舰船结构腐蚀余量要求标准分析

夏齐强，朱 韬，徐 忆

（海军研究院，上海 200235）

0 引言

对于舰船结构而言，多年的实践经验表明，随着使用时间的增长，削弱结构能力的最突出的因素主要是板梁结构的腐蚀，腐蚀会导致板结构的有效厚度减小，承载能力随之减弱。一旦发生腐蚀破坏，会威胁到舰船整体结构的安全。对于民用船舶，各船级社、船东以及国际海事组织已经认识到了腐蚀的重要性，明确了各类船舶腐蚀余量选取要求及校核计算扣除原则，提出了船体不同部位的最小允许尺寸，许多机构正在制定保持老龄化船舶完整性的标准。对于军用船舶，各国海军也开始研究制定舰船的腐蚀选取要求及评估标准和相应的维护策略。本文主要对国内外腐蚀余量标准相关规定进行系统分析，旨在为我国舰船腐蚀余量选取要求研究制定提供参考。

1 舰船结构腐蚀余量要求标准

1.1 总体情况

船舶结构设计是按照船舶有关规范严格进行的，提供的总纵强度计算书是以新建造的船舶为对 象，对新造船舶船体结构抵御总纵弯曲、总纵剪力和总纵扭转能力的全面校核。随着船舶服役期的增加，船体由于腐蚀、疲劳损伤等作用，其抵抗外力所致破坏性变形的能力也随之下降。鉴于老龄船舶的频频失事，腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一，在船体的寿命期内，不考虑腐蚀等原因引起的结构承载能力的变化将是非常危险的。为此，国内外船级社均制定了各自的腐蚀余量选取要求，对船体不同部位的腐蚀余量的选取及扣除原则都有明确的规定。

散货船和油船共同结构规范（CSR 规范）[1]按船舶类型、船舶长度、舱室类型、结构构件部位对腐蚀增量进行了规定，提出了腐蚀增量最小值，并规定了腐蚀增量扣除原则，指出结构强度评估应在总提供尺寸上扣除适当的腐蚀增量后进行评估，标准要求较为细致。结构的设计基于一个净尺寸，从理论和实用的角度出发，将船舶运营期间可能发生的腐蚀余量从船体构件的建造厚度中剥离出去，采用净尺寸的概念对船体构件的最低要求进行规定，对于确保船舶结构在全生命周期内的安全是合理和必要的。我国原有CCS 规范[2]主要是基于构件的建造厚度以及相应的统计规律、统计结果和研究手段等建立的，与净尺寸的要求有一定的距离。从2006年开始，我国的钢质海船入级规范中，也将CSRT规范（双壳油船共同结构规范）、CSRB 规范（散货船共同结构规范）全盘引用，作为散货船及双壳油船的结构规范。与CCS 原有规范指南比较，CSR共同规范在规范体系、适用范围、载荷、规范计算等方面存在一定的区别。就结构腐蚀余量相关规定而言，二者主要区别在于：1）设计寿命，共同规范要求船舶结构设计寿命为25 年，而不是CCS 原有规范的20 年；（2）规范计算尺寸基础，在进行船体梁的屈服校核、总应力计算、屈曲校核、极限强度校核以及强度直接计算、疲劳校核时，共同规范采用“净尺寸方法”，即计算所取的结构尺寸为净尺寸，是在总提供厚度的基础上折减一定比例的腐蚀余量；而CCS 原有规范采用的是构件建造厚度。

ABS 钢质船规范[3]根据不同船型（油船、散货船、集装箱船等），根据各自结构特点给出了腐蚀余量具体数值；同时，ABS 军船规范[4]采用与钢质船（民船）规范完全相同的条款规定。ABS 的2006钢规中按照不同部位对油轮设计名义腐蚀值进行了明确规定，分别为船底板1.5 mm，货舱甲板1.0 mm，边舱（压载舱）甲板2.0 mm 等；而FPSO 的腐蚀环境较运营油轮恶劣的现实，规定FPSO 设计过程中需要增大腐蚀余量以保证结构安全，在ABS 2006钢规提供的数值基础上各自增加0.5 mm。ABS 规范在“净尺度”原则的框架下建立，规定在进行结构分析、强度校核以及有限元建模过程中均采用结构构件净尺寸，需在总结构构件总厚度中扣除相应的腐蚀余量。

