某轮艉部牺牲阳极保护阴极的设计探讨

董国赟（上海中远船务工程有限公司海工项目管理部，上海200231）



某轮艉部牺牲阳极保护阴极的设计探讨

董国赟
（上海中远船务工程有限公司海工项目管理部，上海200231）

摘要：文中根据某轮修理过程中发现舵叶、螺旋桨区域出现的腐蚀现象进行分析，并重新计算，选型、更换了此区域牺牲阳极，解决了该轮舵叶、螺旋桨区域防腐保护的问题。同时，结合船舶修理作业过程，对舵叶、螺旋桨区域的牺牲阳极安装中的一些问题进行了探讨。此文对其他船舶选型、安装牺牲阳极具有参考意义。

关键词：牺牲阳极；计算；安装；舵叶；螺旋桨

引言

船体防腐蚀中的阴极保护通常分为牺牲阳极保护法、外加电流保护法两种形式［1］。某轮船体安装了外加电流阴极保护系统，由于外加电流阴极保护无法提供更大的保护电流密度，因此对船艉部的舵叶、螺旋桨轴出口端船体等部位加装牺牲阳极，进行艉部区域防腐蚀保护。船体各部位阴极保护所需保护电流密度可参见表1。

如何合理布置及安装牺牲阳极进行阴极保护，需进行技术设计、计算，以保证防腐蚀保护使用效果。由于该轮在新造船时，对舵叶、螺旋桨的牺牲阳极保护没有进行专业的设计，以致在后来的船舶运营过程中，对上述部位进行检验时发现腐蚀现象。在先前检修过程中根据以往经验加装相关牺牲阳极，但效果不甚理想。在本次船舶坞修过程中，笔者收集、查阅了大量的原始资料，同时对舵叶、螺旋桨的牺牲阳极保护进行了分析、计算，并重新布置、安装牺牲阳极。

1 舵叶及螺旋桨浸水（保护）面积的估算

1.1 舵叶浸水（保护）面积的估算

（1）主要参数

上弦宽：3.1+4.9=8.0 m；

下弦宽：4.2+2.2=6.4 m；

高度：9.4 m。

（2）按梯形面积估算

（8.0+6.4）/2×9.4=67.68 m2（单面）；

67.68×2=135.36 m2（双面）；

表1　阴极保护电流密度

考虑到是圆弧面及其他结构件的浸水面积取系数1.2估算，

Si=135.36×1.2=162.4 m2。

1.2 螺旋桨浸水（保护）面积的估算

（1）主要参数

直径d（DIAMETER）：7 850 mm；展开盘面比η（EXP/DISC）：0.739 1。（2）螺旋桨面积Sd=2πd2/4×η=2×π×7.852/4× 0.739 1=71.54 m2（双面）。

