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(yán)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(yán)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(yán)重。壓載艙的服役特點(diǎn)是干濕交替，結(jié)構(gòu)相對(duì)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(yáng)極陰極保護(hù)結(jié)合的保護(hù)技術(shù)。

陰極保護(hù)方案設(shè)計(jì)一般根據(jù)保護(hù)電位、保護(hù)電流計(jì)算犧牲陽(yáng)極的用量，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行均勻布置。犧牲陽(yáng)極安裝完畢后進(jìn)行測(cè)量評(píng)價(jià)。這種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)應(yīng)用多年，但現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)時(shí)往往釆用取幾點(diǎn)保護(hù)電位測(cè)試值為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能全面反映被保護(hù)結(jié)構(gòu)的表面情況。如果存在欠保護(hù)區(qū)域，而又沒(méi)有測(cè)量到，往往會(huì)在欠保護(hù)區(qū)域發(fā)生腐蝕損傷。

為此，本工作針對(duì)某船的壓載水艙，釆用通常的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行印記波愛(ài)護(hù)設(shè)計(jì)，然后采用邊界元設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的BEASY軟件進(jìn)行保護(hù)效果預(yù)測(cè)，判斷整體是否達(dá)到完全保護(hù)。

陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)

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(hù)壽命為10a。

1.1陰極保護(hù)電流

按下式計(jì)算全浸時(shí)所需的陰極保護(hù)電流

I=J.S

式中J一陰極保護(hù)電流密度，mA/m2?針對(duì)表面涂層工況及保護(hù)期，取J=15mA/m2

S—被保護(hù)面積，m2.約為9000m2。

經(jīng)計(jì)算陰極保護(hù)電流為46.68A。

1.2犧牲陽(yáng)極規(guī)格、型號(hào)及發(fā)生電流

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

1.3陽(yáng)極數(shù)量

按下式計(jì)算陽(yáng)極數(shù)量：

N=I/It

式中N一陽(yáng)極數(shù)量，塊

I—保護(hù)電流，A

It一陽(yáng)極發(fā)生電流，A

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

陰極保護(hù)的保護(hù)效果預(yù)測(cè)

2.1邊界條件

BESAY軟件準(zhǔn)確評(píng)價(jià)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的保護(hù)效果需要準(zhǔn)確的邊界條件，一般包括犧牲陽(yáng)極和被保護(hù)結(jié)構(gòu)材料的計(jì)劃特性、涂層狀態(tài)、海水電腦率以及被保護(hù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分方法等。為此采用實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試方案得到邊界條件為：海水的電導(dǎo)率為4S/m,壓載水艙的網(wǎng)格數(shù)為1600,犧牲陽(yáng)極的網(wǎng)格數(shù)為321.,犧牲陽(yáng)極和Q235B鋼的計(jì)劃曲線見(jiàn)圖1。

圖1犧牲陽(yáng)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(shí)，壓載水艙保護(hù)效果的模擬結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2BEASY軟件模擬壓載水艙的保護(hù)效果圖

在犧牲陽(yáng)極周?chē)缬覀?cè)所示的顏色梯度代表保護(hù)電位范圍，與圖中左側(cè)所示顏色一一對(duì)應(yīng)，將圖中左側(cè)所示的顏色與右側(cè)的標(biāo)識(shí)碼相對(duì)照，即可知道壓載水艙各個(gè)區(qū)域的保護(hù)電位，從計(jì)算結(jié)果可知，壓載水艙的整體保護(hù)電位范圍在-827~943mV。從圖可見(jiàn)，釆用這種犧牲陽(yáng)極的安裝方式，底部地位較負(fù)，在-943—900mV,而側(cè)壁，未安裝犧牲陽(yáng)極的一側(cè),電位在-827~-910mVo在交界處，即拐角區(qū)域，保護(hù)電位相對(duì)較正，在-827?-850mV。由此可見(jiàn)，該種陰極保護(hù)的薄弱點(diǎn)在交界處和側(cè)壁未安裝犧牲陽(yáng)極的區(qū)域。如果印記波愛(ài)護(hù)失效首先是這些區(qū)域首先達(dá)到欠保護(hù)。

根據(jù)印記波愛(ài)護(hù)準(zhǔn)則，被保護(hù)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(jì)選用的犧牲陽(yáng)極對(duì)壓載水艙進(jìn)行陰極保護(hù)后，壓載水艙表面電位分布范圍為-827~-943mV,由此可見(jiàn)，釆用BESAY軟件的模擬計(jì)算結(jié)果證明陰極保護(hù)設(shè)計(jì)后的壓載水艙可以處于完全保護(hù)的狀態(tài)，證明設(shè)計(jì)和布置方法可靠。

結(jié)論

(1)陰極保護(hù)采用鋁合金犧牲陽(yáng)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(yáng)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(hù)電位處于-827~-943mV之間，達(dá)到完全保護(hù)。

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