船舶之船殼腐蝕與外加電流`’陰極防蝕(ICCP) – 建造和作業
船舶經常暴露於極惡劣的海洋環境中。它們的操作環境使船殼常受到環境腐蝕的侵害。
海水一般對鋼的腐蝕性隨溫度、含氧量、水流速、腐蝕性污染物含量、侵蝕性微粒及電導率的升高而遞增。海水中鹽分與鐵（低碳鋼）製船殼形成完美電解質，並形成伽凡尼電池(galvanic cell)。
一、 什麼是伽凡尼電池？為什麼船殼會腐蝕？
當兩種不同金屬在有腐蝕性介質（電解質）的環境下相互接觸時，腐蝕電位序中活性較高的金屬充當陽極並受到腐蝕。這意味著，在金屬腐蝕電位序中，活性較高的金屬充當陽極並受到腐蝕，而活性較低的金屬充當陰極，並受到保護。
如果將這兩種金屬置於海水中並進行直接電接觸，則電流將通過電解質從活性較高的金屬（陽極）流到活性最低的金屬（陰極）。這種電流稱為腐蝕電流，無非是來自陽極的金屬離子和電子轉移過程，其將溶解進入溶液中。這種產生腐蝕過程的簡單電池就稱為伽凡尼電池。
二、 那麼腐蝕是如何在船上發生的呢？
船由鋼製成；其主要成分是鐵。鐵是一種電化學正性元素，具有放棄電子成為自由離子的趨勢。
1)發生的陽極反應為2Fe→2Fe ++ + 4e-
2)海水由氧和氫組成，會產生電化學負性氫氧根離子H2 O + O2 + 4 e-→4（OH）-，其可以接受鐵提供的電子。
3)鐵離子與海水中的氫氧根離子結合形成氫氧化亞鐵。 2 Fe ++ +2（OH）-→2 Fe（OH）2。 這稱為鐵的氧化。
4)水中若存在過量氧氣，這種氫氧化亞鐵經氧化形成氧化鐵和水，我們稱其為鏽。 2 Fe（OH）2 + O2→Fe2 O3 + 2 H 2 O（鐵鏽）
船殼低碳鋼的異質性，以及諸如船殼板的不一致性（如厚度、油漆厚度和品質等）、船體結構焊縫的差異性、海水中不同金屬和氧氣含量等因素共同導致船體中的某些區域可以形成陰極和陽極，從而形成伽凡尼電池。
通過腐蝕電位序，我們現在知道，活性較高的金屬（陽極）可以代替活性較低的金屬（陰極）腐蝕。藉由將船的結構與更具活性的金屬（例如鋅或鎂）耦合，即可形成伽凡尼電池，其中作為陽極的活性金屬向結構提供電子通量，然後成為陰極。陰極受到保護，陽極則逐漸溶解，因此稱之為「犧牲陽極」。
諸如鋅、鋁、鎂或其合金之類的元素被用作犧牲陽極，以保護形成陰極之鐵或鋼類的母體元素。然而，這些犧牲陽極確實具有一些缺點，例如由於每5年必需更換而增加了維護工作，船殼阻力的增加，以及沒有適當的方法來檢測陽極是否正常工作。
三、 對外加電流陰極防蝕(ICCP)的需求
現在我們從伽凡尼電池和犧牲陽極得知，兩個電極之間需要電位差才能產生腐蝕電流。這些腐蝕電流將陽極溶解在電解質中。
但是在船殼內部沒有電位差的情況下，腐蝕電流將降至最低，並且不會發生腐蝕。ICCP船體始終保持為陰極，通過使電位差保持最小，並引入與自然腐蝕電流相反的電流，從而保護陽極並避免腐蝕。
四、 外加電流陰極防蝕
外加電流陰極防蝕系統是解決腐蝕問題的先進技術和長期解決方案，被視為犧牲陽極系統的絕佳替代品。
在ICCP中，將要保護的金屬連接到不溶性陽極，並使用與腐蝕電流相反的直流電流通過，從而使腐蝕的金屬從陽極轉變為陰極，並受到保護免於腐蝕。這種不溶性陽極可以是鉑、鍍鉑鈦或任何其他惰性元素。
同樣的原理也適用於船舶。
在此，在船舶外殼上設一接觸點，並與參考電極相連。該參考電極是完全低活性的不溶金屬。參考電極測量的自然腐蝕電流，該電流不過就是船殼與參考電池之間的電位差而已。
我們需要測量船殼中的腐蝕電流，以便向外加電流陽極提供等於或略大於（反方向）的直流電流。這為船殼提供了保護電流，使船體成為陰極而免受腐蝕之損害。
