船舶海水管道腐蚀的原因及其防护策略

船舶海水管道腐蚀的原因及其防护策略

蒋凡

身份证：321183198711124113

【摘要】本文主要分析造成船舶海水管道腐蚀的原因，在此基础上提出相应的防护策略。通过分析明确海水管道腐蚀的特点来优化海水管道的选材，不断提高工艺质量。一般情况下，影响船舶海水管道使用寿命的原因包含管道材料、气蚀和海水流速等，明确上述因素对船舶海水管道的影响才能提出更有针对性的工艺优化方案，进一步提高海水管道质量。

【关键词】船舶；海水管道；防腐蚀技术

由于海水属于含盐浓度极高的电解质溶液，具有极强的腐蚀性，会对漂泊海上的船舶产生影响。即使船舶受到海水腐蚀是无法避免的，但仍然可以通过优化选材、提高工艺质量等方法来降低海水对船舶海水管道的腐蚀影响，延长设备使用寿命，减少运行过程中受损的可能性，同时保障船员安全性。

1 船舶海水管道的功能和作用

海水管道用于冷却船舶的主要机械设备，如发动机、发电机、涡轮增压器等。通过将海水引入冷却系统，可以有效地降低设备的温度，确保其正常运行并防止过热。此外，一些船舶采用海水进行蒸发冷却，通过将海水喷洒到空气中，通过蒸发吸热的过程，降低空气温度，提高环境的舒适性。海水管道通常与船舶的消防系统相连接。在紧急情况下，可以使用海水进行消防，以灭火或控制火势，确保船舶和船上人员的安全。一些大型船舶采用压载水系统来调整船舶的稳定性。通过在船体的特定位置注入或排出海水，可以调整船舶的重心，使其更加稳定。

2 船舶海水管道腐蚀严重部位

2.1机舱上部海水管路

海水中含有大量的盐分和其他化学物质，其中氯离子是主要的腐蚀因素之一。当海水在管道内循环时，氯离子可以与金属表面发生电化学反应，导致金属腐蚀。上部海水管路更容易受到腐蚀，因为在船舶的上部区域，管路更容易受到海水的暴露和风化。海水管道在接触到氧气的同时，可能还受到电解腐蚀的影响。电解腐蚀是由于金属在电解质（如海水）中形成电池，发生金属离子的溶解。这种腐蚀在管道的上部更为显著，因为那里更容易暴露于氧气和海水之间。此外，机舱内通常温度较高，湿度较大，这些条件有利于腐蚀的发生。高温和湿度可以加速金属的腐蚀过程，特别是在海水暴露的区域。

2.2小直径管路

小直径管路通常具有较高的流速，这可能导致海水在管道内的流动加速，增大了腐蚀的风险。高流速可能带来更大的摩擦力和冲击力，导致管道内表面的金属受到更强烈的侵蚀。此外，小直径管路中流体的动力效应可能导致流体中的微小颗粒或溶解的物质在管道内产生高速冲击，从而增强了对管道表面的腐蚀作用。由于小直径管路自身的几何特性，容易形成流速不均匀的局部区域，这可能导致在某些部分腐蚀更为严重，形成局部腐蚀的现象。

2.3离水泵出口较远管路

离水泵出口较远的管路通常会经历更长的管道长度，因此流速相对较低。低流速可能导致水在管路内停滞时间增加，增加了与金属表面发生腐蚀的机会。此外，低流速可能减少管道内水分的携带能力，使得腐蚀产物更容易在管道内积聚。离水泵出口较远的管路在水流过程中，溶解氧的含量可能会减少，形成较为闭合的环境。缺乏充足的溶解氧会影响氧化还原反应，降低了对金属腐蚀的促进作用，但同时也降低了对腐蚀产物的清除能力。

2.4管系内部以蜂窝状腐蚀为主

在管道内部，流体通常不是均匀分布的，可能存在流速的差异。这种不均匀的流速分布会导致局部腐蚀的发生，形成蜂窝状的腐蚀。流速较慢的区域可能容易形成死角，使得腐蚀产物在这些区域积聚，进一步促进腐蚀的发展。

