ICCP（Impressed Current Cathodic Protection System）系統(tǒng)簡介
ICCP的型式很多,幾個(gè)主要廠牌: Aquamatic、BKL、Wilson Taylor、CAPAC及Corrintec (Morgan)等但基本原理卻都是相同的,以下僅供參考.
(一) 基本防蝕原理：
(1) 由鋼鐵所建造之船殼長期浸泡于電解液(海水中),若無適當(dāng)防護(hù),鋼鐵會(huì)因表面局部之電位差而產(chǎn)生電解離作用,形成所謂的電解腐蝕(Galvanic Corrosion).
電位較高之鋼材表面為陽極,而電位較低之鋼材表面為陰極,電子由陽極解離出來,流向陰極,形成電流.陽極之化學(xué)反應(yīng)式如下：
Fe → Fe2+ + 2e-
(陽極(Fe)因電解離反應(yīng),產(chǎn)生電子e-及Fe2+離子,脫離原鋼材,造成腐蝕)
(2) 在腐蝕反應(yīng)中,物質(zhì)之損耗(生銹、腐蝕)只發(fā)生于陽極(Anode)范圍內(nèi)，而陰極則無損耗.若鋼材表面所放出之電子未移離陽極或未自陽極處消耗移往鋼材表面之陰極范圍時(shí),此時(shí)腐蝕作用就會(huì)停止.因此,若能在鋼材表面設(shè)法布滿帶負(fù)電荷之離子,則帶正電荷之鐵離子(Fe2+)就會(huì)暫停釋出,腐蝕作用就會(huì)停止.
(3) 逆壓電流防蝕系統(tǒng)(Impressed Current Cathodic Protection System,簡稱ICCP System)就是利用船上直流電流逆向壓至船殼表面,使船殼浸水表面均勻布滿電流,藉以抑制船殼表面之鐵離子(Fe2+)釋出,使腐蝕作用停止.換言之,于船殼外板設(shè)置與船體絕緣之陽極,發(fā)出適當(dāng)之電流進(jìn)入水中再進(jìn)入船體(陰極),使整個(gè)船殼板呈陰性而抑制船殼外板的生銹與腐蝕.
(二) ICCP系統(tǒng)簡述：
(1) ICCP系統(tǒng)工作原理:利用船上電源變壓器－整流器(Transformer-rectifier)轉(zhuǎn)換之直流電流通至海水中,使船殼濕水表面保持陰極化.即電流由陽極(Anode)→電解液(海水)→陰極(船殼).藉由參考電極偵測被保護(hù)金屬(船殼)之相對電位,適時(shí)提供正確訊號(hào)給控制系統(tǒng)，作為調(diào)整放電量之依據(jù)。因?yàn)榇搜b置能自動(dòng)調(diào)整船殼濕水表面(Wetted Surface)之保護(hù)電流,有效防止/降低腐蝕率.故能保持船殼表面光滑,降低燃油消耗量.
(2) 典型之ICCP System是以外部陽極板來充當(dāng)『電流發(fā)射器』,再利用參考電極(Reference Electrode)來偵測回饋之訊號(hào)(電位差),調(diào)整系統(tǒng)之放電量,以防止船殼腐蝕.系統(tǒng)之基本配備如下:
(a) 負(fù)責(zé)放電流之陽極(Anode):需具有低電阻性、化學(xué)活性小、低腐蝕率、
不易脆化等特性.目前常用之陽極有白金合金(Platinum Alloy)或鉛合金(Lead Alloy).
理論上以純白金(Pure unalloyed Platinum)作為陽極,其耐久性及通電性較佳.但考慮純白金質(zhì)軟且價(jià)格昂貴,通常以電鍍白合金或電鍍白金來作為陽極材料.
(b) 保護(hù)放電量之絕緣層(Dielectric Shield):其設(shè)置目的為讓陽極放出之電流均勻分布至所有船殼之濕水表面,以確保船殼完全達(dá)到防腐蝕效果.防止陽極附近之電流太強(qiáng),致使油漆剝落破壞.
陽極附近如有脫漆裸鐵板,由陽極放出之電流就會(huì)發(fā)生短路效應(yīng)(Shorting Effect).大量電流將直接傳至船殼局部區(qū)域,如此不僅浪費(fèi)電力,并使其它應(yīng)受保護(hù)之廣大區(qū)域失去保護(hù)作用.
