舰船海水管路腐蚀故障分析.pdf
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1、全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月107腐蚀研究Corrosion Research技术舰船海水管路腐蚀故障分析张鲁君吴晓阳杨成斌刘先越(武警海警学院机电管理系,浙江 宁波 315800)摘 要:舰船海水管路包括消防、冷却和卫生等管路系统,是最重要的舰船机械之一,因长期经受海水的侵蚀,容易发生腐蚀破裂故障,影响舰船装备可靠性和航行安全。文章基于两例舰船海水管路腐蚀破损故障案例,对舰船海水管路腐蚀现状进行了研究。针对当前舰船海水管路常用的B10铜镍合金管,综述其在海水环境下易发生的腐蚀形式,并分析了腐蚀发生的机理,结合舰船海水管路腐蚀故障实船调研结果,从管材特性和工作环境两个方面列举
2、了B10铜镍合金海水管路耐海水腐蚀性的影响因素。研究结果可为舰船工作人员,在分析B10铜镍合金海水管路腐蚀故障原因时提供思路,并在采取相应防腐措施方面提供理论指导。关键词:海水管路腐蚀案例B10铜镍合金腐蚀形式原因分析中图分类号:U664.84 文献标识码:A DOI:10.13726/ki.11-2706/tq.2023.07.107.06Corrosion Failure Analysis of Warship Seawater PipelinesZHANG Lu-jun,WU Xiao-yang,YANG Cheng-bin,LIU Xian-yue(Apartment of Mecha
3、tronics Management,China Coast Guard Academy,Ningbo 315800,China)Abstract:Warship seawater pipelines consist of fire control,cooling,and sanitation piping systems,which are one of the most important marine auxiliary equipment.Warship seawater pipelines are prone to corroding and fracturing due to lo
4、ng-term erosion of seawater,which affecting the reliability of warships equipment and navigation safety.Based on two cases of ship seawater pipeline failure caused by corrosion,this paper studies the corrosion status of ships seawater pipeline.Aiming at the B10 copper-nickel alloy pipe commonly used
5、 in the current ship seawater pipeline,the corrosion forms that are easy to occur in the seawater environment are reviewed,and the mechanism of corrosion is analyzed.The research results can provide ideas for crew members to analyze the causes of corrosion failure of B10 copper-nickel alloy seawater
6、 pipelines,and provide theoretical guidance in taking corresponding anti-corrosion measures.Key words:seawater pipeline;corrosion cases;B10 copper-nickel alloy;type of corrosion;failure analysis作者简介:张鲁君(1993),男,山东巨野人,助教,硕士,主要研究方向为舰船动力装置状态监测、故障诊断与维修。0 引言舰船管路系统是舰船上用来输送和排除工质,完成一定任务的管子、机械设备、附件和检测仪表的总称,简
7、称管系1。舰船管路系统之于舰船就像血管之于人体,是保障舰船整体和各个设备正常工作的重要系统。海水管路是最重要的舰艇管路系统之一,是舰船动力系统、消防系统、压载系统和卫生系统的重要组成部分,主要涉及主辅机冷却、水消TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.2023108腐蚀研究Corrosion Research技术防、压载水和卫生水等管路,承担着冷却、消防损管、平衡舰体和保障舰员生活需要的作用。长期以来,海水管路就是舰船上发生腐蚀最为严重的机械设备之一2-6。为了减小舰船海水管路的腐蚀速率,保证舰船的安全航行,舰船海水管路的材质几经改进,目前防腐蚀性能更好
8、的B10铜镍合金管材广泛应用舰船海水管路7,8。尽管如此,B10铜镍合金的腐蚀问题仍然严重9。经过现地调研,舰船海水管路腐蚀问题仍然多发,由海水管路腐蚀引起的舰船管路系统故障问题可小可大,轻则导致管路泄漏,重则危及全船安全。文章在报告舰船海水管路腐蚀故障案例基础上,针对当前舰船广泛应用的B10铜镍合金海水管,分析铜镍合金发生腐蚀的机理,并结合实船调研情况,列举B10铜镍合金海水管路耐蚀性的影响因素,以期为分析舰船海水管路腐蚀故障原因提供思路,并为舰船海水管路腐蚀防护提供理论指导。1 舰船海水管路腐蚀故障案例1.1 案例一某船开展例行性航行训练期间,专业值日人员进行机舱检查时,发现一台海水冷却泵
