阴极电流保护装船工艺及调试技术研究

阴极电流保护装船工艺及调试技术研究

曾懿 1 黄林伟 2

1. ９１５９２部队 广东 广州 510336 2. 中船黄埔文冲船舶有限公司 广东 广州 510336

摘要：外加电流阴极保护装置通过对被保护船体施加保护电流来实现船体保护作用。具有随船体外界条件变化（如船舶航速、海水盐度和温度、油漆涂敷程度等）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。

关键词：外加电流阴极保护、装船工艺 、调试技术

1 前言

船舶常年浸在海水中，容易发生电化学反应。海水是一种很强的电解质，船体可视为铁、碳及其它金属构成的合金，在海水中形成微电池化学反应。其中铁的电位较负，失电子成为微电池的阳极，受到侵蚀。为避免船体侵蚀，通过在船舶上安装外加电流阴极保护装置，电流从与电源正极相连的辅助阳极通过海水到船体再回到电源的负极构成回路，船体和螺旋桨等得到电流进行阴极极化，在极化过程中船体成为阴极而得以保护，避免腐蚀。

2 原理及系统组成

外加电流阴极保护装置就是根据“电化学反应中的阴极区是不腐蚀的”原理，使船体水下部位不受海水腐蚀。通过对被保护船体施加保护电流，电流越大，阴极表面的电子积聚越多，电位也就越负，当电位负到一定程度时，由辅助阳极电流的电子代替船体来失电子，从而船体表面达到等电位，微电池化学反应停止，船体的腐蚀即被抑制。实船应用中，由恒电位仪提供直流电流，恒电位仪的正极与船体绝缘安装的辅助阳极相接，负极接船体，电流从与电源正极相连的辅助阳极通过海水到船体，再回到电源的负极构成回路时，使船体和螺旋桨等得到电流进行阴极极化，通过参比电极监控，当极化到一定电位范围，即－0.80～－1.00V时（相对于银/卤化银参比电极），船体就处于被保护状态不受海水腐蚀。

2.1 系统组成

外加电流阴极保护装置由恒电位仪、辅助阳极和阳极屏蔽层、参比电极、舵接地装置等组成。系统框图如下图所示：

图1 外加电流阴极保护装置系统框图

恒电位仪：恒电位仪是船体外加电流阴极保护装置中自动调节保护电流大小，使船体水下部位一直处于保护状态的装置。

辅助阳极：辅助阳极与恒电位仪正极相连，安装在船体（壳）外舷，经海水介质向船体施加保护电流。辅助阳极主要为钛基辅助材料。

辅助阳极安装图

辅助阳极屏蔽层：主要作用为：将阳极周围的船体绝缘，防止阳极周围的油漆脱落，扩大阳极的保护范围，防止阳极周边的油漆剥落，使船体得到有效的保护。

参比电极:参比电极的作用是测量船体电位及提供设定电位的差值控制信号，调节输出电流，使船体始终处于保护电位下。

参比电极实例

接地装置：舵板和减摇鳍的阴极接地是为了使舵、减摇鳍与船体之间有良好的电性连接，避免舵叶和船体间产生电位差而造成舵叶的电化学腐蚀。

牺牲阳极：主要为舵、螺旋桨、轴、通海阀箱等附体提供辅助保护。船体有些部位如海底阀箱因受到屏蔽不能完全得到保护，通过适当的在这些部位补加牺牲阳极达到全船“无死角”保护。

3 装船工艺

3.1 恒电位仪安装

在恒电位仪安装部位的船体上分别焊上两接线柱，作为“大地”和“小地”的接点，“大地”接线柱靠近恒电位仪的负极（-）输出。“小地”接线柱要求尽可能远离“大地”接线柱，以避免强电对参比电极的干扰，两者的距离至少应大于0.5m。

3.2 电缆敷设与接线

1、阳极安装结束，气密试验合格后，将阳极电缆穿过电缆填料函并放入密封填料密封。将阳极电缆固定在阳极接线柱上，接线时要先垫好绝缘垫片，严防电缆头与铜水密压紧螺母相碰，检查确保阳极与船体无短路。

