船舶杂散电流腐蚀问题及其防护

刘华军

应用研究

船舶杂散电流腐蚀问题及其防护

刘华军

（黄海造船有限公司，山东威海 264300）

在船舶和海洋工程中，有许多常见的腐蚀问题，尤其是杂散型电流的侵蚀。杂散电流的侵蚀一直是世界各国船舶工业共同面临的问题，无论是造船业比较发达的日本、欧洲等国，还是一些落后的国家，都存在着腐蚀问题，给造船业带来严重的经济损失。为了解决上述问题，本文首先分析了船舶中杂散电流产生的原因，介绍了船舶腐蚀的类型和特征原理，然后对杂散电流腐蚀的防护方法展开研究，最后分析得出：目前船舶杂散电流腐蚀主要是在船上进行焊接作业造成的，采用双线路供电焊接方法、焊机上船方法、牺牲阳极排流方法、排流导线等方法可以避免或减少杂散电流对船体的侵蚀，也具有较好的防腐蚀效果，对于船舶的防腐蚀具有重要的现实价值。

船舶工程 杂散电流腐蚀 防护措施

0 引言

船舶在建造过程中，要在港口停留比较长的时间，因此很容易受到杂散电流的腐蚀。由于船舶的建设与维修，必须采用电焊机等电力设施，而这些电力装置往往因为某些原因会发生漏电现象，这部分泄漏的电流会导致船身的腐蚀。此外，在港口周围还会有电力设施，也就是海岸电力，它们会在船只周围形成一个不均匀的电场，在电势梯度的作用下，导体（船体）很可能会发生杂散电流，从而导致腐蚀。杂散电流属于电化学腐蚀，其腐蚀过程不但会引起材料的损坏，还会对环境产生污染，严重时会使部件失去其整体或部分的技术系统功能，从而危及到人们的生命和财产安全。

1 杂散电流产生原因

杂散电流，也称迷散电流，根据其产生杂散电流的来源，可以划分成三类：直流杂散电流、交流杂散电流、地球自转引起的杂散电流。杂散电流可以使金属的腐蚀速度加快[1]。

杂散电流是一种不稳定的物理量，会被周围的多种因素所干扰。其成因多种多样，但大体可归纳为两个方面：一是电流泄漏。电流泄漏是造成杂散电流的重要因素，电流泄露的原因很多，比如接触不良、绝缘不良等。在泄露电流的作用下，金属结构中的电子由自由移动改为定向移动，电子与金属阳离子发生分离现象。而船舶处于海水（电解质）中，在电流作用下，阳离子脱离船身进入海水中，这就造成了船身的腐蚀。二是电位梯度。电位梯度是造成杂散电流的又一重要因素。当金属结构被放置在电场中时，其电场的电位分布不均匀，存在电位梯度，电位梯度会对放置在其内部的带电粒子（金属中的自由电子）产生电场力，从而使金属中的自由电子产生方向上的运动，从而导致电子和金属之间的分离。如果金属结构物处于电解质环境中，那么它就会从金属结构中分离出来，进入到电解液中，使该金属结构很容易受到杂散电流的侵蚀。

2 腐蚀原因分析

2.1 常规电化学腐蚀的主要特征

船舶的电化学腐蚀具有如下特点：在全浸区，采用普通的碳钢制甲板，其腐蚀速度在0.09-0.10毫米/a之间，在局部腐蚀区，可以达到0.50毫米/a；在交变水线区，侵蚀的最大值一般为0.10～0.15毫米/a。

如果按照传统的电化学腐蚀速度计算，船坞检查周期按2.5 a，船体的平局腐蚀量约为0.25毫米，局部蚀损量约为1.25毫米。而在实际船体损伤中，发现腐蚀的主要部位往往不在水线区，而在船底、尾柱、舵叶和船头侧推管等部位，这与传统的化学腐蚀特性并不相符。从这一点来看，船身材料在海洋中的普通电化学腐蚀并非引起轮船严重腐蚀的主要原因，一般为杂散电流引起的侵蚀较为常见。

