船舶管系舾装防腐研究

摘 要：管路系统的设计、建造质量是衡量整船质量的重要指标。管路系统的防腐是船舶管舾装的重点之一，不仅涉及管路本身，同时会影响到与之相连接的阀门、设备及船体。进一步会影响到船舶的正常使用。该文从工程实践出发，将防腐的理论应用到工程实践中，提出了防腐措施，起到了良好的防腐效果。

关键词：船舶 管路 防腐

中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0020-02

1 腐蚀分类及机理

金属的腐蚀一般分为两类：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指在不导电的介质中（如油、石油、有机物的溶液等），金属的破坏过程。金属表面会形成金属化合物簿膜，在一定程度上保护着金属。化学腐蚀对金属的破坏速度取决于：金属与氧的相互作用程度和生成金属化合物簿膜的性质（稳定性，紧密程度、与金属的结合强度等）。最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧的化学反应），或者是金属与活性气态介质（如二氧化硫、硫化氢、卤素、蒸汽和二氧化碳等）在高温下的化学反应。

电化学腐蚀是金属与电解质接触时，金属的破坏称作电化学腐蚀。金属电化学腐蚀是原电池作用的结果。在自然条件下（如海水、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

电化学腐蚀与纯化学腐蚀机理的基本区别是：化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧、水、酸）的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原同时发生的。电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间和空间上分开独立进行的共轭电化学反应。电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。

2 船舶管系腐蚀分类

（1）大气腐蚀：当空气的湿度足够大时，在金属表面生成一层簿水膜，或在一定的空气湿度下，空气与金属间具有适当的湿度，金属表面会凝结水，在水膜或凝结水的作用下发生的腐蚀，这种腐蚀发生在空气从外面冷却的表面上或内部结构上。（2）海水腐蚀：海水中含有多种盐类成分，是一种电解质。在其全浸、局部浸入和间浸条件下，在静止和不同流速条件下，在溶解氧含量不同和不同温度条件下，发生的腐蚀。如水下部分的外表面腐蚀和管道内表面腐蚀。（3）电腐蚀：在电解质溶液（如海水）中，有杂散电流通过金属表面引起的腐蚀。如码头安装或漂浮修理时，供电线路不合理或船舶停泊的水域内有杂散电流，造成局部腐蚀。（4）接触腐蚀：由于浸在电解液中的不同金属所构成的宏观腐蚀电池的作用而引起的。或金属本身的不均匀性，产生无数个微电池。在微电池阳极区产生的电化学腐蚀。（5）缝隙腐蚀：在电解质的作用下，相联结的金属之间或金属与非金属材料之间的狭窄缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。如不紧密的铆接处、法兰的连接处、垫圈、衬板、缠绕与金属重叠处，剥离涂层的下面及密封装置边缘下面都会发生缝隙腐蚀。它可以在不同的金属和不同的腐蚀介质中出现。（6）应力腐蚀：金属在腐蚀介质的张应力（静应力或交变应力）的联合作用下发生的腐蚀。在静应力作用下，金属会产生脆性破毁（腐蚀开裂）；在交变应力作用下，疲劳极限与其在空气中的数值比，通常要下降（腐蚀疲劳）。应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝发展很快，能在短时间内发生严重破坏。裂缝的形态有沿晶界发展和穿晶破裂或其混合型。应力腐蚀有两个基本条件：一是材料对介质具有应力腐蚀开裂的敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可来自工作应力，也可来自残余应力。（7）磨损腐蚀：由于腐蚀介质与金属表面间的相对运动。引起金属的加速破毁与磨损。是由磨损与腐蚀联合作用下引起的。流速是引起磨损腐蚀的重要原因。高速液体对管壁或设备的冲刷，对保护层进行了破坏如高压减压阀中的法头和法座，离心泵的叶轮，风机中的叶片等）。（8）空泡腐蚀：指流体高速流动，产生紊流，在管路内负压区产生的气泡受到压缩，并在高的内压下破裂，对周围金属产生连续激烈的锤击，并与其他腐蚀共同作用导致管路损坏。即以空泡的机械破坏为主，其他腐蚀为辅的综合腐蚀类型。（9）生物腐蚀：在某些生物（如海藻、牡蛎等海洋生物）和微生物生命活动产物影响下发生的腐蚀（如海洋生物附着在船体表面，将使未被覆盖处加速腐蚀）。（10）晶间腐蚀：局部腐蚀的一种，沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶间杂质或内应力的存在，晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。表面仍保留一定的金属光泽（通常出现于黄铜、铝合金和一些不锈钢、镍基合金中）。（11）点蚀：经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上，由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如cl-）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易露出机体金属，使其成活性化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成活性―钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小的多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。

