前言

海上航行船舶及其海水管系的制造材料基本上都是鋼鐵,，而海水對鋼鐵具有較強的腐蝕性,。如果不采取有效措施對船體鋼板和海水管路加以保護，這些材料就會在使用過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和/或電化學(xué)反應(yīng)而造成腐蝕,，這將會大大縮短船舶的使用壽命,。目前通常采用船體水線以下噴涂防蝕涂層、海水管路外涂防銹漆,、內(nèi)壁涂敷防蝕薄膜涂層或使用防蝕內(nèi)襯來對它們進(jìn)行保護,。

但船舶在靠離碼頭時，船體與碼頭,、防撞墊,、拖輪等不可避免地產(chǎn)生剮蹭現(xiàn)象，導(dǎo)致船體防銹漆或防蝕涂層受到損傷,；船體在進(jìn)行附著海生物清除時,，在海生物剝落的同時，有可能導(dǎo)致船體防銹漆或防蝕保護層受到損傷,；船體和海水管路存在熱應(yīng)力,、扭曲應(yīng)力、保護層老化及涂層微小針孔等現(xiàn)象,；在對海水管路進(jìn)行維修作業(yè)時（特別是動用電氣焊）,，管路內(nèi)外的防蝕保護層就容易受到破壞；另外,，船舶舵葉,、螺旋槳和槳軸不可避免地與海水進(jìn)行接觸……，這些損傷,、缺陷和破壞最終將導(dǎo)致船舶裸露的金屬部分與海水直接接觸,，從而發(fā)生局部化學(xué)和/或電化學(xué)腐蝕,。

為了防止有損傷和缺陷的船體、內(nèi)外保護層被破壞的海水管路以及舵葉,、軸系,、推進(jìn)器等接觸到海水的部分引發(fā)的腐蝕,，延長船舶的使用壽命,，外加電流陰極保護系統(tǒng)ICCP（Impressed Current Cathodic Protection）、主機軸系接地裝置（Shaft Earthing Device）以及船舶防海生物裝置MGPS（Marine Growth Preventing System）等船舶防蝕保護裝置應(yīng)運而生,。

01電化學(xué)反應(yīng)

當(dāng)兩種金屬或含雜質(zhì)的金屬被置于電解液中（海水就是電解液）,，金屬活動性強（下圖中的鋅Zn）容易失去電子,，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng),，成為被消耗的陽極,；金屬活動性弱者（下圖中的鐵Fe）得電子，被還原,，發(fā)生還原反應(yīng),，成為被保護的陰極。

根據(jù)提供陰極電流的方式不同,，船舶陰極保護又分為犧牲陽極法和外加電流法兩種,。

犧牲陽極法是將一種活動性更強的金屬（如鋁、鋅等）與被保護的金屬結(jié)構(gòu)物（如鋼鐵）相連,，通過活動性更強的金屬不斷溶解消耗,，向被保護金屬結(jié)構(gòu)物提供保護電流，使被保護金屬結(jié)構(gòu)物獲得保護,。

船舶犧牲陽極保護法一般是沿著舭龍骨流線的船體外側(cè),、海水閥箱、雙層底,、雙壁艙室內(nèi)部區(qū)域以及舵槳上裝設(shè)一定數(shù)量的鋅塊合金作為犧牲陽極,。如果使用鋁合金材料，效果更好,，但在機艙及貨油艙等區(qū)域禁止使用（因電位差過高存在引發(fā)火星的可能性）,。犧牲陽極一般設(shè)計使用壽命2-3年，在每次塢修時全部強制檢查換新,。

外加電流法就是將電化學(xué)腐蝕過程逆轉(zhuǎn),，通過外部電源來改變周圍環(huán)境的電位，使得需要保護部分的電位一直處在低于周圍環(huán)境的狀態(tài),，從而成為整個環(huán)境中的陰極,，這樣被保護的部分就不會因為失去電子而發(fā)生腐蝕了。

