船舶杂散电流腐蚀与防护案例分析

2019-07-25刘英杰

船电技术 2019年7期

关键词：零线杂散螺旋桨

刘英杰

船舶杂散电流腐蚀与防护案例分析

刘英杰

（交通运输部北海救助局，山东烟台 264012）

船舶杂散电流腐蚀是一种电化学腐蚀。本文以某船舵叶、美人架、螺旋桨异常腐蚀现象分析船舶杂散电流发生的原因、危害及防护措施，对于类似船舶的设计建造可引以为鉴。

杂散电流腐蚀防护

0 引言

杂散电流是指那些通过非常规设计电路流动的电流，以工业设施的泄漏电流为主，它可能是连续的，断续的；也可能是单向的或交变的。杂散电流腐蚀现象在地铁、轻轨、地下管道等城市基础设施中都有不同程度的存在，许多专家学者对杂散电流腐蚀形成的原因、种类、条件等进行研究，并针对其特点采取各种防护措施，有效阻止杂散电流对钢制构筑物的腐蚀。近些年，船舶杂散电流腐蚀的情况也时有发生，特别是长期系泊的船舶，靠近陆地，受周围环境的干扰影响较大，或由于本身施工作业不当,如焊接时负极接地错误使船体等水下金属部件处于杂散电流腐蚀状态，有的船舶短时间内就出现船体坑状腐蚀。由于用船单位大都对船舶杂散电流腐蚀不甚了解，面对船体及水下金属部件腐蚀情况，往往从船体材料、牺牲阳极配置数量不够等找原因，使问题不能有效解决。本文的案例是一艘新造小型工作船,该船出厂后,长期接岸电靠泊码头,短时间内发现水下铜制螺旋桨、舵叶、美人架发生严重腐蚀现象，船厂、设备供应商、船东对造成腐蚀的原因进行分析，一时找不到具体原因。后经不断观察、测量、分析，判断造成铜制部件腐蚀的原因为杂散电流腐蚀，并采取相应措施阻止杂散电流形成，使相应金属部件得以有效保护。本文从该工作船的工作状态、船体及金属部件安装状态、船舶电制、周围环境等方面分析形成杂散电流的原因，采取有效措施，最终彻底解决腐蚀问题。

1 水下金属部件腐蚀的发现与进展情况

1.1 船体及水下部件安装情况

该工作船由南方某沿江造船厂建造，采用双主机、双艉轴、双螺旋桨、双舵叶形式。每侧艉轴由两道美人架支撑；水面以下船体材质为钢制；螺旋桨、舵叶、美人架为镍铝青铜材质；艉轴材质为不锈钢。船体按常规方式涂刷防锈和防污漆，采用嵌入式锌块作牺牲阳极保护；艉轴进行接地连接；美人架与船体采用环氧树脂连接，与船体绝缘，美人架轴承采用橡胶轴承；舵叶安装亦保持与船体绝缘；螺旋桨为可变螺距形式，桨毂将军帽内安装特制圆形锌块。

1.2 初次发现腐蚀情况

该船建成后由驳船装载运往北方交与船东。船舶吊放驳船进行检查时发现螺旋桨、舵叶及美人架均有轻微坑状腐蚀（见图1）。为了准确判断腐蚀原因，船厂组织相关各方及专家现场查验。根据情况判断为材料本身存在脱成分腐蚀情况的可能性较大，鉴于腐蚀坑上有的附着一些海生物，也有可能为海生物腐蚀。由于具体原因不能查明，大家建议先行将船交与船东使用，待3到4个月后再进行上坞检查，查验腐蚀进展情况，进一步判断原因。

图1 初次发现水下部件腐蚀情况

1.3 再次上坞腐蚀情况

4个月后该船上坞，相关人员及专家再次现场查验，发现以上部件的腐蚀情况均有不同程度的加重，其中左舵叶的腐蚀情况非常严重，舵叶双面大面积腐蚀，腐蚀坑增大且加深。右侧舵叶较4个月前亦有明显加重，但较左侧腐蚀程度较轻。双侧美人架均有较大程度的腐蚀，出现沟槽状腐蚀情况。双侧螺旋桨腐蚀较轻，没有明显加重。双侧艉轴光亮如初，没有变化。船体油漆保护良好，但锌块消耗严重，有的锌块已近耗尽。螺旋桨保护锌块亦消耗大半，达到换新要求。