2 舵叶、螺旋浆牺牲阳极需求量及使用寿命的计算

2.1 舵叶牺牲阳极需求量及使用寿命的计算

（1）设计选用的保护电流密度为100 mA/m2（GB8841-88）。

（2）设计选用铝锌铟系牺牲阳极

规格为：AZI-C2G2（改型）；

质量为：10.7 kg；

具体尺寸为：550×130×60 mm；

牺牲阳极驱动电位ΔE：0.3 V；

实际电容量Q：2 400A·h/kg。

铝锌铟系牺牲阳极的化学成分和电化学性能应满足表2、表3的技术指标［2］。

（3）计算

表2　铝基阳极材料化学成分

表3　铝阳极电化学性能

每块铝锌铟系牺牲阳极发生电流量（If）

If=（ΔE/R）×1 000；

R=ρ/2S；

S=（L+B）/2=（55+13）/2=34；

R=25/68=0.368；

If=（0.3/0.368）×1 000=815 mA。

舵叶牺牲阳极需用块数：

航行需保护电流100 mA/m2×162.4 m2= 16 240 mA；

航行需牺牲阳极块数：N=16 240 mA/815 mA=19.9≈20块。

（4）舵叶牺牲阳极使用寿命的计算

Y=N.G.Q/IM×8 700×1/K；

IM=（0.6～0.7）×Si×Ii/1 000=0.6×162.4×100/ 1 000=9.7A；

Y=（20×10.7×2 400）/（9.7×8 700）×0.85=5.1（年）。

2.2 螺旋浆（布置在船的艉部）牺牲阳极需求量

及使用寿命的计算

（1）设计选用的保护电流密度为350 mA/m2［3］。

（2）设计选用铝基牺牲阳极

规格：AZI-C2G2型（尺寸用舵上所用型号）；

If=815 mA。

（3）螺旋浆计算需用牺牲阳极块数

N2=350 mA/m2×71.54 m2/815 mA=30.7块；

设计取块数为：32块。

（4）使用寿命的计算

IM=0.6×71.54×350/1 000=15.02A；

Y=（32×10.7×2 400）/（15.02×8 700）×0.85=5.3（年）。

3 舵叶、螺旋桨安装牺牲阳极的探讨

（1）为了控制船舶全寿命周期的进坞次数，目前船体油漆大多采用可使用5年以上的油漆，使船舶的进坞期由现在的2.5年延长到5年。因而，该轮舵叶、螺旋桨区域，按照上述计算所选定的铝基牺牲阳极进行安装，能满足5年的使用寿命，使舵叶、螺旋桨区域得到恰当的保护，并有效控制上述区域的腐蚀。

（2）对于舵叶、螺旋桨牺牲阳极的安装，应根据GB88841-88《海船牺牲阳极阴极保护设计和安装》的要求，均匀地布置在艉部船壳板及舵上，距螺旋桨叶梢300 mm范围内的船壳板上不得布置牺牲阳极；单螺旋桨海船的无阳极区不得安装牺牲阳极。

（3）在修船时，安装牺牲阳极最容易忽视的一个问题是：牺牲阳极安装前，在其背面必须涂刷二度船体防锈漆，最好是使用专用的阳极屏蔽涂料，以控制牺牲阳极的接水面积，使牺牲阳极在消耗的过程中不至于过早脱落，以保证牺牲阳极的使用寿命。

（4）牺牲阳极用焊接或螺栓固定，牺牲阳极的长度方向沿流线方向安装，背面贴紧船体，安装后，牺牲阳极表面严禁涂漆或沾染油污。

（5）安装牺牲阳极阴极保护要严格把好验收关，对阳极的化学成份，电化学性能以及实际重量等严格按标准验收。牺牲阳极安装后进行必要的保护电位测量和技术跟踪，以判断是否达到设计要求［4］。

4 总结

通过对某轮艉部牺牲阳极保护阴极的详细过程计算，并对牺牲阳极的设计计算及布置进行探讨，便于相关设计人员、工程技术人员进行学习与参考。

参考文献：

［1］汪国平.船舶与钢结构涂装及防蚀［M］.北京：国防工业出版社，1993.

［2］洪定海译.船舶阴极保护布置规范［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［3］中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册—舾装分册［M］.北京：国防工业出版社，2013.

［4］李明昕.船舶牺牲阳极的阴极保护设计研究［J］.装备制造技术，2007，（8）：31-34.

研究方向：船舶与海洋工程建造、修理管理工作

中图分类号：U663.5

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-01-0036-03

收稿日期：2015-09-17

作者简介：董国赟（1979-），男，本科

Discussion on the Anodic Sacrifice Protection Design of Ship Stern

DONG Guo-yun
（Dept.of Offshore Project Management，COSCO（Shanghai）Shipyard Co.，Ltd.，Shanghai 200231，China）

Abstract:This paper analyzes and recalculates the corrosion phenomena of rudder and propeller area in ship repairing，and makes some selection and replacement to the sacrificial anode，resulting in solving the problems of anti-corrosion protection for the area of rudder and propeller.On the basis，the paper also explores installing the sacrificial anode in this area，which may provide some references to other ship type.

Key words:sacrificial anode；calculation；installation；rudder；propeller