外加阴极保护原理

某轮，第二个特检周期修船时，发现舵叶烂穿，船体钢板水下部分表面凹坑状腐蚀，；舵叶底部烂损和舵球腐蚀 究其原因，是船体外加电流阴极保护装置使用不当和维护不良，左右两侧的辅助阳极损坏就是明证。调查发现，该装置的工作原理、操作方法、参数调节、日常维护等，船员知之甚少，因而也不重视，甚至船到了淡水水域也未及时停止该装置的工作。为此，本文介绍其工作原理和维护要点。

1船体外加电流阴极保护装置的原理 1.1电化学腐蚀

船体是钢结构。钢是铁与碳和其他元素组成的合金。其中，铁比其它元素更易失去电子，电位较高。

船体常年浸泡在海水中，而海水是强电解质。铁元素失去电子成为正极；铁元素失去的电子，经过海水这个电解质到达其他元素；其他元素获得电子成为负极。这样就形成了一个个微电池，但并不腐蚀钢铁。

关键在于海水中存在溶解氧。这些溶解氧在海水中呈负离子状态，必然与失去电子成为正极的铁结合生成氧化铁，这就是电化学腐蚀。

在船体与海水接触部位表面的化学腐蚀、海生物腐蚀、运动磨损腐蚀、杂散电流腐蚀等各种腐蚀中，电化学腐蚀最严重。

电化学腐最大特点是，仅腐蚀阳极区域，不腐蚀阴极区域。 1.2船体外加电流阴极保护装置工作原理

船体外加电流阴极保护装置，就是根据这一特点，在船体上安装辅助阳极，用船上装备的直流电源，对辅助阳极和船体施加外加保护电流并自动调节电流大小，使船体（浸水部分）、舵和推进器保持负电位（阴极化），大幅降低船体的电化学腐蚀。 外加电流阴极保护装置，主要由直流电源（恒电位仪）、辅助阳极、参比电极、阳极屏蔽层、舵和推进器轴的接地装置等组成。 （1）直流电源

直流电源，实际是一个高稳定性和高可靠性的整流器： ·由船上交流电网供电，输出16~24V直流电； ·使用恒电位仪，自动调整输出电流。

船体外加电流阴极保护装置需要的电流，受外界多种因素影响，变化很大。为了提高电源的可靠性和稳定性，直流电源使用全系列集成模块电路的“恒电位仪”。鉴于其在电源装置中的核心地位，船体外加电流阴极保护装置的直流电源也常称作“恒电位仪”。 （2）辅助阳极

安装在船壳水下舷外，左右各一组，与船体绝缘，与外加直流电源正极相连。

辅助阳极，要有足够大的输出电流密度，同时应具备溶解小、电阻小、极化（电极电位因电流流过而发生的变化）小等特性。 （3）参比电极 作用：

·测量被保护对象的实际电位；

·比较实测电位与设定保护电位，并提供给“恒电位仪”。

因此，要求参比电极是不极化的可逆电极，能长期保持性能稳定、准确、灵活和坚固。 （4）阳极屏蔽层

船体外加电流阴极保护装置工作时辅助阳极电流很大，被保护对象的电位，靠近辅助阳极的相对较低，而远离辅助阳极的相对较高，致使全船阴极保护效果不均匀。 为使辅助阳极输出的电流均匀地分布于整个船体，在辅助阳极周围一定范围内涂刷绝缘性能

优良、耐碱耐海水性能较好、与钢板附着力强的阳极保护涂层即阳极屏蔽层，多采用环氧系腻子型材料。

（5）螺旋桨轴接地装置

螺旋桨多由铜合金制成，没有涂料保护，在海水中旋转，氧的去极化作用加剧，通常腐蚀严重。

采用外加电流阴极保护时，轴与轴承之间的润滑油膜影响其导电性能，螺旋桨与船体之间的电位差可达0.3V左右，不能很好的保护螺旋桨。

在螺旋桨轴上安装金属滑环，在船体上安装电刷，金属滑环与电刷接触，增加螺旋桨与船体之间的导电性，使螺旋桨与船体的电位差从0.3V左右降至0.06V以下，从而保护螺旋桨。 （6）舵接地装置

舵在船尾，正对着螺旋桨。螺旋桨的水流直接冲击舵板，加剧氧对舵表面的去极化作用，通常腐蚀严重。

为降低舵的电化学腐蚀，在舵机舱内用单芯船用电缆（例如截面25mm2），短接舵柱与船体（接地电阻小于0.02Ω），保持舵与船体同电位，从而保护舵。 1.3相关参数

船体外加电流阴极保护，通过调节保护电位和保护电流达到保护船体钢板的目的，所以其最基本的也是最重要的参数有两个：保护电位、保护电流密度。 （1）保护电位

保护电位，取决于金属性质和所处介质的性质，变化不大。通常最佳保护电位（船体钢板相对于银/氯化银参比电极的电位）-0.75~-1.00V，ICCP控制仪-恒电位仪的工作电压范围±2V。 （2）保护电流密度

保护电流密度，除金属和介质的性质外，还受环境影响，变化较大，可能包括： ·船舶在静止海水中，电流密度150mA/m2时，可以很快达到保护电位（-0.80V）；但若电流密度小于40mA/m2，则几乎无法达到保护电位。