图2 再次上坞水下部件腐蚀情况

2 腐蚀原因分析

2.1 分析过程

针对以上情况，大家的第一判断仍然是怀疑铜质部件的材质是否有问题，其次是安装是否满足要求，与船体绝缘是否达到标准。为此我们对材质进行取样，待送权威机构检测，出具报告后再做判断。同时对各部件与船体的状态进行测量。测量结果4道美人架绝缘良好，左侧舵叶绝缘较差，右侧舵叶绝缘良好。

根据供货商的产品报告，以上铜质部件为同一批次产品，取样送检报告显示，样品材质基本符合成分要求。由此可以基本否定腐蚀是材质原因造成。

根据绝缘测量结果，也不能判断绝缘好坏与腐蚀有直接联系。

根据船体锌块的大量消耗情况，铜质部件的非常规腐蚀情况，我们认为一定存在一种非常见的腐蚀原因。

为此查阅有关船舶腐蚀的相关资料，有一种杂散电流腐蚀的概念。但船舶杂散电流腐蚀的案例基本都是修船时直流焊机负极接地错误使码头和船体之间形成电流，造成对船体的腐蚀现象。虽然没有直接参照的案例，但从理论上掌握了杂散电流的概念，了解了杂散电流的类型和形成杂散电流的条件，为我们对该船的腐蚀现象判断提供了理论依据。

2.2 杂散电流存在的验证

根据杂散电流腐蚀的判断准则,供电系统或电器设备等引起的杂散电流造成船体电位正向偏移大于20 mV，即可判定产生杂散电流腐蚀[1]。

我们对船体电位进行多点多次测量，平均值在-0.69 V左右，该值已明显偏离船体正常保护电位-0.80 V至-1.0 V的标准值[2]，如果不是牺牲阳极保护不够，说明船舶存在杂散电流腐蚀情况。

2.3 杂散电流的来源

由于船舶长期靠泊码头，周围环境并不复杂，没有外围设备干扰情况，船体与外界的唯一联系就是岸电系统。我们将岸电从码头岸电箱拆除，使船舶与码头没有连接，再多点多次测量船体电位，平均值达到-0.78 V,接近船体标准保护电位。这进一步说明船舶存在杂散电流腐蚀，并且可以判定杂散电流的来源与岸电系统有关。

2.4 杂散电流的形成原因

岸电为380 V/50 Hz三相四线制，本船电力系统亦为380 V/50 Hz三相四线中性点接地配电系统,这与一般船舶的三相三线绝缘系统存在不同，我们认为这点不同就是杂散电流形成的原因。

船舶三相三线绝缘系统，平时接岸电只需与陆地连接三相电源即可，岸电的零线是断开的，船舶只要保持配电系统绝缘良好，船体与陆地零线之间不会产生电流。船舶三相四线制接岸电是需要将船舶的零线与陆地零线相连接的，由于船舶的用电设备在三相的布置是不平衡的，本船发电机功率较小，用电设备工作状态不一致，加大了三相电流的不平衡程度，这样零线中就会长期存在较大的电流。本船为小型船舶,日常用电设备为220 V，其中1台日用水加热器，2台空调属于较大用电负载，功率均在4 KW到5 KW左右，分别布置于不同的3相中，但因需求不同，3台设备可能只有1台运行，这就造成很大的不平衡，这时零线中的电流可能在20 A以上。另外本船的岸电电缆长度为150 m长，零线较细，截面积为10 mm2，根据铜的电阻率计算，零线的电阻约为：R1=ρL/S=0.0172(µΩ.m)*150m/10 mm2=0.263 Ω。这样零线两端存在（20 A* 0.263 Ω）近5 V的电位差，由于船体与码头靠近，海水又有较高的导电性，船体和码头之间这个电位差就通过海水组成回路，形成杂散电流。由于陆地岸电箱的零线接线螺栓长期不用，锈蚀较重，加大了接触电阻，增大电位差，更会使杂散电流增大。