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前言 海上航行船舶及其海水管系的制造材料基本上都是钢铁，而海水对钢铁具有较强的腐蚀性。如果不采取有效措施对船体钢板和海水管路加以保护，这些材料就会在使用过程中发生化学反应和/或电化学反应而造成腐蚀，这将会大大缩短船舶的使用寿命。目前通常采用船体水线以下喷涂防蚀涂层、海水管路外涂防锈漆、内壁涂敷防蚀薄膜涂层或使用防蚀内衬来对它们进行保护。 但船舶在靠离码头时，船体与码头、防撞垫、拖轮等不可避免地产生剐蹭现象，导致船体防锈漆或防蚀涂层受到损伤；船体在进行附着海生物清除时，在海生物剥落的同时，有可能导致船体防锈漆或防蚀保护层受到损伤；船体和海水管路存在热应力、扭曲应力、保护层老化及涂层微小针孔等现象；在对海水管路进行维修作业时（特别是动用电气焊），管路内外的防蚀保护层就容易受到破坏；另外，船舶舵叶、螺旋桨和桨轴不可避免地与海水进行接触……，这些损伤、缺陷和破坏最终将导致船舶裸露的金属部分与海水直接接触，从而发生局部化学和/或电化学腐蚀。 为了防止有损伤和缺陷的船体、内外保护层被破坏的海水管路以及舵叶、轴系、推进器等接触到海水的部分引发的腐蚀，延长船舶的使用寿命，外加电流阴极保护系统ICCP（Impressed Current Cathodic Protection）、主机轴系接地装置（Shaft Earthing Device）以及船舶防海生物装置MGPS（Marine Growth Preventing System）等船舶防蚀保护装置应运而生。 01电化学反应 当两种金属或含杂质的金属被置于电解液中（海水就是电解液），金属活动性强（下图中的锌Zn）容易失去电子，被氧化，发生氧化反应，成为被消耗的阳极；金属活动性弱者（下图中的铁Fe）得电子，被还原，发生还原反应，成为被保护的阴极。  根据提供阴极电流的方式不同，船舶阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种。 牺牲阳极法是将一种活动性更强的金属（如铝、锌等）与被保护的金属结构物（如钢铁）相连，通过活动性更强的金属不断溶解消耗，向被保护金属结构物提供保护电流，使被保护金属结构物获得保护。 船舶牺牲阳极保护法一般是沿着舭龙骨流线的船体外侧、海水阀箱、双层底、双壁舱室内部区域以及舵桨上装设一定数量的锌块合金作为牺牲阳极。如果使用铝合金材料，效果更好，但在机舱及货油舱等区域禁止使用（因电位差过高存在引发火星的可能性）。牺牲阳极一般设计使用寿命2-3年，在每次坞修时全部强制检查换新。     外加电流法就是将电化学腐蚀过程逆转，通过外部电源来改变周围环境的电位，使得需要保护部分的电位一直处在低于周围环境的状态，从而成为整个环境中的阴极，这样被保护的部分就不会因为失去电子而发生腐蚀了。  02 外加电流阴极保护系统ICCP Impressed Current Cathodic Protection 外加电流阴极保护系统ICCP Impressed Current Cathodic Protection  外加电流阴极保护系统ICCP就是利用电化 学腐蚀的原理，把外部交流电转变成低压直流 电，通过辅助阳极对船体施加一定的直流电 流。当电路接通后，利用整流器或恒电位仪维持 船体处于较低的电位，根据处于海水中的船体 电位变化，主动释放出电子，保护船体、舵桨 等免遭腐蚀：由连接外部直流电源的阳极直接 向被保护的船体施加电流，不间断地提供电子，进 而在船体表面富集电子，并通过控制船体电位或 电流强度,使船体发生阴极极化（把整个船体变 成阴极），电流从辅助阳极经海水至船体构成 闭合回路，船体表面金属腐蚀溶解过程就会得到 有效抑制，从而达到降低甚至完全抑制船体浸水 部分的电化学腐蚀，这样就可以替代牺牲阳极 保护装置的锌块或者铝块的作用，对船体进行 保护。 另外，来自于阴极保护装置的电流也会进 入到舵，为了防止通过舵轴承返回到整流器的 电流腐蚀，用固定电缆将舵叶与船体连接起 来，这就是舵叶接地布置。 