五、 ICCP運作及其組件
(1) 24V直流電輸出電源設備和其控制面板
直流電源可以包括將440V交流電源轉換成直流電流的整流器。
大型船舶通常在船前和船尾各有2個電源設備。電源設備也稱為Quantum ICCP面板，它包含閘流晶體網絡和可監視參考電池的電壓和電流參數的PCB，並相應地將信號發送到外加電流陽極。這些船前和船尾電源設備之間具有主從結構，且其性能表現可以從ECR監視面板監控。同時，控制面板上裝置異常讀數的警報。
2)外加電流陽極
外加電流陽極通常由不溶性強的材料例如”鈦”等製成。它們可以是盤形或條紋形的。一般而言，船前和尾部會放置2個或4個對稱單元。
陽極係被焊接到加力板再連接到船殼表面上，以便與船體外部板完全齊平。該陽極材料僅作為船殼的電子源，而並不會因為供保護電流而被消耗。
3)鋅參考電池
電位係由參考電極組件監控。該組件安裝在陽極之間的左舷和右舷，其為陽極之間可能會產生的最低電位之處，從而檢測出船殼和海水之間最微小的腐蝕電流。該數據將反饋到控制面板，並由面板將動調整外加的陽極電流輸出。
它們通過電纜接頭和墊圈連接，並經沉箱螺栓固定於船殼表面。這些鋅參考電池本高度穩定，並提供了穩定的參考，在其中船體和海洋的電位以及系統中的小電流都可被量測。這些電極完全可由潛水員來更換。
上面的圖片就ICCP在船體的保護給予較清楚的解析。
4)遠端監控面板
發動機控制室設有一個遠程監控面板，每天觀測並記錄ICCP參數。確保在船舶靠泊時關閉ICCP電源。否則，船上和岸上的ICCP系統電流可能會相互影響，從而造成船殼油漆損壞。過多外加電流流入船殼表面將導致油漆剝落。
5)船舵接合電纜
為了確保船舵能夠透過ICCP受到防腐蝕保護，將橡膠接合電纜將穿過舵桿頂部與船殼結構的電纜接線頭眼[孔]板，由此形成專用的電位聯結。
6)帶有軸身船殼MV電壓表的螺旋槳軸接地組件
即使在裝有ICCP的船舶上，螺旋槳軸軸承也容易因電火花腐蝕而受到腐蝕。這是因為旋轉的螺旋槳軸係經由軸承中的潤滑油膜和尾軸中的非金屬軸承來維持與船體電絕緣。由於產生絕緣，軸身和船殼之間產生了電位，這可能導致大量電流在軸承中流動。
大量電流還是有可能流入主軸承和推力軸承，進而產生點蝕痕跡，並導致主引擎的損壞。
可藉由滑環和接觸電刷組件將螺旋槳軸與船殼接地來解決此問題。
軸身接地組件由一對安裝在刷架中的高銀含量/石墨複合電刷組成。該裝置在帶純銀合金金屬帶鑲嵌軌道的銅滑環上運轉。銀合金接地組件可提供出色的電力連續性。
銀合金軸滑環以兩個半滑環為一組的形式提供，並帶有夾緊裝置，以便於安裝。
裝置小巧型毫伏表以監控軸身和船殼之間的電位，並驗證系統的有效性。儀表位於方便人員進行監控的位置。
低於50mV為理想值。
淡水水道
當船舶從海水移動到淡水時，其電導率降低，電阻率增加。由於電導率降低，因此參考電池將無法檢測電勢差。此時，從外加電流陽極輸出的保護電流需加以限制。
在通過淡水水道期間，ICCP電源設備中的自動控制會將其整流電壓調增到最大，以限制外加電流並避免過度保護，並挽救船殼。
停靠在碼頭區時，船舶ICCP（如為開啟狀態）會同時試圖保護碼頭，從而增加系統中的電流；這將可能導致超載。因此，ICCP電源在港口中應一直維持關閉狀態。
希望這可解答大多數關於“外加電流的陰極系統”的疑問。ICCP的重視不足，藏身在引擎室中往往會被忽視，並通常於乾[船]塢中進行大修和檢查。
然而，由於其有助於減少燃料消耗、降低船體阻力而提高船行速度、長時間維持船殼金屬品質，提高了維修間隔時間和成本效益，因此為大多數船主所採用。
資料來源: Marine Technology, 07/19/2020，