·船体钢板表面有无复盖物、复盖物的种类、复盖物的完整性等，很大程度上影响最佳电流密度的大小。例如，涂有完整油漆的钢板所需的保护电流密度，比裸钢板小得多：在静止海水内，涂有三道聚二乙烯乙炔涂料的钢板，电流密度0.35mA/m2可即刻达到保护电位；而裸钢板却需154mA/m2，大400多倍。再如，同样在静止海水内：涂有三道聚二乙烯乙炔涂料的钢板，电流密度0.11mA/m2只要几小时就可达到保护电位；而裸钢板，电流密度高达45mA/m2也需要9天左右。

·海水是流动的而且海流和风浪时大时小，船舶也有时停泊有时航行且航速有快慢，都影响最佳保护电流密度。例如恶劣气象航行和破冰航行，所需要的保护电流密度显著增高。 ·不同海域海水含盐量有差别，不同季节海水温差不同，都会影响最佳保护电流密度。 保护电流密度，需要综合考虑上述各种因素，而且主要靠大量的实践才能得到比较切实的数据。船体外加电流阴极保护装置的管理者，日常应针对这些环境因素不断调节、修整装置的相关参数，以确保其充分发挥作用。

相对于常用的银/氯化银参比电极，保护电流密度要保证保护电位-0.75~-1.00V，最佳保护电流密度30~60mA/m2，我国海船选用40~60mA/m2较为合适。

船体外加电流阴极保护装置的种类型号很多，工作参数也有差异，但工作原理大同小异。下面，以一款应用较普遍、效果较显著的ICCP船体外加电流阴极保护装置为例，提出船体外加电流阴极保护装置的使用和维护建议。 2某轮的船体外加电流阴极保护装置 2.1船体参数 船体长103.90m

垂线间长95.90m 型宽14.00m 设计吃水5.70m 轻载吃水3.376m 方形系数Cb0.62

2.2ICCP船体外加电流阴极保护装置概况 （1）保护面积

·船体浸水面积（估算）1814.32m2 ·螺旋桨表面积16.36m2 ·舵表面积20.04m2

（2）外加电流阴极保护装置设计参数

·保护区域：水线以下的船体表面（海底门内仍需按常规安装牺牲阳极，不包括在内）。 ·保护电位：船体水下表面-0.75~-0.95V（相对于Ag/AgCl参比电极，下同）； ·总保护电流：94A

·保护电流密度：船体，45mA/m2；螺旋桨，600mA/m2；舵，150mA/m2。 2.3外加电流阴极保护系统主要部件（规格、数量）

·SF-300恒电位仪一台，输入380V/50Hz，输出100A/16V； ·B型钌－钛辅助阳极二只，每只最大输出50A，水密罩2只； ·银/氯化银参比电极二只，水密罩2只；

·阳极屏蔽层，8910涂料甲乙组份各3桶，总重量41.4kg（由上述设备制造商提供）。 3使用建议 （1）码头调试

安装ICCP系统设备安装施工结束后，尽快调试： ·装置全部线路，检查确认敷设正确无误；

·恒电位仪，通电，用模拟负载调试，确认正常（该设备出厂时已用模拟负载调试好）； ·辅助阳极，用测量电位或电阻方法，检查确认其与船体不短路； ·参比电极，用高阻抗的数字电压表测量电位的方法，确认正常。 码头调试完毕，一切正常后方可开航。 （2）安装后首次航行调试和航行使用 船舶海上航行时：

①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； ·做好记录。

②船体自然电位测试完毕，按《SF-300恒电位仪使用说明书》要求启用“恒电位仪”。开机前应仔细阅读使用说明书，按说明书的规定使用。 ③控制电位值设在高于自然电位值的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）

④建立该装置运行日志，坚持记录日常工况。ICCP船体外加电流阴极保护装置记录表格式见表1。

表1 ICCP外加电流阴极保护装置日常运行记录（格式）

船名：———— ——年——月 航次：———From———To——— 艉系统容量：————A————V 艏系统容量：————A————V

期

航行区域 海水温度 艉输出

电极检测保护电位（mV） 艏输出（若有）

电极检测保护电位（mV） 艉轴电压（mV） 备注 A V S1 S2 A V S3 S4 1 2

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⑤船到淡水水域，及时停止装置工作。再次航行到海水水域，重复本节第①、②、③、④各项。

⑥每周一次：

·检查螺旋桨轴接地装置的滑环、碳刷，确认外表清洁、接触良好、接线紧固。 ·检查舵柱联结电缆结合处，确认没有磨损。

⑦一旦装置故障，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。若装置无法工作，及时通知主管部门设法修复。 4维护建议

ICCP船体外加电流阴极保护装置，辅助阳极电流密度不超出设计电流密度范围可使用10年，Ag/AgCl参比电极使用寿命6年，阳极屏蔽层涂料使用寿命大于6年，基本不需维护保养。 为确保装置有效运行，建议：

（1）定期（一年一次）安排生产厂家实船检测。 （2）船舶坞修时：

·更新老化的ICCP辅助阳极； ·更新寿命到期的参比电极；

·每两或三次坞修重新涂刷辅助阳极周围的阳极屏蔽层。最好每两次坞修重新涂刷一次，虽然阳极屏蔽层涂料使用寿命大于6年，但第三次坞修可能在第7或第8年。 （3）“恒电位仪”，按说明书维护，遇有下列情况之一需及时更新： ·恒电位仪自控失效，

·给定电位范围内不能连续自动调节， ·电位控制误差大于0.02V，或

·使用寿命到期，等。 5结束语

鉴于船员对船体外加电流阴极保护装置知之甚少因而也不重视的现实，介绍其工作原理和维护要点是必要的，但作用有限，还需要： ·机务主管人员重视，

·公司机务建立相应的刚性的制度， ·严格监督和检查， ·加强考核和奖惩。

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