外加电流阴极保护系统的工作主体除了 ICCP控制箱和智能控制的直流电源外，还设有 将直流电源输出的直流电流传递到船体上的辅 助阳极、作为参照比较的参比电极以及相关连 接电缆和绝缘屏蔽材料等组成，当然啦，要想 形成一个完整的工作回路，海水是必不可少 的。  ICCP控制箱一般安装在机舱中，里面有 降压变压器、整流器、感应器、保险丝、开 关、冷却风扇以及LCD显示屏等。其主要功能 是通过参比电极来监测船体电位，向辅助阳极 输出一定量的补偿直流电。日常要检查ICCP的 电压、电流情况并做好记录，各参数要符合说 明书的要求。 目前广泛使用的有整流器和恒电位仪两种 直流电源，其作用是根据船体浸水面积、水质 等的变化提供一定大小的稳定电流。在船体浸 水面积、水质等变化不大的情况下通常采用手 动控制的整流器；而在船体浸水面积、水质等 变化频繁时，一般采用自动控制的恒电位仪， 使船体浸水部分的电位控制在最佳保护电位范围内。 辅助阳极是由一镶嵌在绝缘底座上的镀钳 钛、混合金属氧化物等惰性金属板组成，装在 水密隔离舱内，正极终端连接到ICCP控制箱。 其作用是将直流电源输出的补偿电流由海水传 递到船体上，使船体电位保持在正常水平，这 样可以有效保护面积较大、结构复杂的船体浸 水部分。  参比电极用于测量船体的电位，根据测量 结果为整流器或自动控制的恒电位仪提供控制 信号，经过参照比较调节输出电流，使船体始 终处于良好的保护状态。参比电极与船体之间 的电势差受海水盐度、船速、温度、洋流等诸 多因素影响，如果参比电极坏掉或者短 路，ICCP控制面板上将出现错误信息。 连接电缆：电流从直流电源变压整流器正 极流出，通过阳极电缆至辅助阳极，然后经过 海水抵达有破损的船体，从船体经过负极电缆 流回电源负极，这样就形成了工作回路。同 样，电流从直流电源变压整流器正极流出，利 用测量电缆经过参比电极负极电缆流回电源负 极。 绝缘屏蔽设置在辅助阳极周围，使船体能 够做到完全电绝缘隔离，抑制腐蚀电流产生， 从而防止船体的腐蚀。也就是通过绝缘屏蔽设 置确保从辅助阳极出来的输出电流不会在辅助 阳极附近短路，可以达到船体更远部位。 如果外加电流阴极保护装置ICCP失效或长 期关闭不用，将会导致船体钢板产生严重的腐 蚀（尤其是钢板与钢板之间的焊缝），这样就 会大大缩短船舶的使用寿命。 为了保证船体始终处于被保护的良好状 态，保持电源常开，系统在自动模式下运行， 通常是不需要进行手动调节，然而当自动失效 （比如：控制板需更换）或进入淡水区域时， 需将系统置于手动模式或关闭。系统关闭几小 时影响不大，但如果长时间关闭系统，一旦重 启，在系统达到它最佳保护状态需等待一段时间。 定期预防性维护将延长设备的使用年限， 缩短系统关机时间，也可减少系统组件的损 坏；利用在港期间，打开辅助阳极和参比电极 的隔离舱盖（确保里面没有水压），检查它们 与船体的水密情况，防止海水渗漏或冷凝水积 存；有条件也应从外部进行外观检查辅助阳 极、参比电极、绝缘屏蔽和周围的状况。轴系接地装置 3.Shaft Earthing Device  船舶轴系接地保护装置的作用是防止静电对尾轴造成变形、龟裂和避免曲柄轴颈、轴套 等受到电化学腐蚀。 船舶航行需要将螺旋桨旋转所产生的推力传递给船体，而螺旋桨旋转是依靠船舶主机发 出的功率来带动，那么在主机和螺旋桨之间就 必须要有一套可靠的连接机桨并进行功率传递 的设备，这套设备就是船舶轴系。也就是说主机发出的功率通过曲轴、推力轴、中间轴、尾 轴（螺旋桨轴）以及轴承、刚性联轴节、尾轴 填料函等部件传递给螺旋桨。 海水中不同金属材料在一定的距离范围内均会产生电势差，电势低的金属就会被电势高 的金属腐蚀（同种条件下，电极电位低的金属会 自发进行腐蚀），同时产生电流，从而发生电化 学腐蚀。 螺旋桨的材料通常是铜，轴系的材料通常是钢，钢相对于铜来说是活跃金属，腐蚀总是 从活跃的金属开始。螺旋桨与轴系之间的电势 差就会产生从螺旋桨（铜）流向轴系（钢）的 电流。如果轴系与船体直接接触，该电势差就会转移到船体上，不会对轴系发生电化学腐 蚀。 