02

外加電流陰極保護系統(tǒng)ICCP

Impressed Current Cathodic Protection

外加電流陰極保護系統(tǒng)ICCP Impressed Current Cathodic Protection

外加電流陰極保護系統(tǒng)ICCP就是利用電化 學(xué)腐蝕的原理，把外部交流電轉(zhuǎn)變成低壓直流 電,，通過輔助陽極對船體施加一定的直流電 流,。當(dāng)電路接通后，利用整流器或恒電位儀維持 船體處于較低的電位,，根據(jù)處于海水中的船體 電位變化,，主動釋放出電子，保護船體,、舵槳 等免遭腐蝕：由連接外部直流電源的陽極直接 向被保護的船體施加電流,，不間斷地提供電子，進(jìn) 而在船體表面富集電子,，并通過控制船體電位或 電流強度,使船體發(fā)生陰極極化（把整個船體變 成陰極）,，電流從輔助陽極經(jīng)海水至船體構(gòu)成 閉合回路，船體表面金屬腐蝕溶解過程就會得到 有效抑制,，從而達(dá)到降低甚至完全抑制船體浸水 部分的電化學(xué)腐蝕,，這樣就可以替代犧牲陽極 保護裝置的鋅塊或者鋁塊的作用，對船體進(jìn)行 保護,。

另外,，來自于陰極保護裝置的電流也會進(jìn) 入到舵，為了防止通過舵軸承返回到整流器的 電流腐蝕,，用固定電纜將舵葉與船體連接起 來，這就是舵葉接地布置,。

外加電流陰極保護系統(tǒng)的工作主體除了 ICCP控制箱和智能控制的直流電源外,，還設(shè)有 將直流電源輸出的直流電流傳遞到船體上的輔 助陽極、作為參照比較的參比電極以及相關(guān)連 接電纜和絕緣屏蔽材料等組成,，當(dāng)然啦,，要想 形成一個完整的工作回路，海水是必不可少 的,。 

ICCP控制箱一般安裝在機艙中,，里面有 降壓變壓器、整流器,、感應(yīng)器,、保險絲、開 關(guān),、冷卻風(fēng)扇以及LCD顯示屏等,。其主要功能 是通過參比電極來監(jiān)測船體電位，向輔助陽極 輸出一定量的補償直流電,。日常要檢查ICCP的 電壓,、電流情況并做好記錄，各參數(shù)要符合說 明書的要求。 目前廣泛使用的有整流器和恒電位儀兩種 直流電源,，其作用是根據(jù)船體浸水面積,、水質(zhì) 等的變化提供一定大小的穩(wěn)定電流。在船體浸 水面積,、水質(zhì)等變化不大的情況下通常采用手 動控制的整流器,；而在船體浸水面積、水質(zhì)等 變化頻繁時,，一般采用自動控制的恒電位儀,， 使船體浸水部分的電位控制在最佳保護電位范圍內(nèi)。

輔助陽極是由一鑲嵌在絕緣底座上的鍍鉗 鈦,、混合金屬氧化物等惰性金屬板組成,，裝在 水密隔離艙內(nèi)，正極終端連接到ICCP控制箱,。 其作用是將直流電源輸出的補償電流由海水傳 遞到船體上,，使船體電位保持在正常水平，這 樣可以有效保護面積較大,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的船體浸 水部分,。

參比電極用于測量船體的電位，根據(jù)測量 結(jié)果為整流器或自動控制的恒電位儀提供控制 信號,，經(jīng)過參照比較調(diào)節(jié)輸出電流,，使船體始 終處于良好的保護狀態(tài)。參比電極與船體之間 的電勢差受海水鹽度,、船速,、溫度、洋流等諸 多因素影響,，如果參比電極壞掉或者短 路,，ICCP控制面板上將出現(xiàn)錯誤信息。 連接電纜：電流從直流電源變壓整流器正 極流出,，通過陽極電纜至輔助陽極,，然后經(jīng)過 海水抵達(dá)有破損的船體，從船體經(jīng)過負(fù)極電纜 流回電源負(fù)極,，這樣就形成了工作回路,。同 樣，電流從直流電源變壓整流器正極流出,，利 用測量電纜經(jīng)過參比電極負(fù)極電纜流回電源負(fù) 極,。

