一种铜质海水管路集成防腐蚀方法

摘要

本发明涉及一种铜质海水管路集成防腐蚀方法，属于综合防护铜合金海水管路腐蚀的方法，采用铁合金牺牲阳极保护、化学镀Ni-P合金镀层以及电绝缘技术来防止铜合金海水管路系统腐蚀；采用法兰间式或管段式牺牲阳极复合结构，其铁合金牺牲阳极体为Fe-Mn、Fe-Cr；或Fe-Mn-Cr、Fe-Mn-Cr-Al合金，其中合金元素的重量百分比含量在1～10％之间，其余为铁(Fe)；复合结构的外壳采用和管路相同的铜质材料；在管路的内壁或弯头、三通等管件的内壁采用化学镀在铜基体上镀Ni-P镀层以改善其耐冲刷性能，不仅能起到阴极保护作用，还能够提高冲刷性能，延长使用寿命。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种铜质海水管路集成防腐蚀方法，尤其是对管路中法兰端部、弯管、三通等腐蚀严重的部位进行防护，既能起到阴极保护作用，又能耐海水冲刷腐蚀，有效延长海水管路使用寿命，属于一种综合防护铜合金海水管路腐蚀的方法。

背景技术：

船舶的海水管路腐蚀问题，一直困扰着设计者和使用者，人们在不断地探索其解决的办法。海水管路的选用和表面处理有多种形式，如早期的钢质海水管路采用镀锌、涂塑等方法提高管路耐蚀性；随着船舶海水系统设计流速的提高，采用铜镍合金、双相不锈钢、钛合金等耐蚀性优良的管路材料解决海水管的腐蚀问题，导致防腐成本加大。

目前船舶用的管路材料主要是铜和铜镍合金，由于很多管子直径小，设计海水流速较高，弯头、三通等异型管件多，造成管内海水紊流程度大；另外管系材料复杂，存在异种金属接触腐蚀，船舶海水管路不仅腐蚀破损严重，而且腐蚀防护也非常困难。

还有在船舶上采用栓塞式锌合金牺牲阳极对管路进行保护，但是由于船舶在有三元锌阳极保护条件下海水管路仍然会出现腐蚀泄漏，其主要原因是因为锌阳极与铜合金电位差过大(约800mV)，作为牺牲阳极溶解过快，加之海水管路通径太小，牺牲阳极尺寸有限，锌阳极寿命太短，大都在几个月内即完全消耗，船舶在航期间又不易经常更换。因此海水管路仅在装阳极后的数月内受到保护，以后长期处于无保护状态。现有的锌塞的丝座、丝堵采用HPb59-1黄铜制作，该种材料在海水中对脱锌腐蚀十分敏感，在锌塞耗光之后，丝座、丝堵与铜合金管路形成大阴极小阳极腐蚀电偶，丝座、丝堵发生严重脱锌腐蚀，造成在压力条件下丝堵崩出影响船舶的安全。同时由于牺牲阳极阴极保护在管道内的有效保护距离有限，而在船舶海水管路上不能安装大量的牺牲阳极，因此单纯采用牺牲阳极保护，依然较难解决海水管路的腐蚀问题。

随着铜镍合金等一些耐蚀性好的管路材料的应用，由于原有的海水管路附件材料未相应的改进，从而造成异种金属电偶腐蚀问题在海水系统中变得突出，电绝缘技术是解决海水管路异种金属接触腐蚀问题的重要技术手段。中国专利(CN03253305.5)“一种海水管路牺牲阳极保护装置”介绍了一种海水管路牺牲阳极保护装置。它可以对海水管路起到一定的阴极保护作用，但是该装置无法完全解决弯头、三通、法兰等部位内壁严重的海水冲刷腐蚀以及不同材料之间的电偶腐蚀问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有海洋环境中防止铜质材料腐蚀技术中存在的缺点，寻求一种采用多种防腐蚀措施综合的方法来解决海水管路的腐蚀问题，以三通、弯管、插管、变径附近、水进口端法兰之后、泵阀前后等腐蚀严重的薄弱部位作为阴极保护的对象。

