内河船舶船体阴极保护系统的应用研究

袁东军 钱斌

摘要：文章从船舶阴极保护分析入手，论述了内河船舶船体阴极保护系统的应用。期望通过本文的研究能够对船舶使用寿命的进一步延长有所帮助。

关键词：船舶;恒电位仪;阴极保护

1船舶阴极保护

在内河上行驶的船舶，不可避免地会受到水体的腐蚀，一旦船体遭受腐蚀，不但会缩短船舶的使用寿命，而且还会导致安全风险增大。所以必须采取行之有效的措施，对船体进行防蚀处理。防腐涂层与阴极保护是船舶腐蚀防护较为常用的方法，通过在船体上涂刷防腐涂层，能够有效降低船体腐蚀的几率，而阴极保护系统则是对防腐涂层的补充。不同的金属有着不同的电势，阴极保护系统就是通过对这些不同电势的合理运用，对船体上的金属起到保护效果。船舶可以采用的阴极保护方式有两种，一种是外加电流，另一种是牺牲阳极。外加电流是以直流电源对电流进行输出，由于电源本身的输出具有可调的特性，加之阴极数量相对较少，整个系统的使用寿命更长，故此在船体防蚀中应用的阴极保护系统基本上采用的方式都是外加电流。阴极保护系统中，外加电流方式的结构如图1所示。

2内河船舶船体阴极保护系统的应用

2.1系统设计思路

对于船体阴极保护系统而言，保护电位是非常重要的指标之一，该指标除了能够对系统的性能进行评估之外，还能对整个系统起到一定的控制作用。实践表明，内河船舶采用阴极保护系统时，只有保护电位达到一定范围时，船体才能够得到有效保护。通过对现有外加电流阴极保护系统的构成情况进行分析后发现，系统中保护电位的检测是相关工作人员以手动的方式完成。同时，根据检测到的结果，对保护状态进行判断。当发现保护电位超出预先设定好的范围时，需要以人为的方式对电源的输出进行调节，从而达到改变保护效果的目的。针对现有系统的不足，并在充分考虑船舶运行需要的基础上，在系统设计开发过程中，增加一个监测模块，借助该模块对保护电位进行实时监测，确保阴极保护的评估效果更加准确。同时还能减轻工作人员的劳动强度。基于这一思路，本次设计开发的船体阴极保护系统由两个部分组成：一部分是保护控制，另一部分是监测。

2.2保护控制系统的设计

保护控制系统由供电装置和辅助阳极组成，前者具有反馈调节功能，后者需要具备稳定的性能。

2.2.1供电装置

本次设计的阴极保护系统采用的是外加电流的方式，其核心部分是恒电位仪，它是一个负反馈放大-输出系统，具有恒电位和恒电流功能，除了可以为船体提供阴极保护电流外，还能依据船体表面的电位，对保护电流的大小进行自动调节。在阴极保护技术快速发展的推动下，恒电位仪也随之得到快速发展，各方面功能日趋完善，如多通道电源、数据通讯接口等等。计算机系统能够以测量电位的反馈计算作为依据，经通讯接口，对恒电位仪的输出电压与输出电流进行控制，由此达到对船体表面电位进行有效控制的目的。在本次设计中，选用多通道恒电位仪，该设备的核心为单片机，以信号比较为前提，利用闭环控制的方法，对电源的输出电压或是输出电流进行调节，使船体表面的电位始终维持在一个稳定的范围之内，从而使船体得到保护，避免腐蚀问题的发生。

在本次设计中，恒电位仪的输出控制有两种方式，一种为手动，另一种自动。相关的控制软件安装在工控机内，可以根据实际需要，对具体的控制方式进行合理选择。在对恒电位仪进行选取时，应当以船体阴极保护系统的运行环境作为首要考虑因素，确保所选的恒电位仪对环境具有较强的适应性。在对各种因素进行综合考虑后，最终决定选用国内某公司研发的PPS3205T-3s作为实验过程中的供电装置。之所以选择该设备主要是因为它的稳定度比较高、漂移低，并且还具备数字化可编程、多重保护方式、风扇智能化控制等功能。

2.2.2辅助阳极

辅助阳極的主要作用是使外加电流能够有效地分布于船体的表面，从而起到保护效果。作为船体阴极保护系统中的重要组成部分之一，辅助阳极需要长期处于水环境当中，为确保阴极保护系统的作用能够得到全面发挥，除了要选则性能优异的辅助阳极之外，还必须保证布置的合理性。辅助阳极的性能与布置要求如下：所选的辅助阳极除了要具备足够的机械强度之外，还要抗冲刷，质量越轻越好，并且要易于安装;在介质当中应具备优异的导电性能，极化越小越好，能够耐电解腐蚀，消耗率小，使用寿命长;可塑性强，能按照使用需要，制成相应的形状，并且要有良好的水密性;为确保电位在船体上的均匀分布，辅助阳极应均匀、对称布置在船体表面;不得将辅助阳极布置在船体特殊区域附近;在辅助阳极区域内应当设置阳极屏，以此来避免涂层剥落的情况发生。

本次设计中，对辅助阳极进行选择时，应满足以上要求，经过比较后最终决定选用混合金属氧化物MMO。之所以选择这种材料作为辅助阳极，主要是因为它具有非常高的电催化活性和化学稳定性，适用于水环境，自身损耗相对较小，性价比高。

2.3监测系统设计

在船体阴极保护系统中，监测系统的主要作用是对电位进行实时监测，该系统由两个部分组成：即硬件与软件。当参比电极采集到相关保护电位后，经过信号转换后，传给实时监测系统，系统经过分析处理，便可得到实时保护电位曲线。在曲线当中，横坐标为时间，纵坐标为监测点位，系统能够自动绘制出监测点位随着时间发生的变化情况。借助实时监测功能，可以更加直观了解阴极保护系统对船体产生的保护效果，尤其是在系统故障时，在监测曲线中能及时发现故障，给系统维修提供了依据。

2.4模拟试验

为进一步验证本次设计开发的阴极保护系统的可行性，采用模拟试验的方法，具体过程如下：

2.4.1试验步骤

对试验水池进行全面清洁，然后向池内注入自来水，同时将参比电极与辅助阳极安装到模型船上，在船体表面制造出破损涂层，可将破损率设定在2-5%;将阴极保护系统的各个回路连接好，检测连通性，确认正常后，将压载块放入模型船内，使船达到一定的吃水状态;开启恒电位仪与监测系统，对电源输出进行控制，观察测点的电位，直至曲线达到稳定。

2.4.2结果分析

在模拟试验的过程中，模型船上破损的区域并未出现锈蚀的情况，由此表明，船体得到有效的阴极保护，说明本次设计开发的阴极保护系统在船舶防蚀中具有良好的可行性，可以推广应用。

3结论

综上所述，内河船舶受到水环境的影响，船体常常会被腐蚀。为降低腐蚀的发生几率，可对阴极保护系统进行合理运用。本次设计开发的阴极保护系统为外加电流的方式，借助监测系统能够对电位进行实时监测，大幅度提高了阴极保护的可靠性。

参考文献

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