螺旋桨和轴通过轴承的支撑旋转运行，与船体并不是直接接触的，而是通过轴承内的油 膜接触，这就断绝了轴系和船体的连接，电势 差就会通过油膜间断处流向电阻相对较小的主 机曲柄轴颈和轴套，造成主机曲柄轴颈、主轴 承的电化学腐蚀,在轴瓦上形成细小的凹坑，严重时将导致轴承过度磨损、轴系振动、轴承发 热乃至发生机损事故，严重影响其工作强度和使用寿命。另外，电势差在油膜遭到破坏或润 滑油混有水分的情况下，可能在主轴承、中间轴承和轴系间产生较强的电流冲击，导致瞬间放电产生电火花，电火花是造成主机曲拐箱爆 炸的潜在危险。 轴系接地保护装置通常由：固定在主机中间轴上的铜合金滑环、滑环架、含银石墨碳 刷、碳刷座、接地线、装置底座、毫伏表以及 与轴系接地保护装置相连接的报警线路组成。 一般设有三只含银石墨碳刷，两只直接和船体 相连，用于降低轴系和船体之间的电势差，另 外一只与显示和监测轴系和船体之间电位差的毫伏表相连。 轴接地保护装置就是通过压紧装置使铜合 金滑环和碳刷保持紧密接触，在主机运行时形 成回路，将轴系与船体之间产生的电势差进行 有效消除，从而保护轴系和螺旋桨免受电化学 腐蚀和避免电火花的产生，从而达到有效保护 主机和轴系的安全。 4.船舶防海生物系统（MGPS）Marine Growth Preventing System 在船舶水线以下的船体表面以及海水滤 器、管路、换热器等内壁上附着生长的海生物 对船体、管路和设施造成堵塞及腐蚀，严重时 会导致船体穿孔、设备停用等风险问题一直困 挑着大家。早期防海生物的方法是通过给船底涂的防 锈漆中添加有毒的防污剂，随着防污剂毒素的 缓慢渗出，毒性减小,慢慢的还是会有生物附着在 船底上。目前防止船舶污底的发展趋势是开发 利用低表面能的防污涂料以及仿生防污涂料， 其中有机硅树脂低表面能防污涂料的应用相对 成熟。这些通过含有毒素的防污漆和形成物理 光滑表面的有机硅涂层等模式来实现防Iapp舶 污底的方式，存在成本高和环境污染等问题久 目前防止船舶污底广泛采用船舶防海生物系统。 有人可能认为：船舶防海生物系统的作用是防止海生物在船体及海水系统内部附着生 长，与防腐蚀关系不大。这是对海生物附着生 长产生的腐蚀作用的轻视：海生物通过分泌黏 液附着在基体上，在新陈代谢过程中会产生各 种化学物质，其中，所产生的酸类物质会造成 防蚀涂层的破坏和对金属材料的腐蚀；贝类硬 壳海生物在其死亡后因强力粘附作用并不会自 动脱落，这样不但会成为新_轮生物附着的基 础，而且在其死亡腐烂的过程中，也会产生一 些具有强腐蚀作用的酸性物质；另外，前面也 提到过，船体在进行附着海生物清除时，有可 能导致船体防锈漆或防蚀保护层受到损伤，致 使船体金属裸露，这些裸露的金属部分与海水 接触而发生局部化学和/或电化学腐蚀。所以 说，船舶防海生物系统是与外加电流阴极保护 系统、主机轴接地装置同等重要的船舶防蚀保 护装置。 目前船舶广泛采用的船舶防海生物系统 MGPS是通过电解金属铜、铝和铁的方式（海 水管系的材质是钢，需要用铜铝阳极；海水管系的材质是铝或铜，需要用铁阳极；电极产生 的重金属铜铝直接排到海里，会对海洋环境造 成污染；铜和铝是不可再生的消耗，因此—些发 达国家不推荐使用），或者直接电解海水的方 式（一个绝缘于船体的钛合金金属板作为电流 的阳极，船体作为阴极），或者采用前述几种 复合方法产生对海生物有毒的物质来杀死海生 物，从而去除或者缓解海生物对于船体及设备 的附着与生物腐蚀。 船体及设备的生物腐蚀也是包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 电解铜铝（铁）海生物防止装置由控制 箱、电解槽或阀箱、连接电缆及电极组成，两 个电极接的都是直流电源的正极，它们之间不 会形成电流回路，真正的电流回路是在电极和 船体之间形成。一般情况下，2-3年电极就会 消耗完，每次坞修要进行更换。 防海生物装置的工作原理并不是通过电极形成电流来杀死海生物，而是通过铜阳极在海水中电解产生的微量铜离子来抑制海生物在船体和海水管系中的生长或通过铝阳极在海水中 电解产生少量的氢氧化铝絮状物粘住杀死海生物幼虫。