辅助阳极安装效果图

3.3 舵接地装置

采用专用接地电缆其一端与舵柱连接，另一端与舵机舱顶连接。接地电阻应小于0.02欧姆。电缆长度要适当，以保证舵叶转动时，不至因电缆过短而拉断，也不宜过长。

舵接地装置安装效果图

4 调试技术

4.1 船舶试航期间,即处于海水环境中：测量船体安装之参比电极对船体的自然电位；使用高阻抗数字电压表；每1～2小时测一次，连续测试三次，正常船体自然电位－0.4～－0.6V，并做好记录；船体自然电位测试完毕，开启恒电位仪，控制电位值设在过保护报警值-50mV，再逐渐提高，直至船体电位在保护范围之内（对于使用银/氯化银参比电极的仪器，所显示的参比电位应在-0.75V～-0.95V）；建立装置运行日志，坚持记录日常工况。

4.2 船舶进入淡水环境中，应及时停机。因淡水电阻大，输出电流增大，设备易过流损坏。船舶在船厂进行维修时，为防止电焊等作业对设备的干扰，需将设备的工作状态置于“手动”位置。

5、安装及调试注意事项

1、船体电位测量及恒电位仪通电试验必须在海水中进行；船舶进入船坞时应停机，严禁通电。

2、恒电位仪输出的阴极电缆与阳极电缆采用双芯电缆紧靠敷设，消除电缆直流电流所产生的磁场；按照接线图接好外线，检查各阳极、参比电极接线是否正确，注意从阳极接线盒分出的阳极线和阴极线切勿接反。

3、参比电极零位线必须单独接到恒电位仪的“零位”接线柱上，不可与阴极直接相连，更不可连到电源的中线上。

4、开机前将各旋钮复位，手动调节、自动调节逆时针转到最小位置，电源开关置“断”位。恒电位仪不可空载调试、运行，即未接通阳极时（可用0.15～0.2Ω的大功率电阻代替阳极），不允许通电。

5、一旦装置故障，转为“手控”通电，但必须注意随情况不同（如航行与停泊）及时调整输出电流，以免欠保护或过保护，尤其防止过保护。需注意的是：手动工况下电位不恒定，要经常检查电位情况以防止电位过负造成过保护。

6、电缆接线时，特别注意阴极和阳极线不能接反。如果接线接反，将会适得其反，会加速船体腐蚀。

7、电位测量接地点应单独与舱内船体相接，不允许与恒电位仪输出接地点（阴极）相连，避免因有附加压降而引起电位测量误差。

8
、一个月进行一次船位电位测量，及时掌握船舶水下保护效果。船舶在海上抛锚时，随船配备的手提式铜/硫酸铜参比电极测量船体各部位的电位。测量方法如图1所示。

图1 船体电位测量方法示意图

对同一船体电位，银/卤化银参比电极（安装在船体外板上）与铜/硫酸铜参比电极（便携式）的电位测量值的换算关系如下公式所示：

测出船体电位比-0.85mV更负，则船体在良好保护下；如果比-0.85mV大，例如-0.7mV，则船体在慢慢腐蚀中，需及时调整恒电位仪输出电流值提高极化电位，使测出的值换算成银/卤化银参比电极对应电位范围在－0.80～－1.00V时，船体就处于被保护状态不受海水腐蚀，从而达到了保护船体的目的。

五、总结

磁饱和恒电位仪有两种工作方式：自动和手动方式。舰船在正常航行或停泊时恒电位仪应选用自动方式进行工作。自动方式工作时，仪器是通过调整输出电流而达到船体电位的恒定，使船体电位处于最佳保护状态范围内。舰船在工厂进行维修时，恒电位仪应选用手动方式进行工作。采用手动工作方式时，仪器是保持输出电流的恒定。另外，在自动控制回路发生故障或参比电极失效时，也可用手动工作方式人为的根据检测的船体电位设定输出电流值，使船体处于良好的保护状态。

参考文献

1 中国船级社.钢质内河船舶入级与建造规范.北京：人民交通出版社，2002

8