9、出口压力降低。经排查,海水冷却泵过滤器进口,法兰和过滤器本体连接处腐蚀穿孔,海水溅射而出,导致海水冷却泵出口管路流量不足、出口压力降低。故障情况如图1所示。查阅随船资料得知,过滤器材质为白钢(304L),与过滤器相连的阀门为青铜材质,过滤器法兰与过滤器本体采用焊接方式连接,腐蚀穿孔部位为过滤器本体与过滤器法兰的焊缝处。由此推断,腐蚀穿孔的原因是青铜材质的阀门和白钢材质的过滤器之间产生了电偶腐蚀,加之焊接处存在金属缺陷,为电偶腐蚀的“重灾区”,最终导致焊缝处腐蚀穿孔。图1 海水冷却泵过滤器腐蚀漏水1.2 案例二某型油船在航渡期间,驾驶室值班人员感觉船体轻微右倾,通过检查平衡仪发现船体实际右倾约0
10、.5。初步判断,怀疑是船上的油水舱、舱底水等液面发生变化,导致船体失去正浮状态。经进一步排查,明确了故障原因是海水冷却管路的某段弯头部位因腐蚀发生破裂,导致海水异常流进右舷某水柜。破损情况如图2所示。该段管路材质为铜镍合金B10,采用松套法兰形式与船体相连。技术人员进行了故障现场勘验,检查发现破损位置位于海水管路弯头的弓背部位,距离法兰约20cm,破口为沿海水管路环向的细条状,破口周围管壁表面锈蚀较为明显。经过初步分析,技术人员认为该处管路存在制造缺陷或者受到过机械外伤,加之海水管路弯头的弓背部位长期受到海水的冲击作用,使该处受到应力腐蚀和冲刷腐蚀的双重作用,金属表面的抗腐蚀氧化膜被破坏,加速
11、了管壁的腐蚀进度,在海水的冲击压力下,最终导致管壁腐蚀穿孔。此外,海水流经该管段时处于紊流状态,易发生空泡腐蚀,空泡腐蚀同样会对金属表面的抗腐蚀氧化膜造成破坏,也是导致管壁腐蚀破损的重要原因之一。(a)正面 全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月109腐蚀研究Corrosion Research技术 (b)侧面图2 某船海水管路弯头处腐蚀穿孔导致泄漏2 舰船海水管路腐蚀现状2.1 海水管路常用材质及特性舰船海水管路系统的选材经历了一个逐步发展的演变过程,早期的舰船海水管多使用海军黄铜、铝黄铜、不锈钢等金属材质,由于海水的腐蚀性较强,原本在空气和淡水等介质下耐腐蚀性较强的金属材质,在海水
12、介质中耐腐蚀性却大打折扣,随着对耐腐蚀金属材料的深入研究,耐海水腐蚀性和抗污损性能优良的铜镍合金越来越广泛地应用于海水管路系统。铜镍合金俗称白铜,具有硬度高、耐海水腐蚀强、加工工艺性能优良等特点,常用的铜镍合金牌号为B30、B16、B10-镍的含量分别为30%、16%、10%。尽管镍元素的含量越高,铜镍合金的性能越优秀,但综合考虑成本和性能两方面的因素,B10铜镍合金是目前舰船海水管路应用材质的主力军8。国产B10铜镍合金无缝管的化学成分如表1 所示。2.2 B10铜-镍合金海水管的腐蚀形式舰船海水管路的腐蚀主要发生在管路内壁,并且会由内向外逐渐扩展,腐蚀过程具有隐蔽性、持续性、长期性等特点,
13、对舰船造成的潜在危害不容小觑,海水管路内壁腐蚀形貌如图3所示。舰船海水管路长期工作于高温、潮湿、振动冲击和腐蚀性介质侵蚀的环境下,往往同时遭受多方面的腐蚀作用,其发生的腐蚀形式主要有冲刷腐蚀、电偶腐蚀、空泡腐蚀、均匀腐蚀、点蚀等11-16。图3 海水管路内壁腐蚀形貌(1)冲刷腐蚀海水的流动会对管路内壁形成冲刷作用,这种冲刷实则不利于管路内壁氧化物保护膜的形成。当舰船处于近岸、港口和含沙量大的海域时,流入管路内的海水经常会夹杂着泥沙等颗粒物,这种不洁净的海水则增强了海水的冲刷作用,使海水管路内壁表面的保护层剥落、氧化膜被破坏,甚至直接造成管壁局部金属缺失等机械损伤。冲刷腐蚀是一个涉及了流动海水对
14、金属表面的机械冲击和金属表面在海水中发生电化学反应的综合过程。一方面,海水的冲刷使海水管路内壁形成损伤;另一方面,加速了管路内壁破损部位在海水中的电化学腐蚀。经实船调研,舰员反映海水管路弯管部位的腐蚀较为严重,容易发生腐蚀穿孔。冲刷腐蚀造成舰船海水管路腐蚀破损的频率最高,对舰船海水管路的危害最大,其严重程度与海水流速、管路结构和海水中的杂质含量密切相关;表1 国产B10铜镍合金无缝管的化学成分10牌号主要成分(%)杂质元素(%)不大于NiFeMnCuPbSCZnP其他杂质总和BFe10-1.6-19.011.01.51.80.51.0余量0.020.010.050.200.010.10TOTA
15、L CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.2023110腐蚀研究Corrosion Research技术(2)电偶腐蚀电偶腐蚀也是舰船海水管路发生腐蚀失效的一种常见腐蚀形式,不同材料之间的腐蚀电位差异、阴阳极面积比、极化行为差异以及海水流速等,都是海水管路形成电偶腐蚀的影响因素。B10铜镍合金在海水中的腐蚀电位范围为0300mV(SCE),其电偶序在常用管材中处于中间位置,它比铝合金和碳钢的惰性更强,但是比不锈钢和钛合金的惰性低。舰船海水管系中常常涉及法兰与管子、阀门与管子、法兰与阀门等异金属之间的连接,当金属之间的电位相差较大时,低电位金属会失去价电子形成金属阳
16、离子,溶进腐蚀介质中,图4为镀锌法兰处的腐蚀形貌;图4 镀锌法兰处的腐蚀形貌(3)空泡腐蚀当海水流速过大时,或者在弯管部位、管径突然变小的部位,容易发生紊流,引起流体压力分布不均匀,在海水管路的管道内壁表面形成低压区,产生流体的空泡。随后,空泡崩破产生高压冲击波,对管道内壁造成冲击,可使金属发生塑性变形,破坏金属表面氧化膜保护层。由于空泡的形成-崩破多次的循环造成管道内壁金属表层的累积损伤,使管道内壁表面形成微观腐蚀疲劳,这就是空泡腐蚀。空泡腐蚀是力学因素和化学因素协同作用的结果。冲击波破坏了金属表面的保护膜,促进了腐蚀;而蚀坑形成后,粗糙的管道内壁表面又促进空泡的形成,而且已有的蚀坑又起到应
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