同时，附着在海水管系内壁上的氢氧化铝絮状物形成一层很薄的保护层，能够防止 海水对管系腐蚀。 电解铜铝（铁）海生物防止装置分为直接式和间接式两种形式。直接式是将电解阳极直 接安装在船舶的海底门内，电解产生的铜离子 和氢氧化铝直接混合在海水中，具有结构简 单、安装方便、成本低等有点，但也有更换电 极不方便、海水处理量小等缺点。直接式安装 法的工作原理与全流量电解压载水处理系统相似。 间接式安装法是将电极安装在海水槽中， 更换电极方便（只需关闭海水槽进出口阀即 可），但机舱需要有足够的空间来安装电解海 水槽。间接式安装法的工作原理与支路电解压 载水处理系统相似。超声波海生物防止装置 当船舶水线以下到龙骨的区域内大量附着生长海生物，船舶为维持预定航速而克服由海 生物所引起的额外阻力就需要加大油门，使油 耗随之增加，传统的解决方案就是船底涂防污 漆、船体清洗及安装电解铜铝（铁）海生物防止装置。船体清洗是指在应用防污涂层之前进行附 着海生物的刮铲及高压冲刷，然后再喷涂防污 层，随着船舶营运时间的延长，防污涂层逐渐失效，海生物也将继续在船壳上生长，周而复始。 随着人们对传统的海洋生物防除技术与方 法的初期投入和运行维护成本高、电解产物污 染海洋环境、需要消耗铜铝资源等缺陷的认 识，一种新型超声波海生物防除技术得到了国 际海事组织及船东们的认可。2020年6月8日，国际海事组织（IMO）、联 合国开发计划署（UNDP）、全球领先的环保防污 系统先锋Sonihull等正式成立了一个开创性的 全球产业联盟——海洋生物安全联盟（GIA）,以 解决航运业目前最紧迫的两个环境问题—防 止海洋物种入侵（保护海洋生物多样性）和减 少温室气体（GHG）排放。 贻贝（MarinSmart）船海服务互联网平台专家委员会针对这则新闻成立了 '超声波海生 物防除技术调研组'，通过走访船东、船厂、船 舶、代理商等以及参加相关的座谈会、交流 会、研讨会，获得了大量的一手资料，现将调研结果分享如下： 超声波是一种波长极短的机械波，在空气中波长_般短于2厘米，在水中传播距离比空 气中远，但因其波长短，更易于获得声能。超声波作用于液体时可产生大量小气泡，液体中的微小气泡在超声波作用下产生振动，当声压达到_定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然破 裂，在气泡破裂时产生高温隔压冲击波。 欧盟生物杀灭剂法规是欧盟地区针对生物 杀灭剂的行业执行标准，第95（D号条规定：2020年开始禁止在油漆涂料中使用铜，该规定与全球越来越注重环保的趋势相吻合，美国、 荷兰、新西兰、澳大利亚等许多国家纷纷效仿，变更的防污法规给有效的新技术带来了机遇。 Sonihull超声波防污技术是在针对防污涂 料中使用含金属的生物污垢杀灭剂的法规越来 越严格的大背景下发展起来的，该技术是― 种“用上后即无需多管甚至可将其遗忘”系统 （后续不需要任何维护），利用超声波在液体 中产生的连续不断瞬间高压和高温，使附着海 生物迅速剥落并击碎生物的表皮细胞，杀死经 过装置的海生物卵细胞或幼虫，防止海生物的附 着生长，能够有效降低海生物对船体和海水系统 的危害。 将Sonihull超声波发生器安装在海生物容易附着的管壁或焊接在船体的表面上，让海生物在超声波作用下发生松散、脱落、粉碎而不易附着在船体表面和海水系统材料内壁，从而建立起防海生物环境，能够有效地防止海生物附着污损。 相较于传统装置来说,Sonihull超声波防污系统具有不使用化学物、添加剂或者有毒的物 质，不污染海洋生态环境，具有良好的环保性能；没有高成本的电极需要替换、无需布满整 个船体、无需绝缘安装、不需要入级检测，装置的操作、管理、维护方便简单、效果显著， 与其它船舶防蚀保护装置兼容性良好；对人体 不产生任何影响、对管道等部件无任何损蚀， 具有良好的安全性能；符合目前海事公约法规 的要求、成本回收时间短、适用范围广等特 点，具有广阔的应用前景。 来源：儒海之家 |
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