为了实现上述目的，本发明提供一种采用铁合金牺牲阳极保护、化学镀Ni-P合金镀层以及电绝缘技术来防止铜合金海水管路系统腐蚀的方法；针对管路中腐蚀突出部位进行保护，使整个管路系统达到同寿命；采用法兰间式或管段式牺牲阳极复合材料结构，其铁合金牺牲阳极体为Fe-Mn、Fe-Cr；或Fe-Mn-Cr、Fe-Mn-Cr-Al合金，其中合金元素的总重量百分比含量在1～10％之间，其余为铁(Fe)；复合结构的外壳采用和管路相同的铜质材料；在管路的内壁或弯头、三通等管件的内壁采用化学镀的方法在铜基体上镀上一层Ni-P镀层以改善其耐冲刷性能，其Ni-P镀层的平均厚度为50μm，镀层中P的重量百分比含量为10～13％；对管件、设备等异种金属接触的部位采用电绝缘的方法来防止电偶腐蚀，电绝缘法兰接头用聚四氟乙烯或芳纶橡胶等绝缘材料做密封垫片，紧固件上加绝缘护套和绝缘垫片构成绝缘法兰，紧固件护套和垫片用尼龙或聚四氟乙烯或聚氯乙烯材料加工制成。

本发明包括组构一种牺牲阳极保护装置和实现一种Ni-P合金化学镀层，以及形成一种法兰电绝缘结构；选用法兰间式或管段式铁合金牺牲阳极对海水冷却管路进行防护；对于船舶的原有海水管路，可利用原有法兰，按阳极长度(预留密封垫片尺寸)截短管路后安装牺牲阳极，或在需安装阳极处截断管路并焊接法兰后安装阳极；新造船舶可在管路施工阶段提前预留阳极安装位置。在安装法兰间式阳极时，将阳极环旋在两法兰之间，用加长螺栓将两法兰紧固；为防止阳极环与法兰间渗水，需加密封垫片。螺栓与法兰之间同时需要电绝缘处理；安装时确保牺牲阳极环和密封垫片与管路的中心对正，按规定的拧紧力矩使紧固件连接可靠。

本发明阳极环与需保护管路之间的电连接，在阳极外环焊上多芯接触导线，导线直径不小于2mm，导线自由端焊上接线头或导电片，用厚度0.5-1.0mm的铜片作为接触导线材料，接触导线或导电片固定在被保护管路一侧的螺栓或螺帽下面；导线与螺栓式螺帽的接触面打磨至露出金属光泽，接触导线端头或导电片的自由端以及压紧垫圈制有铅-锡复层；对焊接部位、接触导线、紧固件等进行涂漆。

本发明对于船舶的原有海水管路，尤其是内径较小的弯管、三通或四通等标准件，按常规工艺放置在镀槽内进行施镀；对完整的管件或成型管配件进行化学镀Ni-P镀层，镀后避免焊接，镍磷镀层进行钎焊，对镀层性能无影响；内壁施加Ni-P化学镀的管段与其它管段之间通过法兰进行电绝缘处理，外壁进行涂漆。

本发明对海水管系中相接触的异种金属间采用绝缘法兰连接的形式进行电偶腐蚀控制，选择聚四氟乙烯垫片和芳纶橡胶垫片材料作为密封垫片材料。

本发明布置在分流管件、汇流管件、弯管、插管附近、变径管附近、水进口端法兰之后、泵阀前后、焊缝部位等水流发生紊乱之处，不同的防护措施选取位置不同，其布置原则有：

a.牺牲阳极布置原则：一是弯管所需的牺牲阳极布置在出口端距弯管1-10倍管路通径范围之内；二是三通、四通等分流、汇流管所需的牺牲阳极布置在其总管距管件接口1-5倍管路通径范围之内；三是变径管牺牲阳极应布置在管径较大的管路一端，距变径处1-5倍管路通径范围之内；四是泵、阀出口处流态紊乱，且其与管路间通常为异种材料连接，在出口端法兰连接处安装牺牲阳极。

b.内壁化学镀Ni-P镀层布置原则：海水冷却系统中的三通、四通标准件，方便拆卸的局部管段，则在其内壁进行Ni-P化学镀。

c.电绝缘布置原则：对泵、阀与管路间为异种材料连接，在泵、阀的两端与管路连接法兰处进行电绝缘。

本发明通过综合防腐蚀方法，与现有技术相比，不仅能够对海水管路起到阴极保护作用，防止电偶腐蚀的发生，同时还能够提高局部管路的耐海水冲刷性能，有效延长海水管路的使用寿命。

