船体外加电流阴极保护系统设计与应用

0 引言

船舶结构大多为金属材质，金属的腐蚀是自然界不可避免的现象，如今，阴极保护技术在船舶领域已得到了广泛应用，明显减轻了船舶结构的腐蚀，延长了船舶的使用寿命。船体外加电流阴极保护系统是通过外加电源，控制船体电位或电流密度使船体阴极极化而达到不受海水腐蚀的目的[1]，船舶无论在系泊、航行状态，系统都应具有随外界条件变化（如航速、海域、油漆破损程度等）而自动调节输出电流，使船体始终处于最佳保护电位范围内的功能。船体外加电流阴极保护系统主要包含：恒电位仪、辅助阳极、阳极屏蔽层、参比电极、螺旋浆轴接地、舵接地等部件。

1 系统参数计算

本文案例船舶，船体采用外加电流阴极保护系统，压载舱、冷却系统等部位采用牺牲阳极保护（本文不做讲解）。按照GB/T 3108-1999《船体外加电流阴极保护系统》[2]进行保护电流密度的选取，船体参数、保护电流密度的选取如表1所示。

该船所需阴极保护电流：I总＝S1×i1＋S2×i2＋S3×i3＋S4×i4＝176.76A，因外加电流阴极保护系统需长期连续运行，应考虑系统裕量和冗余设计，经过综合计算和选型，恒电位仪选用2台120A/20V开关电源型恒电位仪，参比电极、辅助阳极参照GB/T 7387-1999《船用参比电极技术条件》[3]和GB/T 7388-1999《船用辅助阳极技术条件》[4]进行设计，系统成套表如表2所示。

表1 船体参数、保护电流密度序号 部位 材料 表面状态 面积m2 保护电流密度mA/m2 1 船体浸水面积 钢板 涂装 S1=2664 i1＝40 2 螺旋桨面积 裸漏 黄铜 S2=87 i2＝500 3 舵板表面积 钢板 涂装 S3=31 i3＝150 4 导流罩表面积 裸漏 不锈钢 S4=63 i4＝350

表2 外加电流阴极保护系统成套表序号 部件名称 规格/型号 数量 备注1 恒电位仪 120A/20V 2台 开关电源型2 辅助阳极 CYB 8套 含水密装置3 参比电极 CCY 4套 含水密装置4 环氧腻子涂料 H8702-5型 200kg 涂敷阳极屏蔽层5 接地装置 14套 机壳接地1套、零位接地1套、阴极接地8套、螺旋浆轴接地2套、舵接地2套。

2 系统布置要求

2.1 恒电位仪

恒电位仪：将交流电转换成低压直流电，输出保护电流。

恒电位仪选用2台120A/20V开关电源型恒电位仪，其应安装在便于操作管理的舱室，系统布置示意图如图1所示。

恒电位仪安装完成后，应测量绝缘电阻（冷态），用500V兆欧表分别测量恒电位仪三相电源输入端与机壳间的绝缘电阻，其应≥10MΩ。

2.2 辅助阳极

辅助阳极：连接恒电位仪的正极，将保护电流经过海水传递到船体。

辅助阳极选用8套CYB型辅助阳极，其布置在螺旋桨上方2套，艉部至舯部左、右舷各布置3套，高度在水线以下约1.5m，两舷对称安装。辅助阳极外形图如图2所示，辅助阳极安装示意图如图3所示。

辅助阳极安装完成后，阳极体或导电杆与阳极密封填料函或水密装置之间的绝缘电阻，在干燥状态下应＞1MΩ。

辅助阳极安装完毕后，对水密装置内部充气196kPa进行密封性能检查，历时15min不漏气。

2.3 阳极屏蔽层

阳极屏蔽层：使辅助阳极的输出电流分布到较远的船体表面，提高保护电位分布的均匀性。

图1 船体外加电流阴极保护系统布置示意图

阳极屏蔽层材料选用H8702-5型环氧腻子涂料，涂敷尺寸原则是确保阳极屏蔽层边缘处船体电位不负于船体涂层的最大保护电位，根据GB/T 3108-1999《船体外加电流阴极保护系统》附录B2计算取整，阳极屏蔽层的尺寸为3000×2000mm，厚度由辅助阳极边缘向外逐渐减薄，厚度0.5～3.0mm。

图2 辅助阳极

图3 辅助阳极安装示意图

2.4 参比电极

参比电极：测量船体电位，将测量的船体电位反馈到恒电位仪。

参比电极选用4套CCY型参比电极，每台恒电位仪使用两套[5]，纵向布置于左、右舷辅助阳极中间，与辅助阳极高度一致（约水线以下1.5m）。参比电极外形图如图4所示，参比电极安装示意图如图5所示。

参比电极安装完成后，参比电极体或导电杆与电极密封填料函或水密装置之间的绝缘电阻，在干燥状态下应＞1MΩ。

参比电极安装完毕后，对水密装置内部充气196kPa进行密封性能检查，历时15min不漏气。

图4 参比电极

图5 参比电极安装示意图

2.5 接地装置

螺旋浆轴、舵接地：通过接地装置使螺旋浆轴、舵柱与船体形成良好的电性连接，增加系统对螺旋浆、舵板保护的可靠性。

文章来源：《腐蚀科学与防护技术》 网址: http://www.fskxyfhjszz.cn/qikandaodu/2021/0207/426.html