絕緣屏蔽設(shè)置在輔助陽極周圍，使船體能 夠做到完全電絕緣隔離,，抑制腐蝕電流產(chǎn)生,， 從而防止船體的腐蝕。也就是通過絕緣屏蔽設(shè) 置確保從輔助陽極出來的輸出電流不會在輔助 陽極附近短路，可以達(dá)到船體更遠(yuǎn)部位,。

如果外加電流陰極保護裝置ICCP失效或長 期關(guān)閉不用,，將會導(dǎo)致船體鋼板產(chǎn)生嚴(yán)重的腐 蝕（尤其是鋼板與鋼板之間的焊縫），這樣就 會大大縮短船舶的使用壽命,。

為了保證船體始終處于被保護的良好狀 態(tài),，保持電源常開，系統(tǒng)在自動模式下運行,， 通常是不需要進(jìn)行手動調(diào)節(jié),，然而當(dāng)自動失效 （比如：控制板需更換）或進(jìn)入淡水區(qū)域時， 需將系統(tǒng)置于手動模式或關(guān)閉,。系統(tǒng)關(guān)閉幾小 時影響不大,，但如果長時間關(guān)閉系統(tǒng)，一旦重 啟,，在系統(tǒng)達(dá)到它最佳保護狀態(tài)需等待一段時間,。

定期預(yù)防性維護將延長設(shè)備的使用年限， 縮短系統(tǒng)關(guān)機時間,，也可減少系統(tǒng)組件的損 壞,；利用在港期間，打開輔助陽極和參比電極 的隔離艙蓋（確保里面沒有水壓）,，檢查它們 與船體的水密情況,，防止海水滲漏或冷凝水積 存；有條件也應(yīng)從外部進(jìn)行外觀檢查輔助陽 極,、參比電極,、絕緣屏蔽和周圍的狀況。軸系接地裝置

3.Shaft Earthing Device

船舶軸系接地保護裝置的作用是防止靜電對尾軸造成變形,、龜裂和避免曲柄軸頸、軸套 等受到電化學(xué)腐蝕,。

船舶航行需要將螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推力傳遞給船體,，而螺旋槳旋轉(zhuǎn)是依靠船舶主機發(fā) 出的功率來帶動，那么在主機和螺旋槳之間就 必須要有一套可靠的連接機槳并進(jìn)行功率傳遞 的設(shè)備,，這套設(shè)備就是船舶軸系,。也就是說主機發(fā)出的功率通過曲軸、推力軸,、中間軸,、尾 軸（螺旋槳軸）以及軸承、剛性聯(lián)軸節(jié),、尾軸 填料函等部件傳遞給螺旋槳,。 海水中不同金屬材料在一定的距離范圍內(nèi)均會產(chǎn)生電勢差，電勢低的金屬就會被電勢高 的金屬腐蝕（同種條件下，電極電位低的金屬會 自發(fā)進(jìn)行腐蝕）,，同時產(chǎn)生電流,，從而發(fā)生電化 學(xué)腐蝕。

螺旋槳的材料通常是銅,，軸系的材料通常是鋼,，鋼相對于銅來說是活躍金屬，腐蝕總是 從活躍的金屬開始,。螺旋槳與軸系之間的電勢 差就會產(chǎn)生從螺旋槳（銅）流向軸系（鋼）的 電流,。如果軸系與船體直接接觸，該電勢差就會轉(zhuǎn)移到船體上,，不會對軸系發(fā)生電化學(xué)腐 蝕,。

