船舶的防腐蚀设计
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高耗能
1.绪论
腐蚀会造成材料和能源的消耗以及设备的失效,而且还会进一步污染环境、爆炸以及人员伤亡等重大问题。
基于这一点,工业发达国家都对腐蚀所造成的损失进行了调查。
1990年美国由CC Technologies Laboratories 和NACE International 负责执行,由交通部(DOT)的FHAW(Federal High Way Administration)管理的腐蚀调查数据表明,1998年总的腐蚀损失为每年2757亿美元,直接经济损失为1379亿美元。
我国于1999年启动的中国工程学院咨询项目“中国工业与自然环境腐蚀问题调查对策”,历时3年,于2001年基本完成。
腐蚀调查涉及了自然环境,化工,交通运输,基础设施,电力系统和能源系统,机械制造以及军事设施与设备等。
用Uhlig方法推算,我国的腐蚀约为5千亿元,相当于600多亿美元。
这是不完全统计,如果加上矿山,冶金,轻工,食品和造纸等的腐蚀,我国的年腐蚀损失会更大。
浩瀚的海洋是人类生存的摇篮。
“人口剧增,资源匮乏,环境恶化”是当今人类社会所面临的三大难题。
人们越来越深刻地认识到海洋是人类生命的源泉,海洋是世界资源的宝库,海洋的开发和利用是国民经济发展的一个新的增长点。
未来将是海洋的世纪,这已成为全球的共识。
近年来,随着国家经济发展战略从陆地转向海洋,船舶工业的发展得到了越来越多的重视。
但由于海洋严酷的腐蚀环境,船舶防腐蚀
一直是困扰人类的重大难题。
船舶在海洋上航行,与海水接触部分不仅受海水强烈的电化学腐蚀,还受海洋生物附着的污损。
海水对于钢质材料来说是一种非常强的腐蚀性介质,而许多海洋生物和微生物能吸附于船底、螺旋桨、船舶管路及其他金属结构表面并生长和繁殖。
特别是在温暖的海域和春夏两季,这些有害生物迅速生长繁殖,污损特别严重。
除此之外船体还受到风浪的冲击,日光的暴晒等等。
造成的腐蚀降低了船舶的使用寿命,增加了维护、维修的费用,更严重危害着船舶的安全。
船舶是一个整体,它的各个部分腐蚀的情况各不一样。
(1)船底部位,船底分为平底和直底部位,长期处于海水的浸泡之中,受到海水的电化学腐蚀和冲刷作用。
当船舶停泊时,还会受到海生物的污损作用。
(2)水线区,水线区处于海水浸泡、海浪冲刷以及阳光暴晒之下,还要受到漂浮物的撞击。
还有可能处于冰区航行,受到更大的冲击作用。
(3)大气区,大气区指水线以上的干舷部位、露天甲板、甲板漆装件、上层建筑外部等。
这些部位长年累月的处于含盐的潮湿海洋大气中,经常受到日光暴晒,干舷和甲板还经常受到海浪冲刷。
(4)油舱,船舶内部的油舱主要指燃油舱,润滑油舱和污油水舱等;原油舱,装载原油的货舱内,粘稠的原油油膜对钢板有一定的保护作用。
但是,原油中如果含硫量高,其中的无机硫化物,硫醇和噻吩等有机硫化物有较大的侵蚀性。
原油中一般还混有油田咸水,其中含有氯化镁。
除了油品本身的腐蚀外,往往有一个舱是进行荷油和压载的油水兼用舱。
装过油的空舱由于表面有一层油膜对钢板有一定的保护作用,
但是一旦如果装入了压载水,钢板会受到严重腐蚀。
(5)压载水舱,压载水舱是结构特别复杂的部位,舱内黑暗潮湿,工作条件恶劣。
常常有些船只,外表维护的十分好,内部尤其是压载水舱却已严重腐蚀。
(6)饮水舱和淡水舱,以前全世界范围扥船舶上饮水舱都是用水泥浆保护。
实践证明,水泥浆干固后性脆,当受到冲击和震动后,极易开裂剥落。
舱壁往往不到半年就因受水渍而锈蚀污染饮水。
即使新抹的完整水泥浆对饮用水也有一定污染。
(7)机舱和泵舱,机舱和泵舱是船舶重要工作场所,室内温度较高,因此也较容易腐蚀。
针对船舶的防腐蚀可以采用涂装工艺,也可以采用牺牲阳极的阴极保护。
以下就针对这两种方法做出设计。
2.课程题目
对大连造船厂与世界著名的航运公司Stena.RoRoAB签订的12300DWT大型滚装船进行防腐蚀设计,船的主要参数如下:
总长:195.30m
两柱间长:179.20m
型宽:25.60m
最大宽度:25.80m
型深(至上甲板):16.62m
设计吃水:6.60m
结构吃水:7.50m
载质量(设计吃水):8800t
载质量(结构吃水):12300t
压载舱:5640m3
其中一个压载舱面积:780m2
船体保护年限:10年压载舱保护年限:3年
3.设计方案
3.1涂层防护
关于船体主要部位选用的涂料类型:
a.船底漆,包括船底防锈漆和船底防污漆,两者必须配套使用。
在本设计中选用838褐红乙烯防污漆(0-5乙烯防污漆),它的
特点是干燥快,贮存稳定,防污期三年,与氯化橡胶防锈底漆
配套使用,用无空气喷涂。
b.水线漆,必须具有很好的耐水性,耐晒性,耐磨性,耐干湿交
替和温变性,同时还应快干,并具有一定的防污性能。
本设计
中选用酚醛系和氯化橡胶铝粉防锈漆配套使用。
c.船壳漆,必须具有优异的耐候性、耐久性和装饰性,防腐蚀性
能。
本设计中选用氯化橡胶系与氯化橡胶铝粉防锈漆配套使用。
d.甲板漆,耐磨性尤为重要,选用环氧富锌底漆和聚酯玻璃鳞片
涂料,防滑层,聚氨酯面漆。
e.船舶上层建筑漆,必须具有很好的耐候性和耐久性及物理力学
性能。
环氧富锌底漆,环氧厚浆型涂料,聚氨酯面漆,聚硅氧
烷面漆。
f.油舱,酚醛环氧。
g.原油舱,焦油环氧和厚浆型环氧。
h.压载水舱,改性环氧。
i.饮水舱和淡水舱,无溶剂环氧。
j.货舱,耐水性强的改性环氧涂料。
k.机舱和泵舱,浅色改性环氧。
3.2牺牲阳极阴极保护
阴极保护就是运用电化学原理,由活泼金属(比钢铁的电极电位更负的金属)如锌、铝等在海水介质中与钢铁构成电性连接,使钢铁在总体上成为阴极而得到保护;或给钢铁不断地加上一个与钢铁腐蚀时产生的腐蚀电流方向相反的直流电,同样可以使钢铁在整体上成为阴极,并且得到极化,便可以使钢铁免受腐蚀而得到保护。
我们将这种电化学的保护方法,称之为阴极保护。
前者为牺牲阳极阴极保护,后者为外加电流阴极保护。