3 船舶常用管材

（1）20#钢：优质碳素结构钢，常用管材。（2）1Cr18Ni9Ti：普通不锈钢，其组织离别为奥斯体型，用于制作耐酸容器，具有较好的耐晶间腐蚀性（淘汰产品，不推荐钢种），工艺措施，防止过热、快焊快冷、使碳来不及析出。（3）316：（06Cr17Ni12Mo2）较304具有更好的抗氯化物腐蚀能力，耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。不锈钢管子不宜热弯，在大量含有氯离子的介质中易产生应力腐蚀。（4）316L：316L（含钼不锈钢022Cr17Ni12Mo2）对于海水有较强的耐腐蚀性。奥斯体不锈钢的衍生钢种。拥有优异的抗点蚀能力，可以安全地应用于含cl等卤素离子环境。没有任何一种不锈钢是超级无敌的不锈钢。不锈钢是杂质较多的钢（不过这些杂质都比钢具有耐腐蚀性），是钢就可以和其他物质反应。（5）紫铜管：含铜99.5%以上纯铜拉制或挤制而成，具有良好的塑性和耐蚀性，不适用高温高压系统，用于压力表管，海水系统、液压系统、滑油系统等。（6）黄铜管：由铜基合成构成，强度和韧性稍大于紫铜管。抗海水和大气腐蚀能力强，一般用于热交换器和传话管。（7）镍铜管：B10管具有良好的热交换性和优良的耐海水腐蚀性，抗拉强度高、升长率低、塑性差、冷弯曲成型时成型能力差，不能弯曲成型大角度弯曲件。（8）钛合金管：优于无缝管和紫铜管，钛合金管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐腐蚀性。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基合金还高。耐水冲击性能也较强。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。（9）铝合金管：重量轻、耐腐蚀、塑性好、易加工，可用于低压场合，如燃油管、滑油管、冷却水管等。轻型快艇常用。（10）HDR双相不锈钢：由约50%奥斯体和约50%铁素体双相组成，因而有了奥斯体不锈钢的韧性和铁素体不锈钢的耐氯化物应力腐蚀的性能，既有很高的机械性能又有良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能。

4 海水腐蚀特点

海水是典型的电解质溶液，其腐蚀有如下特点：（1）中性海水溶解氧较多，除镁及其合金外，绝大多数海洋结构材料在海水中的腐蚀都是由氧的去极化控制的阴极过程。一切有利于供氧的条件，如海浪、飞溅、增加流速，都会促进氧的阴极去极化反应，促进金属的腐蚀。除镁及其合金既有耗氧腐蚀又有析氢腐蚀外，其它金属都属于耗氧腐蚀。（2）由于海水的电导率很大，海水腐蚀的电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中金属表面形成的微电池和宏观电池都有较大的活性。海水中不同金属接触时很容易发生电偶腐蚀。（3）因海水中氯离子含量很高，因此大多数金属，如铜、钢、铸铁、锌、等，在海水中时不能建立钝态的。只有少数易钝化金属（如钛、锆、铌、钽等）才能在海水中保持钝态。海水腐蚀过程中，阳极极化率很小，因而腐蚀速率相当高。（4）海水中容易出现点蚀和缝隙腐蚀。海水中的盐类、溶解氧、海洋生物、腐烂的有机物、海水的温度、流速和pH值等都对海水腐蚀有很大的影响。微生物的生理作用会产生氨、二氧化碳、硫化氢等腐蚀物质，会加速金属腐蚀。在高速水流中易产生冲击腐蚀和空蚀。