DNV 民船规范[5]按舱室类型、结构构件划分，规定了单侧腐蚀余量从0 mm～2.5 mm，在结构评估过程中，应根据评估要求和分析类型从总要求厚度中扣除从0%～100%不等的腐蚀余量；而在DNV军船规范[6]中，主要划分为一般构件，润滑油、汽油或相当油舱，压载水舱、污水舱、通海阀箱，锚链舱等类型，范围为0.5 mm～2.0 mm，结构评估则采用建造厚度扣除腐蚀余量的结构净尺寸进行计算校核。

LR 民船入级规范[7]给出了不同位置结构以建造板厚为基准的腐蚀余量值以及腐蚀余量范围。另外，针对个别位置，如舱口盖、舱口围板，规范中给出了专门的腐蚀余量扣除值。针对个别具体船型，如集装箱船，规范也给出了单独的腐蚀余量扣除方式，具体规定与CCS 规范类似。LR 军船规范[8]也是按结构部位给出了腐蚀余量要求值，从0.5 mm～2.0 mm。在进行强度计算和结构分析时，LR 民船规范和军船规范均采用结构的净厚度，即在建造厚度的基础上扣除相应腐蚀余量。

我国军船规范GJB 4000—2000《舰船通用规范》[9]中水面舰船的结构强度校核中没有考虑腐蚀的影响；GJB/z 119—1999《水面舰艇结构设计计算方法》[10]中总纵强度、疲劳强度以及局部强度校核时均没有考虑腐蚀的影响，仅在直升机平台甲板板的最大弯曲应力计算时考虑了腐蚀，但腐蚀余量取值在标准中没有明确给出。总的来说，我国现有军船设计规范对于腐蚀余量的选取要求尚不清晰，在构件尺寸计算、强度校核中没有明确给出腐蚀余量扣除方法等。

1.2 主要特点

分析上述现行各规范腐蚀余量要求标准，可以发现目前腐蚀余量规定大致可以分为4 类：

1）CSR 规范、DNV 规范类似，腐蚀余量是根据构件的不同（如甲板板，舷侧外壳板等）及构件所处位置的不同（如货油舱，压载舱等）给出的；

2）ABS 规范腐蚀余量根据不同船型以及构件所处的位置、类型给出；

3）CCS 规范和LR 规范类似，腐蚀余量基于结构厚度给出；CCS 规范的腐蚀余量主要是基于结构的建造厚度，以10 mm 为界限分别规定；LR 民船规范的腐蚀余量按照结构类型及所处位置基于结构厚度给出，并规定了腐蚀余量的最大最小值范围。

4）DNV 军船规范与LR 军船规范类似，均规定了不同结构部位腐蚀余量选取值，但结构划分方式有所不同。另外，LR 军船规范对飞行甲板要求较DNV 规范高。

国外船级社如ABS、LR、DNV 在进行军船强度评估时，都考虑了腐蚀余量。目前国内军船设计规范中，没有明确给出腐蚀余量扣除等问题。从应力计算的角度分析，CSR、ABS 和DNV 规范均采用“净尺度”原则，在进行强度评估时应扣除相应的腐蚀余量，并给出了不同分析类型所应扣除腐蚀余量具体量值；而CCS 规范（除集装箱船另外规定），在结构强度评估过程中并未明确要求扣除腐蚀余量，并且在疲劳校核指南中，要求使用构件的建造尺寸，并通过腐蚀修正系数对结果进行修正。