螺旋槳和軸通過軸承的支撐旋轉(zhuǎn)運行，與船體并不是直接接觸的,，而是通過軸承內(nèi)的油 膜接觸,，這就斷絕了軸系和船體的連接，電勢 差就會通過油膜間斷處流向電阻相對較小的主 機曲柄軸頸和軸套,，造成主機曲柄軸頸,、主軸 承的電化學(xué)腐蝕,在軸瓦上形成細(xì)小的凹坑，嚴(yán)重時將導(dǎo)致軸承過度磨損,、軸系振動,、軸承發(fā) 熱乃至發(fā)生機損事故，嚴(yán)重影響其工作強度和使用壽命,。另外,，電勢差在油膜遭到破壞或潤 滑油混有水分的情況下，可能在主軸承,、中間軸承和軸系間產(chǎn)生較強的電流沖擊,，導(dǎo)致瞬間放電產(chǎn)生電火花，電火花是造成主機曲拐箱爆 炸的潛在危險,。 

軸系接地保護裝置通常由：固定在主機中間軸上的銅合金滑環(huán),、滑環(huán)架、含銀石墨碳 刷,、碳刷座,、接地線、裝置底座,、毫伏表以及 與軸系接地保護裝置相連接的報警線路組成,。 一般設(shè)有三只含銀石墨碳刷，兩只直接和船體 相連,，用于降低軸系和船體之間的電勢差,，另 外一只與顯示和監(jiān)測軸系和船體之間電位差的毫伏表相連,。

軸接地保護裝置就是通過壓緊裝置使銅合 金滑環(huán)和碳刷保持緊密接觸，在主機運行時形 成回路,，將軸系與船體之間產(chǎn)生的電勢差進(jìn)行 有效消除,，從而保護軸系和螺旋槳免受電化學(xué) 腐蝕和避免電火花的產(chǎn)生，從而達(dá)到有效保護 主機和軸系的安全,。

4.船舶防海生物系統(tǒng)（MGPS）Marine Growth Preventing System

在船舶水線以下的船體表面以及海水濾 器,、管路、換熱器等內(nèi)壁上附著生長的海生物 對船體,、管路和設(shè)施造成堵塞及腐蝕,，嚴(yán)重時 會導(dǎo)致船體穿孔、設(shè)備停用等風(fēng)險問題一直困 挑著大家,。早期防海生物的方法是通過給船底涂的防 銹漆中添加有毒的防污劑,，隨著防污劑毒素的 緩慢滲出，毒性減小,慢慢的還是會有生物附著在 船底上,。目前防止船舶污底的發(fā)展趨勢是開發(fā) 利用低表面能的防污涂料以及仿生防污涂料,， 其中有機硅樹脂低表面能防污涂料的應(yīng)用相對 成熟。這些通過含有毒素的防污漆和形成物理 光滑表面的有機硅涂層等模式來實現(xiàn)防Iapp舶 污底的方式,，存在成本高和環(huán)境污染等問題久 目前防止船舶污底廣泛采用船舶防海生物系統(tǒng),。

有人可能認(rèn)為：船舶防海生物系統(tǒng)的作用是防止海生物在船體及海水系統(tǒng)內(nèi)部附著生 長，與防腐蝕關(guān)系不大,。這是對海生物附著生 長產(chǎn)生的腐蝕作用的輕視：海生物通過分泌黏 液附著在基體上,，在新陳代謝過程中會產(chǎn)生各 種化學(xué)物質(zhì)，其中,，所產(chǎn)生的酸類物質(zhì)會造成 防蝕涂層的破壞和對金屬材料的腐蝕,；貝類硬 殼海生物在其死亡后因強力粘附作用并不會自 動脫落，這樣不但會成為新_輪生物附著的基 礎(chǔ),，而且在其死亡腐爛的過程中,，也會產(chǎn)生一 些具有強腐蝕作用的酸性物質(zhì)；另外,，前面也 提到過,，船體在進(jìn)行附著海生物清除時，有可 能導(dǎo)致船體防銹漆或防蝕保護層受到損傷,，致 使船體金屬裸露,，這些裸露的金屬部分與海水 接觸而發(fā)生局部化學(xué)和/或電化學(xué)腐蝕,。所以 說,，船舶防海生物系統(tǒng)是與外加電流陰極保護 系統(tǒng)、主機軸接地裝置同等重要的船舶防蝕保 護裝置,。

