10mV时会发出过保护报警停止工作。 图5 参比电位和保护状况对应图 经实际观察，船壳防腐保护是否到位应根据船舶当时状况确定，如图5，在O-A段是过保护区，原报警值设定为50mV，因船况较好，经常出现过保护报警，咨询厂家后改为了10mV；过低的参比电位一般是由异常放电引起的，参 96 中 国 水 运 第19卷 比电位并不是越低越好，过低会引起油漆涂层剥落反而破坏船壳防腐系统； 在A-B段，参比电位在+10~+200mV，如果为新船或坞修后，低于+200mV属正常现象，可以暂时关闭设备注意观察；在B-C段，因已接近腐蚀边缘，应保持设备常开；随着防腐能力的下降、参比电位升高，进入C-D段ICCP开始放电，当高于+300 mV时，说明腐蚀已较重，应查明原因；当进入淡水区域时，参比电位可能会远高于正常值（可达450 mV），输出电压到最大但电流却很小，这是由于淡水的导电性较差造成的，建议在淡水内关闭。以上数值各船可能要求不同，但这几个阶段都存在，主管人员应熟悉本船具体要求。 日常应注意对比各参比电极的参比电位，如果偏差较大，可能单个辅助阳极存在故障。 应每季度或怀疑参比电位异常时，用手提参比电极校对，测量时应至少选择船艏、船艉和参比电极的位置，但应避免靠近辅助阳极，因补偿电流会影响测量的准确性。 （3）定期检查辅助阳极 根据实船经验，建议除按说明书要求进行常规测试外，还应对单个辅助阳极的放电情况进行检查，可如下操作： 预对某一辅助阳极进行检查，先取下其它辅助阳极的融断器（如图2中FA1、FA2，因辅助阳极没有转换开关，取下融断器较方便），转换到手动模式，缓慢增加放电电压，观察电压电流变化，如果电压始终接近0，而电流较大，说明与船壳短路（因设备特性，船舶在海水中，辅助阳极及电缆与船体的绝缘值接近0，无法用普通万用表判断是否短路）；如果放电电压、电流同步增长，可以确认辅助阳极、接线端子及电缆正常，同时观察同侧参比电位是否同步降低，以判断参比电极状况；按以上步骤检测其它辅助阳极，应注意放电电流不能超过单个辅助阳极的85%。类似本起案例的情况在检查中就能及早发现。 电极接线盒进水的情况时有发生，因其一般在双层底舱，不方便日常检查，条件允许时可加装浸水继电器接入机舱报警系统，以在进水时能及早发现。 （4）坞修时的管理 做好电极的保护措施。上坞后应关闭阴极保护，并严禁对参比电极、辅助阳极和绝缘屏蔽层进行喷砂、打磨作业，电极表面附着物应用软刷清洁，如本船辅助阳极表面是一层日期 0.01mm厚的钛导电层，作业期间需认真做好防护；电极表面不能刷油漆，辅助阳极的绝缘屏蔽层可以刷防污漆，出坞前切记清除电极保护物。 绝缘屏蔽层的特性。为使补偿电流传送到较远的船壳处，防止辅助阳极附近过保护，远处欠保护，在辅助阳极的外围涂有绝缘屏蔽层；绝缘屏蔽层的材质、面积、厚度是和辅助阳极材质、补偿电流大小相对应的，不能随意改变。 测量电极绝缘。因出坞后难以测量和修理，应利用上坞时机，拆除控制箱内参比电极接线和辅助阳极融断器，测量电极与船体的绝缘，正常应均大于1MΩ。 检查电极密封情况。上坞期间应检查参比电极和辅助阳极安装座的密封情况，必要时进行水压试验或气密实验，出坞后就难以检查和修理了；当在电极附近作业时，应考虑到是否会对船壳形成较大应力，造成凹形座变形漏水。 出坞后的管理。建议出坞后先停用设备10~30d，待油漆完全固化后再启用。 （5）电焊作业时的注意事项 当在船体进行电焊作业时，会造成船体电位剧烈变化，引发ICCP工作不稳定甚至损坏，建议暂时关闭；对舵系、艉轴、螺旋桨进行电焊作业时，如果电流回路经过接地装置，建议另外搭建临时回路，防止电焊电流过大损坏接地装置。 （6）建立记录表，分析数据变化。 对船舶状态（航行、锚泊）、海水温度、参比电位、放电电压、放电电流及（1）、（2）、（3）、（4）中的项目进行记录、分析，掌握船壳腐蚀情况；提供表1供参考，手持式参比电极的测量值可记入备注，艉轴与船体的电位差应在航行时测量，可由值班人员记入《轮机日志》。 表1 ICCP运行记录表 船舶状态 海水温度 参比电位 左 右 输出电压 输出电流 备注 注：日常记录总的输出电压、电流，测试辅助阳极时分别记录。 参考文献 [1] 船体外加电流阴极保护系统，GB/T 3108-1999. [2] 外加电流式阴极保护说明书.著提升，实现快速切换，重复定位精度高，加工过程变形量小，减少装夹消耗时间，从而提高了数控机床使用率和产品加工效率，降低了操作人员技能要求，具有较大的推广应用价值。 参考文献 [1] 王爱玲．数控机床加工工艺[M]．北京：北京机械工业出版社，2006． [2] 余光国．马俊机床夹具设计[M]．重庆：重庆大学出版社，2005． [3] 杨叔子．机械加工工艺手册[M]．北京：机械工业出版社，2001 [4] 田荣璋．金属热处理[M]．北京：冶金工业出版社，1985 （上接第93页）缩短了零件更换时间，装夹更加简便；再次，改变了热处理工序与加工工序安排，减少了零件变形，提高了工作效率。 由于设计制作垫铁定位精度高，并且装夹不需要找正夹具，重复定位精度可达0.015mm，能快速完成工件的夹紧与定位，提高工作效率。同时，在加工过程中，设计垫铁与虎钳间距及钳口贴合紧密，加工精度高，完成快速装夹，满足工件设计要求。 四、结语 该多孔异形长条盒体零件实现了快速装夹且加工效率显