2.2 杂散电流腐蚀的主要特征

杂散电流是一种独特的电化学腐蚀类型。这是一种强烈的腐蚀性物质，通过船舶的外部或内部电流通过船身流入海水，从而引起船舶的电解[2]。在船体的水下局部位置处，杂散电流造成的腐蚀往往最严重。杂散电流腐蚀主要特征为：

（1）腐蚀速率快，一般为钢在水中的腐蚀速度的50倍，有时只需要几个小时的杂散电就能使钢板发生较大的腐蚀。

（2）腐蚀强度大，能产生大范围的点状、坑状或穿孔状的侵蚀，坑洞形状为圆或椭圆形，具有锋利边缘，坑洞中含黑色的粉状淤泥状锈斑。

（3）腐蚀易发生在电阻小和易放电的位置，例如船体镀膜破损处、尾柱、龙骨等位置。

（4）由于杂散电流的侵蚀，导致船体电位值与船的常规电位值有很大的偏差。

（5）杂散电流的侵蚀使船体的消耗显著高于常规消耗。因为杂散电流一般都很大，如果它的工作持续时间比较久，那么采用阴极防护的方法很难防止杂散电流的侵蚀。

2.3 引起船舶杂散电流腐蚀的原因

如果船坞中有杂散电流会导致船身的杂散电流腐蚀。杂散电流的来源有以下几种：

（1）船舶在建造或修理时，一般由码头直流焊机进行作业，因接线方法不当，导致部分电流从船体流入水中，再回流到码头，这就形成了以船身作为阳极的回路，对船体进行电解腐蚀，如图 1 所示。从并联电路原理进行分析，接地电阻越大（即接地条件越差，或接地线截面越小，长度越长），流入海水中的杂散电流越多，船体受到的侵蚀就越严重。

图1 接线方式不当引起的船体杂散电流腐蚀示意图

（2）船舶上自有的动力装置或使用岸-船、船-船电源发生漏电时，电流会通过船体流入水中，与码头或其它船形成电路，造成电解腐蚀[3]。

（3）船坞附近有电力设备或海底电力传输线泄漏，形成海底电场，造成船体电解。

3 杂散电流腐蚀的防护方法分析

通过实验和实际应用发现，交流杂散腐蚀只有直流杂散腐蚀的1%，只要安装了阴极保护装置，就可以有效地避免交流杂散电流的侵蚀。杂散电流腐蚀的根源在于干扰源，所以，只有找到干扰源并采取相应的处理方法，就能从根本上消除杂散电流。在无法确定干扰源的情况下，必须对被干扰的船舶采取保护措施，以防止杂散电流由排流导线流出或将腐蚀转移至替代品（如牺牲阳极）。

3.1 双线路供电焊接方法

当需要在港口停靠并需要大量的焊接作业的时候，将电焊机置于港口或漂浮设备上，这时若采用单一导线进行焊接，会造成较多的杂散电流，船体受到强烈的腐蚀，电弧从焊枪中涌出，通过船体-海洋-码头流回焊机的负极，产生的杂散电流和焊接电流相当，具有很强的腐蚀性，可以在很短的时间内将船体腐蚀穿孔。

要改善这种情况，应将焊机置于原来的位置，采用双线焊，也就是增设一条回流线，将焊接设备的外壳与焊接设备的负极直接电连接起来，这样的工作环境下，电流可以从回流线路返回焊接设备，而不需要通过海水返回焊接设备，能有效地去除杂散电流，对船体的侵蚀作用微乎其微。

为了确保船舶上两个点的电连接，应避免使用各种管道系统、设备等作为回流通路。根据国家标准规定，回流线与船身的连接部位及焊接枪头的间距不得超过30米，同时应采用良好的电源和焊接设备与船坞地面进行可靠的绝缘。