5 影响海水管路腐蚀的重要原因：

（1）材料的影响。（2）腐蚀环境特点的影响。使用期间，流动海水冲刷作用；停泊期间，有机物的沉积或受污染海水作用。（3）海水流速的影响。海水在管中流动，加速了管路的腐蚀与磨损，对于船舶的海水管来说，海水流速越大，管系腐蚀程度也越严重，而且其腐蚀程度与静止状态相比，成倍或几十倍地增加。（4）气蚀：管路由于海水的扩散、旋涡、流道过窄及振动，在流体中形成低压区，在金属管壁和海水的界面上，由于无数的气泡不断破裂使管壁产生机械损伤而形成气蚀。由于气蚀的存在，管壁产生了马蜂窝状的麻孔。（5）管道构型是影响海水管道腐蚀行为的重要因素。流体容易紊乱的地方最容易发生冲击腐蚀，如分流处、汇流处、弯管处、管径变换处等。在同样海水流速下，直管部分可能遭受全面均匀腐蚀。而在上述地方可能发生明显的马蹄形蚀坑或管壁明显变薄。海水管道连接方式严重影响海水管道的腐蚀。管子连接之间的缝隙处因易缝隙腐蚀而破损。管子连接处的下段易形成湍流而破损。异种金属接触也影响海水管路的腐蚀。（6）海生物的影响：海生物的存在，一是使水中含氧量增加；二是海生物活动中放出二氧化碳或残余海生物分解出H2S，从而使周围海水酸化，二者都导致海水管系腐蚀速度增加。不同的金属和合金在海水中被海生物污染的程度是不同的。铜及其合金被海生物污染的速度比钢被海生物污染的速度要小得多。

6 管路防腐措施

根据介质的不同和使用环境对管路材质合理选用，淡水管系一般是镀锌管和不锈钢管，热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长特点。冷镀锌即电镀锌，镀锌量很少，其本身的耐腐蚀性与热镀锌管相差很多。淡水管系应采用热镀锌管和不锈钢管。对于镀锌管尽量减少焊接接口，特别是对接焊，同时需氩弧焊打底，以保证管路内壁镀锌层质量。

燃油与滑油管一般是钢管，对于燃油系统采用耐油橡胶或金属管，要求金属管路是非镀锌管或非镀铜管。对于燃油低压管路，不能使用带有铜、锌、铅或者铜合金。管路外表面容易腐蚀。防腐涂料及涂装质量对管路外表面防腐极其重要。对于燃油驳运管，由于燃油中可能含有海水，在长时间不导油的情况下容易引起管路内壁的腐蚀，需在使用过程中定期输油。

海水系统腐蚀部位一般为管系拐角处、海底门处、泵的出口处、低温水冷却器海水管出口处。海底门处要安装防腐电极，海底吹除管要布置合理，泵的进出口、低温水冷却器海水管出口处要安装挠性接头，与主机连接的海水管也可用碳钢喷塑管连接，以避免对主机的腐蚀。

不锈钢管路可能与铜质阀门连接、钛合金管也可能与钢质船体、铝质船体或铜质阀门连接，管路通过穿舱管件穿舱。当管路、设备内部或外部有海水时，就会发生电偶腐蚀，负电位的金属遭到快速腐蚀溶解。固定在船体上的异种金属管路要采用电绝缘吊架，海水管路与异种金属阀门、设备相连时要进行电绝缘处理。外部可能有海水的部位穿舱管件的选取要避免管路对船体的腐蚀。满垫的采用会减小缝隙腐蚀。

钛及其合金轻质、高比强度、高比刚度、在海水中和海洋大气中不腐蚀。因钛及其合金与氧有很高的亲合力，容易生成氧化膜，即使受到机械损坏能很快修复。5083铝合金在海水中的腐蚀速率较大。5083铝合金不能与钛合金偶接，容易产生点蚀。钛合金和5083铝合金共同弱点是表面硬度低、耐磨性差。5083铝合金与钛合金在海水及海洋环境中使用，需对管子进行表面微弧氧化。可以大幅度提高了材料表面的硬度和耐磨损性能。

各种管系放样过程中，管系转弯处尽量转大弯，避免急弯。以消除或减小空泡腐蚀，同时减小流体引起振动与噪音。要严格控制液体的流速，减小磨损腐蚀。管路表面处理不能留有死角，管路清洗要到位。在管路内场制作在管路安装过程中，对于连接不平准的管路不能进行强制安装，以防造成结构变形和管子损坏，同时避免应力腐蚀。防止应力腐蚀应从减少腐蚀和消除应力两方面采取措施。

参考文献

[1] 姜锡瑞，编著.船舶与海洋工程材料[M].哈尔滨工程大学出版社，1999.

[2] 夏兰廷，黄桂桥，张三平.金属材料海洋腐蚀与研究[M].冶金工业出版社，2003.

[3] 杨世伟，席慧智，谢辅洲，等.舰船材料的电偶腐蚀研究[J].哈尔滨工业大学学报，2000（6）：34-38.