具体实施方式：

本发明实施时采用牺牲阳极保护、Ni-P合金镀层、电绝缘技术综合防止铜合金海水管路的腐蚀，选用法兰间式或管段式牺牲阳极复合结构，其牺牲阳极体为Fe-Mn或Fe-Cr或Fe-Mn-Cr或Fe-Mn-Cr-Al合金，其中合金元素的总重量百分比含量为1～10％，其余为铁(Fe)，铁的百分比含量为90～99％；复合结构的外壳与管路同为铜质材料；在管路的内壁或弯头、三通等管件的内壁采用化学镀的方法在铜基体上镀有Ni-P镀层，镀层平均厚度为50μm，镀层中P的重量百分比含量为10～13％；对管件、设备等异种金属接触的部位采用电绝缘防止电偶腐蚀，电绝缘法兰接头用聚四氟乙烯或芳纶橡胶等绝缘材料做密封垫片，紧固件上加绝缘护套和绝缘垫片构成绝缘法兰，紧固件护套和垫片用尼龙或聚四氟乙烯或聚氯乙烯材料加工制成。

本发明的实施根据实际海水管路结构特点，选用法兰间式或管段式铁合金牺牲阳极对海水冷却管路进行防护；对于船舶的原有海水管路，利用原有法兰，按阳极长度截短管路后安装牺牲阳极；而新造船舶提前预留阳极安装位置。在安装法兰间式阳极时，将阳极环旋在两法兰之间，用加长螺栓将两法兰紧固；为防止阳极环与法兰间渗水，需加密封垫片。螺栓与法兰之间进行电绝缘处理；安装时确保牺牲阳极环和密封垫片与管路的中心对正，按规定的拧紧力矩使紧固件连接可靠。

本发明阳极环与需保护管路之间的电连接采用在阳极外环焊上多芯接触导线方式，导线直径为1.5mm，导线自由端焊上接线头或导电片，用厚度0.8mm的铜片作为接触导线材料，接触导线或导电片固定在被保护管路一侧的螺栓或螺帽下面；导线与螺栓式螺帽的接触面打磨至露出金属光泽，接触导线端头或导电片的自由端以及压紧垫圈都制有铅-锡复层，并对焊接部位、接触导线、紧固件进行涂漆。

实施例：在动水模拟试验中，管路材料为TUP，其中一个弯管内壁施加化学度Ni-P镀层处理，一段直管采用铁合金牺牲阳极来保护，其余部分为PVC管组成；两管段法兰之间采用芳纶橡胶垫片进行电绝缘，螺栓采用绝缘热缩套管、螺栓头与法兰之间采用聚四氟垫片进行电绝缘处理；中间的法兰间式铁阳极采用镶嵌式结构，内环为Fe-Mn-Cr-Al铁合金牺牲阳极，其中铁的含量为95％，合金元素含量为5％；外环为紫铜护套，内外环间采用过盈配合镶嵌连接。

在管路干燥状态下，用500V兆欧表测量各绝缘电阻值，检查结果无短路，绝缘电阻为13kΩ，管路系统的电绝缘处理措施为合格。经过30天的实海模拟管路试验，防腐方法安全可靠，系统无泄露，电绝缘防护效果良好，异种管路材料之间无电偶腐蚀，TUP管的腐蚀速度降低了90％以上，综合防腐效果优良，结果如表所示。

  材料  腐蚀速度mm/a  保护度  TUP管(对比样)  0.076  ×  TUP+Ni-P  0.004  95％  TUP+铁合金阳极  0.006  92％