目前船舶廣泛采用的船舶防海生物系統(tǒng) MGPS是通過電解金屬銅,、鋁和鐵的方式（海 水管系的材質(zhì)是鋼,，需要用銅鋁陽極；海水管系的材質(zhì)是鋁或銅,，需要用鐵陽極,；電極產(chǎn)生 的重金屬銅鋁直接排到海里，會對海洋環(huán)境造 成污染,；銅和鋁是不可再生的消耗,，因此—些發(fā) 達(dá)國家不推薦使用），或者直接電解海水的方 式（一個絕緣于船體的鈦合金金屬板作為電流 的陽極,，船體作為陰極）,，或者采用前述幾種 復(fù)合方法產(chǎn)生對海生物有毒的物質(zhì)來殺死海生 物，從而去除或者緩解海生物對于船體及設(shè)備 的附著與生物腐蝕,。

船體及設(shè)備的生物腐蝕也是包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種,。

電解銅鋁（鐵）海生物防止裝置由控制 箱、電解槽或閥箱,、連接電纜及電極組成,，兩 個電極接的都是直流電源的正極，它們之間不 會形成電流回路,，真正的電流回路是在電極和 船體之間形成,。一般情況下，2-3年電極就會 消耗完,，每次塢修要進(jìn)行更換,。

防海生物裝置的工作原理并不是通過電極形成電流來殺死海生物，而是通過銅陽極在海水中電解產(chǎn)生的微量銅離子來抑制海生物在船體和海水管系中的生長或通過鋁陽極在海水中 電解產(chǎn)生少量的氫氧化鋁絮狀物粘住殺死海生物幼蟲,。同時,，附著在海水管系內(nèi)壁上的氫氧化鋁絮狀物形成一層很薄的保護層，能夠防止 海水對管系腐蝕,。

電解銅鋁（鐵）海生物防止裝置分為直接式和間接式兩種形式,。直接式是將電解陽極直 接安裝在船舶的海底門內(nèi)，電解產(chǎn)生的銅離子 和氫氧化鋁直接混合在海水中,，具有結(jié)構(gòu)簡 單,、安裝方便、成本低等有點,，但也有更換電 極不方便,、海水處理量小等缺點。直接式安裝 法的工作原理與全流量電解壓載水處理系統(tǒng)相似,。

間接式安裝法是將電極安裝在海水槽中,， 更換電極方便（只需關(guān)閉海水槽進(jìn)出口閥即 可），但機艙需要有足夠的空間來安裝電解海 水槽,。間接式安裝法的工作原理與支路電解壓 載水處理系統(tǒng)相似,。超聲波海生物防止裝置

當(dāng)船舶水線以下到龍骨的區(qū)域內(nèi)大量附著生長海生物,，船舶為維持預(yù)定航速而克服由海 生物所引起的額外阻力就需要加大油門，使油 耗隨之增加,，傳統(tǒng)的解決方案就是船底涂防污 漆,、船體清洗及安裝電解銅鋁（鐵）海生物防止裝置。船體清洗是指在應(yīng)用防污涂層之前進(jìn)行附 著海生物的刮鏟及高壓沖刷,，然后再噴涂防污 層,，隨著船舶營運時間的延長，防污涂層逐漸失效,，海生物也將繼續(xù)在船殼上生長,，周而復(fù)始。

