前言

船舶液體艙在海洋環(huán)境下，金屬結(jié)構(gòu)暴露于海水、高鹽分、高濕、高溫以及干濕交替等環(huán)境中，往往要遭到嚴重的腐蝕。在海洋環(huán)境中服役的船舶，各種液體艙的腐蝕破壞嚴重影響船舶壽命及安全性，而其中以壓載水艙的腐蝕更為嚴重。壓載艙的服役特點是干濕交替，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，涂層失效快。為了有效控制壓載水艙的腐蝕，通常采用涂層與犧牲陽極陰極保護結(jié)合的保護技術(shù)。

陰極保護方案設(shè)計一般根據(jù)保護電位、保護電流計算犧牲陽極的用量，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)進行均勻布置。犧牲陽極安裝完畢后進行測量評價。這種設(shè)計方法已經(jīng)應(yīng)用多年，但現(xiàn)場評價時往往釆用取幾點保護電位測試值為依據(jù)進行評價，不能全面反映被保護結(jié)構(gòu)的表面情況。如果存在欠保護區(qū)域，而又沒有測量到，往往會在欠保護區(qū)域發(fā)生腐蝕損傷。

為此，本工作針對某船的壓載水艙，釆用通常的設(shè)計方法進行印記波愛護設(shè)計，然后采用邊界元設(shè)計為基礎(chǔ)的BEASY軟件進行保護效果預(yù)測，判斷整體是否達到完全保護。

陰極保護的設(shè)計

壓載水艙的結(jié)構(gòu)尺寸：底部13200mm*19200mm*2400mm,側(cè)面43200mm*2400mm,壓載水艙材料為Q235B,涂層為改性環(huán)氧漆涂層，壓載率為50%,保護壽命為10a。

1.1陰極保護電流

按下式計算全浸時所需的陰極保護電流

I=J.S

式中J一陰極保護電流密度，mA/m2?針對表面涂層工況及保護期，取J=15mA/m2

S—被保護面積，m2.約為9000m2。

經(jīng)計算陰極保護電流為46.68A。

1.2犧牲陽極規(guī)格、型號及發(fā)生電流

選用Al-Zn-In-Cd鋁合金犧牲陽極，規(guī)格為500mm*（105*135）*130mm。每塊陽極凈重為23kg。其發(fā)生電流經(jīng)計算為1690mA/塊。

1.3陽極數(shù)量

按下式計算陽極數(shù)量：

N=I/It

式中N一陽極數(shù)量，塊

I—保護電流，A

It一陽極發(fā)生電流，A

經(jīng)計算需要犧牲陽極80塊，底部犧牲陽極數(shù)量為45塊，布置方式為9*5；側(cè)面犧牲陽極數(shù)量為35塊，布置方式為7*5.

陰極保護的保護效果預(yù)測

2.1邊界條件

BESAY軟件準確評價被保護結(jié)構(gòu)物的保護效果需要準確的邊界條件，一般包括犧牲陽極和被保護結(jié)構(gòu)材料的計劃特性、涂層狀態(tài)、海水電腦率以及被保護結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分方法等。為此采用實驗室模擬測試方案得到邊界條件為：海水的電導率為4S/m,壓載水艙的網(wǎng)格數(shù)為1600,犧牲陽極的網(wǎng)格數(shù)為321.,犧牲陽極和Q235B鋼的計劃曲線見圖1。

圖1犧牲陽極和Q235B鋼的極化曲線

2.2數(shù)值模擬分析

改性環(huán)氧漆涂層破損率為2%時，壓載水艙保護效果的模擬結(jié)果見圖2。

圖2BEASY軟件模擬壓載水艙的保護效果圖

在犧牲陽極周圍如右側(cè)所示的顏色梯度代表保護電位范圍，與圖中左側(cè)所示顏色一一對應(yīng)，將圖中左側(cè)所示的顏色與右側(cè)的標識碼相對照，即可知道壓載水艙各個區(qū)域的保護電位，從計算結(jié)果可知，壓載水艙的整體保護電位范圍在-827~943mV。從圖可見，釆用這種犧牲陽極的安裝方式，底部地位較負，在-943—900mV,而側(cè)壁，未安裝犧牲陽極的一側(cè),電位在-827~-910mVo在交界處，即拐角區(qū)域，保護電位相對較正，在-827?-850mV。由此可見，該種陰極保護的薄弱點在交界處和側(cè)壁未安裝犧牲陽極的區(qū)域。如果印記波愛護失效首先是這些區(qū)域首先達到欠保護。

根據(jù)印記波愛護準則，被保護鋼結(jié)構(gòu)物極化至-795~-1045mV,可以判斷為腐蝕基本得到抑制。從圖2可知，根據(jù)常規(guī)設(shè)計選用的犧牲陽極對壓載水艙進行陰極保護后，壓載水艙表面電位分布范圍為-827~-943mV,由此可見，釆用BESAY軟件的模擬計算結(jié)果證明陰極保護設(shè)計后的壓載水艙可以處于完全保護的狀態(tài)，證明設(shè)計和布置方法可靠。

結(jié)論

(1)陰極保護采用鋁合金犧牲陽極，規(guī)格為500mm*(115+135)mm*130mm,重量為23kg,數(shù)量為80塊，其中底部犧牲陽極數(shù)量為45塊，布置方式為7*5.

(2)BESAY軟件采用邊界元技術(shù)數(shù)值模擬結(jié)果表明壓載水艙保護電位處于-827~-943mV之間，達到完全保護。

(3)數(shù)值模擬結(jié)果證明壓載水艙的陰極保護設(shè)計方案基本合理,犧牲陽極的布置方式可行。