3.2 焊机上船方法

采用双线路焊焊接可以有效避免杂散电流侵蚀船身，但是必须定期检查回流线的电连接情况，确保焊机和码头地面的安全接地，以及电源等设备齐全，可以把焊机放在甲板上，在此情况下，可以从根本上消除因焊接产生的杂散流对船舶造成的侵蚀，并且可以减少维修工作[4]。由于船舶的铁质属性，因此可以视为良好的导电材料，其电阻远小于海洋，焊条中的电弧可以从焊枪上流回焊机，不会从船体留至海洋再流回焊机造成杂散电流，所以，即便焊机的负极与船体接触不好，也只会对造成焊头发热等轻微损伤，并不会像双线路焊那样出现从船内溢出的电流，从而消除了因意外原因造成的杂散电流的腐蚀。

3.3 牺牲阳极排流方法

牺牲阳极排流是把被侵蚀物损伤转嫁到对阳极进行牺牲的一种保护措施。它是一种无源保护装置，而且因为杂散电流会造成短暂的强烈的腐蚀性，所以牺牲阳极法虽然可以排除大部分的杂散电流，却无法彻底阻止船身的侵蚀，这与散射电流大小、涂层质量、牺牲阳极数目等因素相关。通常采用牺牲阳极排流，应先经检测，查明杂散电流的分布及方向，再将牺牲阳极放于电流流出方向。在海洋中，可以选用锌合金或铝合金材料作为替代，采用大电容的铝阳极。在停靠港口时，无论采用牺牲阳极保护或附加电流阴极保护，只要船身电压达-0.85 V，即可视为船身受到了很好的防护。牺牲阳极排流方法原理图如下图2所示。

图2 牺牲阳极排流方法原理图

3.4 排流导线方法

排流导线是一种用于将船体与岸边接地回路（或邻近船舶）之间具有良好导电性能的铜芯缆线，其作用是将干扰船体的杂散电流引入岸边接地回路。对于已安装了阴极保护装置，但仍处于使用中的船舶，不宜使用排流导线，主要原因为：第一，由于阴极保护装置能将船体的电势维持在规定的范围内，从而保证船体的安全，船舶腐蚀在允许的限度之内；第二，由于岸边接地回路由排流导线与船舶相连，因此，阴极保护装置既给船舶和岸边接地电路供电，又增加了阴极保护区域，存在超过其设计容量而使船舶无法得到应有保护的可能[5]。

对于未安装阴极保护系统或虽已安装但未使用该系统的船舶，应使用排流导线来避免或减少杂散电流的侵蚀。排流导线的一端为接地回路，另一端接在船舶上，位置可以设置在船头、船尾、船舷等，每隔50米设置一个直径为20毫米的铜制接触螺栓接线。

4 结语

总之，杂散电流腐蚀速度快、强度大，给船舶造成了很大的外观及功能上的损害，从各方面的分析研究可知，目前船舶杂散电流腐蚀主要是在船上进行焊接作业造成的，采用双线路焊接作业模式可以有效地避免杂散电流的发生。

同时采用牺牲阳极或采用附加电流阴极来避免或减少杂散电流对船体的侵蚀，也具有较好的防腐蚀效果。随着科技的进步和我国的经济实力的提高，杂散电流的腐蚀问题一定会找到更好的解决办法。

[1] 邢少华, 杨光付, 刘广义, 等.船舶海水管路直流杂散电流仿真研究[J]. 装备环境工程, 2021, 18(09): 93-100.

[2] 黎峰, 晋文菊, 张明杰.船舶杂散电流腐蚀问题及其防控[J]. 船舶设计通讯, 2019, (01): 22-25.

[3] 刘英杰. 船舶杂散电流腐蚀与防护案例分析[J]. 船电技术, 2019, 39(07): 13-15.

[4] 刘宾. 案例法浅析船舶杂散电流腐蚀问题[J]. 中国水产, 2009(10): 64-65.

[5] 王璐. 钢板桩码头靠泊船杂散电流腐蚀研究[D]. 大连理工大学, 2008.

Ship Stray Current Corrosion and Its Protection

Liu Huajun

(Yellow Sea Shipbuilding Co., Ltd. Weihai 264300, China)

U664

A

1003-4862（2023）10-0061-03

2023-04-23

刘华军（1980-），男，工程师。研究方向：船舶电气设计及自动化。E-mail: 632847010@qq.com