隨著人們對傳統(tǒng)的海洋生物防除技術(shù)與方 法的初期投入和運行維護成本高,、電解產(chǎn)物污 染海洋環(huán)境,、需要消耗銅鋁資源等缺陷的認(rèn) 識，一種新型超聲波海生物防除技術(shù)得到了國 際海事組織及船東們的認(rèn)可,。2020年6月8日,，國際海事組織（IMO）、聯(lián) 合國開發(fā)計劃署（UNDP）,、全球領(lǐng)先的環(huán)保防污 系統(tǒng)先鋒Sonihull等正式成立了一個開創(chuàng)性的 全球產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟——海洋生物安全聯(lián)盟（GIA）,以 解決航運業(yè)目前最緊迫的兩個環(huán)境問題—防 止海洋物種入侵（保護海洋生物多樣性）和減 少溫室氣體（GHG）排放,。

貽貝（MarinSmart）船海服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)平臺專家委員會針對這則新聞成立了 '超聲波海生 物防除技術(shù)調(diào)研組'，通過走訪船東,、船廠,、船 舶、代理商等以及參加相關(guān)的座談會,、交流 會,、研討會，獲得了大量的一手資料,，現(xiàn)將調(diào)研結(jié)果分享如下：

超聲波是一種波長極短的機械波,，在空氣中波長_般短于2厘米，在水中傳播距離比空 氣中遠(yuǎn),，但因其波長短,，更易于獲得聲能。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡,，液體中的微小氣泡在超聲波作用下產(chǎn)生振動,，當(dāng)聲壓達(dá)到_定值時，氣泡將迅速膨脹,，然后突然破 裂,，在氣泡破裂時產(chǎn)生高溫隔壓沖擊波。 歐盟生物殺滅劑法規(guī)是歐盟地區(qū)針對生物 殺滅劑的行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，第95（D號條規(guī)定：2020年開始禁止在油漆涂料中使用銅,，該規(guī)定與全球越來越注重環(huán)保的趨勢相吻合，美國,、 荷蘭,、新西蘭、澳大利亞等許多國家紛紛效仿,，變更的防污法規(guī)給有效的新技術(shù)帶來了機遇,。

Sonihull超聲波防污技術(shù)是在針對防污涂 料中使用含金屬的生物污垢殺滅劑的法規(guī)越來 越嚴(yán)格的大背景下發(fā)展起來的，該技術(shù)是― 種“用上后即無需多管甚至可將其遺忘”系統(tǒng) （后續(xù)不需要任何維護）,，利用超聲波在液體 中產(chǎn)生的連續(xù)不斷瞬間高壓和高溫,，使附著海 生物迅速剝落并擊碎生物的表皮細(xì)胞，殺死經(jīng) 過裝置的海生物卵細(xì)胞或幼蟲,，防止海生物的附 著生長,，能夠有效降低海生物對船體和海水系統(tǒng) 的危害。 

將Sonihull超聲波發(fā)生器安裝在海生物容易附著的管壁或焊接在船體的表面上,，讓海生物在超聲波作用下發(fā)生松散,、脫落、粉碎而不易附著在船體表面和海水系統(tǒng)材料內(nèi)壁,，從而建立起防海生物環(huán)境,，能夠有效地防止海生物附著污損。 相較于傳統(tǒng)裝置來說,Sonihull超聲波防污系統(tǒng)具有不使用化學(xué)物,、添加劑或者有毒的物 質(zhì),，不污染海洋生態(tài)環(huán)境，具有良好的環(huán)保性能,；沒有高成本的電極需要替換,、無需布滿整 個船體、無需絕緣安裝,、不需要入級檢測,，裝置的操作、管理,、維護方便簡單,、效果顯著， 與其它船舶防蝕保護裝置兼容性良好,；對人體 不產(chǎn)生任何影響,、對管道等部件無任何損蝕， 具有良好的安全性能,；符合目前海事公約法規(guī) 的要求,、成本回收時間短、適用范圍廣等特 點,，具有廣闊的應(yīng)用前景,。

來源：儒海之家