不同区域内的氧化还原电位差异可能导致局部腐蚀。一些区域可能更容易发生氧化还原反应，形成蜂窝状腐蚀，而其他区域可能相对较安全。

此外，由于管道内使用的材料可能存在异质性：晶粒大小、化学成分不均匀性，这些差异都会导致不同区域间受腐蚀情况不同。

管道内可能存在局部温度的变化，这会导致局部的冷却和热化效应，增加了局部腐蚀的风险。这种温度变化可能由于流体的物理特性或管道所处的环境条件引起。

3 不同因素对船舶海水管道腐蚀情况的影响

3.1材料

船舶海水管道常用材料包含不锈钢、铜合金、铝合金、镍合金等。其中，不锈钢具有最强的抗腐蚀能力[1]。原因在于不锈钢自身能形成一层致密的氧化膜，从而阻止了管材进一步受到腐蚀，因此不锈钢被广泛运用于需要高度耐腐蚀性的海水管道。

此外，铜合金也具有一定的抗腐蚀性，而且在一定情况下铜合金还具备抑制海水中微生物生长的优点，可以最大化减少生物腐蚀情况的发生。但是需要注意在某些特定的水质条件下，铜合金也可能发生腐蚀。

铝合金具有良好的抗腐蚀性能，但其在实际使用过程中如果与其他金属直接接触可能会发生电解腐蚀。

不同材料在静水中腐蚀速度也存在差异，具体情况如表 1所示，在选材时要综合考虑材料性能和腐蚀速度。

表 1 在静水中金属的全面腐蚀速度（单位：μm/a）

3.2气蚀

气蚀是一种由气体在流体中形成气泡并在高速流动时崩溃而引起的现象。在船舶的海水管道中，气蚀对腐蚀情况有一定的影响。

气蚀可能引起气泡的崩溃产生高速液体流动，这会对管道内壁造成冲刷效应。这种高速流动可能加速管道表面的磨损，特别是在弯曲、接头或其他几何特殊部位，导致金属表面腐蚀。此外，气泡的崩溃可能导致管道内形成的微观环境的氧化还原电位的变化。这种电化学影响可能加速金属的溶解，从而加剧腐蚀的进程。

气蚀还会引起冲刷和液体动力学效应，这可能导致管道表面的保护膜破裂，使金属更容易受到腐蚀。这种腐蚀通常表现为局部蚀损，可能在短时间内引起较为显著的腐蚀情况。

3.3海水流速

高流速海水可能对船舶海水管道产生一系列影响。高流速可能增加海水对管道表面的冲刷力，导致金属表面的腐蚀加速。流速较大时，流体中的溶解氧水平也可能增加，进一步促进腐蚀的发生。此外，高流速可能引起管道内的海水形成涡流和高速流动，导致管道表面的磨损和冲刷。这些效应可能使得管道表面的防护膜破裂，使金属更容易暴露于腐蚀环境中。高流速还可能导致海水在管道内形成不均匀的流动分布，使得一些区域受到更强烈的腐蚀。这种不均匀性可能导致局部腐蚀的发生，尤其是在弯曲或复杂结构的区域。

4 船舶海水管道防腐蚀措施

首先，选择合适的材料可以显著降低腐蚀风险，提高管道的耐久性。可以选择使用耐蚀合金，如哈氏合金、蒙乃尔合金等，这些合金通常具有良好的抗腐蚀性能，适用于海水环境。此外，聚乙烯、聚氯乙烯等塑料材料在海水环境中通常有较好的耐腐蚀性能。选择适当的塑料管道可以减轻腐蚀问题，同时这类材料还能够抵抗生物腐蚀。

此外，还可以通过施加涂层的方式来提高管材耐腐蚀性：在管道表面施加陶瓷涂层可以提高表面硬度和耐腐蚀性，形成一层保护层，减缓海水对金属的侵蚀。为了保证涂层效果，需要选择具有良好防腐性能的涂层，如环氧涂层、聚脲涂层等，可以形成有效的防护膜，防止海水直接接触到管道表面。

5 小结

当前，船舶海水管道的腐蚀问题尚且不能完全解决，但是可以通过优化设计、选材等来提高船舶海水管道的抗腐蚀性，在实际开展管道养护工作时要关注腐蚀严重部位，针对这些部位腐蚀原因采取相应的优化措施，以此来提高防腐蚀能力，延长船舶海水管道使用寿命，保障船员人身安全。

【参考文献】

[1] 谢鹏,常江涛,陈信斌. 含椭圆度和腐蚀缺陷海底管道的压溃承载能力研究[J]. 船舶力学,2023,27(7)

[2] 季同盛,韩啸,孙兴亮. AFT Fathom软件在船舶系统设计中的应用[J]. 广东造船,2018,37(6)

[3] 陈海文,李捷,徐立,等. 振动工况下船舶管道中冰晶流动特性[J]. 哈尔滨工程大学学报,2021,42(1)

[1]在同等成本的情况下，不锈钢具有最强的抗腐蚀性？（否则与下表中的钛合金冲突）