2 基于通用规范的船体结构腐蚀余量选取要求分析

2.1 船体不同结构部位腐蚀余量要求

1）设计水线区域

在CSR 规范中，对于最小设计压载吃水线与结构吃水线之间的外壳板其腐蚀余量为1.5 mm，暴露于水下和水面的舷侧外板的腐蚀余量为1.0 mm；CCS 集装箱船规范中对此部分没有明显的差异，暴露于海水及大气的外板其腐蚀余量都是取为1.0 mm；ABS 规范中对于油船腐蚀余量的规定整个舷侧外板的名义腐蚀余量设计值为1.5 mm；ABS 规范中对于该部位散货船腐蚀余量的规定更加细致，舭板上转角至甲板下1.5 m 范围内的舷侧外板腐蚀余量为1.5 mm、甲板下1.5 m 至甲板舷侧外板腐蚀余量为2.0 mm；DNV 民船规范中对于船体外表面的腐蚀余量统一为0.5 mm；DNV 军船规范中除规定的一些特殊舱室外的其他构件其腐蚀余量统一为0.5 mm；LR 军船规范中对于所有位于设计水线1 m线以下的船体外壳板的腐蚀余量取为0.5 mm；由上述的对比可知，DNV 军、民船规范以及LR 军船规范对于这部分的腐蚀余量都取为0.5 mm，较其他民船规范小。

2）露天甲板

在CSR 规范中，露天甲板板腐蚀余量为1.7 mm；CCS 集装箱船规范规定暴露于大气的外板其腐蚀余量取为1.0 mm；ABS 规范中对于油船甲板板腐蚀余量取为2 mm，对于散货船甲板板腐蚀余量在开口区域外取为2.0 mm、开口区域内取为1.5 mm，对于集装箱船甲板板腐蚀余量在开口区域外取为1.5 mm，开口区域内取为1.0 mm；DNV 民船规范中对于船体外表面的腐蚀余量统一为0.5 mm；DNV军船规范中除规定的一些特殊舱室外的其他构件其腐蚀余量统一为0.5 mm；LR 军船规范中对于飞行甲板的腐蚀余量取为1.5 mm。

3）最小设计吃水以下外板

在CSR 规范中该部分腐蚀余量为1.0 mm；CCS集装箱船规范规定该部分的腐蚀余量取为1.0 mm；ABS 规范中对于油船舷侧板其腐蚀余量取为1.5 mm，底部外部取为1.0 mm、ABS 规范中对于散货船底板（包含比龙骨和舭板）的腐蚀余量取为1.0 mm，舷侧外板（舭板上转角至甲板下1.5 m）的腐蚀余量取为1.5 mm；ABS 规范中对于集装箱船底部和舭部其腐蚀余量取为1.0 mm，对于舷侧外板油舱区域的腐蚀余量取为1.5 mm、干燥区域其腐蚀余量取为1.0 mm；DNV 民船规范中对于船体外表面的腐蚀余量统一为0.5 mm；DNV 军船规范中除规定的一些特殊舱室外的其他构件其腐蚀余量统一为0.5 mm；LR军船规范中对于所有位于设计水线1 m 线以下的船体外壳板的腐蚀余量取为0.5 mm。

4）船体内部结构干燥舱

船体内部结构干燥舱，包括居住舱、工作舱、储藏舱、弹药舱等。在CSR 规范中对于干舱的腐蚀余量取为0.5 mm；CCS 集装箱船规范对于居住舱其腐蚀余量取为0 mm，其他干舱腐蚀余量取为0.5 mm；ABS 规范中对于油船、散货船和集装箱船对于该部分的腐蚀余量没有给出明确规定；DNV 民船规范中对于居住舱其腐蚀余量取为0 mm，其他干舱腐蚀余量取为0.5 mm；DNV 军船规范中对于该部分的腐蚀余量没有给出明确规定；LR 军船规范中对于所有构成舱室边界的板结构的腐蚀余量取为0.5 mm可酌情选取。

5）船体内部结构潮湿舱

船体内部结构潮湿舱，包括淋浴舱、洗漱舱、厕所、洗衣机室、厨房、开水间、锚链舱。在CSR规范中对于锚链舱根据构件类型及所处位置其腐蚀余量在1.0 mm～2.0 mm 之间；CCS 集装箱船规范对于该部分舱室腐蚀余量取为0.5 mm；ABS 规范中对于油船、散货船和集装箱船该部分的腐蚀余量没有给出明确规定；DNV 民船规范中对于通海阀箱、尿素舱、污水舱、污油舱、锚链舱的腐蚀余量取为1.0 mm；DNV 军船规范中对于锚链舱的腐蚀余量取为2.0 mm；LR 军船规范中对于所有构成潮湿舱室边界的板结构的腐蚀余量取为0.5 mm，可酌情选取。

