船舶压载水舱全寿命期腐蚀防护状态监测方法研究

摘要

船舶压载水舱通常在防腐涂层的基础上施加阴极保护以提升腐蚀防护效果。出于安全因素的考虑，牺牲阳极的阴极保护系统更加适用于压载水舱。由于压载水舱经常处于严苛的环境条件中，干湿交替的工作特性以及复杂结构带来的屏蔽效应都对其阴极保护系统提出了更高的要求。压载水舱服役后期内部牺牲阳极消耗过快，常出现局部保护不足的现象，引发安全隐患，所以对于压载水舱的全寿命期腐蚀防护状态监测显得尤为重要。本文通过设计压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统，研究了压载水舱在全寿命期内的腐蚀防护状态变化。提出了一种通过在线监测评估牺牲阳极消耗状态和寿命的方法；通过数值模拟软件做出了全寿命期保护效果预测；开展了压载水舱缩比模型实海试验，验证数值模拟预测结果的准确性，验证牺牲阳极消耗状态评估方法的准确性，研究了不同寿命阶段的阳极电流和保护电位的变化规律。 首先，本文介绍了腐蚀监测的现状和常用方法。介绍了本文中使用的基于电流监测数据的牺牲阳极消耗状态评估方法，该方法通过法拉第定律计算牺牲阳极消耗质量，通过平均消耗率评估牺牲阳极的剩余寿命；介绍了阴极保护状态监测及考虑涂层退化的评估方法，通过测量涂层低频阻抗值计算涂层当前的浸泡破损率，结合人工破损率共同对结构的保护电位进行评价。 其次，以压载水舱为研究对象，结合DnV规范和数值模拟结果，确定了牺牲阳极的安装位置和数量，得到了其全寿命期优化的牺牲阳极布置结果。根据布置方案设计了大尺度缩比模型的实海试验，对实海试验的各部分进行了详细的准备，包括：缩比模型设计和加工建造、表面涂层体系设计和检验、牺牲阳极绝缘安装设计、电位测量装置结构设计、涂层试验挂片和辅助设备等。 最后，开展了压载水舱缩比模型实海试验。通过人工破损和浸泡加速涂层老化，模拟其全寿命周期内的腐蚀防护状态。对结构阴极保护电位，牺牲阳极电流进行监测，探究了其在全寿命期内的变化规律。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 海水中的金属腐蚀

1.3 牺牲阳极消耗状态检测国内外发展

1.4 防腐蚀监检测方法

1.4.1 腐蚀状况监测方法

1.4.2 适用于在线监测的方法

1.5 本文结构安排

2 压载水舱腐蚀防护状态监测方法

2.1 牺牲阳极电流监测和消耗状态评估方法

2.1.1 牺牲阳极电流监测原理

2.1.2 牺牲阳极消耗状态和剩余寿命评估方法

2.2 阴极保护状态监测及考虑涂层退化的评估方法

2.2.1 电位监测原理

2.2.2 涂层破损率评估

2.3 本章小结

3 压载水舱模型阴极保护设计

3.1 阴极保护方案规范设计

3.1.1 设计规范

3.1.2 计算参数确定

3.2 数值模拟

3.2.1 数值计算边界条件

3.2.2 全寿命期牺牲阳极优化布置

3.3 本章小结

4 压载水舱缩比模型实海试验准备工作

4.1 模型设计

4.1.1 主尺度

4.1.2 强度校核

4.2 缩比模型涂层体系设计

4.2.1 涂层规范

4.2.2 涂层施工工艺

4.2.3 涂层检验检测

4.3 电流监测设备安装方式

4.4 电位监测设备安装方式

4.5 辅助设备

4.5.1 加热器及温控系统

4.5.2 其他辅助设备

4.6 本章小结

5 压载水舱缩比模型实海试验

5.1 试验目的

5.2 试验安排

5.2.1 试验环境

5.2.2 试验流程

5.2.3 试验日期安排

5.3 考虑涂层破损率的阴极保护效果评价与数值计算结果对比

5.3.1 涂层状态评估

5.3.2 评估结果分析

5.4 基于电流监测的牺牲阳极消耗状态和剩余寿命评估

5.4.1 牺牲阳极全寿命期电流监测

5.4.2 牺牲阳极剩余寿命评估

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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