6）船体内部结构液舱

船体内部结构液舱，主要包括油舱（燃油舱、航空油舱、滑油舱）、水舱（淡水舱、饮用水舱、水柜、锅炉水舱、压载水舱）、液货舱等。在CSR 规范中，其腐蚀余量为0.7 mm；CCS 集装箱船规范规定其腐蚀余量取为0.5 mm；ABS 规范中对于油船该部分的腐蚀余量取为1 mm、ABS 规范中对于散货船其液舱所在位置不同其腐蚀余量略有不同，在1.5 mm～2 mm 之间，对于集装箱船其液舱所在位置不同其腐蚀余量略有不同，在1 mm～1.5 mm 之间；DNV 民船规范中对于压载水舱腐蚀余量取为1.0 mm，其他舱其腐蚀余量取为0；DNV 军船规范中对于压载水舱腐蚀余量取为1.0 mm，其他油舱取为0.7 mm；LR 军船规范中对于液舱其腐蚀余量取为0.5 mm 可酌情选取。

2.2 各规范比较

船体结构不同区域腐蚀余量标准详细对比见表1。

由表1 的对比可知，上述规范对于船体不同结构部位腐蚀余量均有明确值，其中CSR 规范、CCS集装箱船规范和ABS 民船规范中对于设计水线区域、露天甲板以及最小设计吃水以下外板的腐蚀余量较DNV、LR 军民船规范腐蚀余量扣除多，对于船体内部舱室（干燥舱和潮湿舱）除ABS 民船规范没有明确定义，其他规范一般取0.5 mm。

3 我国舰船结构腐蚀余量要求标准化工作建议

3.1 吸收借鉴国外军民船规范经验成果

国外民船规范对于涉及船舶生命力安全要求一直都很重视，技术内容反映了目前船舶设计最新理论成果和经验总结，标准规范水平走在前列。国外船级社如ABS、LR、DNV 在进行军船强度评估时，都考虑了腐蚀余量。目前国内军船设计规范中，没有明确给出腐蚀余量扣除等问题。充分吸收借鉴国外船级社规范建设经验及研究成果，对于指导我国舰船结构设计标准规范研究制定具有重要的参考借鉴意义。

3.2 加强腐蚀对舰船结构强度影响研究

船体结构所处环境复杂，影响船体腐蚀的因素众多，航海环境、船体构件位置、装载情况以及腐蚀防护措施等都会对腐蚀情况产生影响，目前尚未有系统的研究我国舰船不同结构部位腐蚀规律，对不同腐蚀区域、不同腐蚀状态、腐蚀速率、腐蚀方式对船舶结构强度的影响尚不清晰，需要研究建立适合我国舰船结构腐蚀模型，开展考虑腐蚀影响的舰船结构强度评估问题研究，为我国舰船腐蚀余量选取要求制定提供理论依据。

3.3 加快推进舰船材料腐蚀相关标准制修订

随着海军舰船装备的快速发展，舰船设计水平和综合性能大幅提升，特别是舰船总体性能、船体结构与材料、腐蚀防护等领域取得了较大进展，各种新材料、新结构、新技术不断得以研究和应用，现有标准规范已不能满足现代舰船材料的各项要求，与舰船装备技术发展、作战使用需求不协调，急需加快推进我国舰船材料腐蚀相关标准制修订工作，为保障舰船研制提供技术支撑。

4 结论

腐蚀作为伴随舰船整个寿命期内结构安全的重要影响因素，会引起船体构件厚度减小、承载能力减弱以及稳性失效，直接危害舰船生命力安全，必须在设计阶段予以考虑。民船设计规范对船体不同部位的腐蚀余量的选取及扣除原则都有明确的规定，我国水面舰船的结构强度校核中基本没有考虑腐蚀的影响，军船规范也未提出明确的腐蚀余量选取要求，后续可吸收借鉴国外军民船规范经验，结合军船腐蚀模型规律研究及考虑腐蚀影响的舰船结构强度分析，开展规范腐蚀余量选取要求研究，加快推进舰船材料腐蚀相关标准制修订，为水面舰船腐蚀余量选取提供支撑。