(c) 電源供應(yīng)器及控制機(jī)構(gòu)：電源供應(yīng)以直流電(Direct Current)較為平穩(wěn).電流量之供需情形,通常依船東對于電流密度(Current Density)的要求,再比照被保護(hù)船殼之濕水面積(Wetted Surface Area)來計(jì)算.一般而言,涂裝良好之船殼,只要保持20mA/M2的電流密度已屬足夠.采購時(shí)常采用40~50mA/M2的電流密度作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)值.
(d) 參考電極:其設(shè)置的目的在偵測被保護(hù)金屬之電位,以配合船殼油漆之損傷情形、航行水域之鹽分變化(氫氧離子多,會(huì)加速腐蝕作用)、船速變化及水溫高低等因素,適時(shí)提供正確訊號(hào)給控制系統(tǒng),作為調(diào)整放電量之依據(jù).依過往實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,若以Cu/CuSO4作為參考電極,無外加電流時(shí),船殼相對于參考電極之電位約為-560mV,若能提供外來電流使船殼相對于參考電極之電位約-800mV~-850 mV時(shí),船殼板可獲得充份的陰極保護(hù).(若以Ag/AgCl作為參考電極時(shí),依說明書內(nèi)容,若能提供外來電流使船殼相對于參考電極之電位約-750mV~-950 mV時(shí),船殼板可獲得充份的陰極保護(hù).實(shí)作上常以參考電極相對于船殼之電位差,即750mV~950 mV (0.75V~0.95V)來操作系統(tǒng))
(三) ICCP系統(tǒng)之設(shè)計(jì)考慮：
(1) 一般而言,船長不超過200~250公尺的范圍,大多僅在船艉機(jī)艙附近裝設(shè)一組ICCP系統(tǒng)即可.但若船長太長,為了設(shè)法讓電流均勻分布于所有浸水表面,且避免過大的驅(qū)動(dòng)電流而破壞油漆涂層,勢必要在船艏錨鏈艙稍后的位置加裝另一組船艏ICCP系統(tǒng),用以加強(qiáng)船艏附近之船殼板保護(hù).
(2) 一般而言,涂裝良好之船殼,只要保持20mA/M2的電流密度已屬足夠.采購時(shí)常采40~50mA/M2的電流密度作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)值.
(3) ICCP系統(tǒng)之使用注意事項(xiàng)：
(a) 確保電源之穩(wěn)定供應(yīng).
(b) 防范極板(Anode)被碰撞.
(c) 注意船由海水駛?cè)脒\(yùn)河或內(nèi)湖區(qū)域之電流反應(yīng),必要時(shí)在進(jìn)入淡水區(qū)域時(shí)應(yīng)暫停使用.
(d) 注意電極(Anode)之絕緣層是否完整,以確保所有濕水表面都能得到均勻且足夠的陰極化保護(hù).
(e) 船舶入塢時(shí),務(wù)必暫時(shí)關(guān)閉電源.進(jìn)行船殼噴砂涂裝時(shí),所有ICCP極板及參考電極均需適當(dāng)?shù)馗采w保護(hù).
(f) 平常須依照使用手冊/保養(yǎng)手冊來使用、保養(yǎng)及記錄.遇到重大故障時(shí),須盡快安排廠商檢修.
(四) ICCP系統(tǒng)之應(yīng)用及緊急對策:
(1) 若保護(hù)電位正常(0.75V~0.95V),但陽極電流卻突然增大,甚至于增加數(shù)倍.這可能是船只擱淺(Aground)導(dǎo)致油漆剝落,此時(shí)裸鋼板需要更多的電流來保護(hù)以防其生銹.裸鋼板所需之保護(hù)電流密度約0.1A/M2.故藉由船舶擱淺后之ICCP系統(tǒng)電流值增加量估算,可大致推估船殼水下油漆剝落之面積概況.
(2) 電流增大之另一可能原因?yàn)殛枠O之電線短路,此時(shí)應(yīng)確認(rèn)保護(hù)電位,若保護(hù)電位過低(低于0.75V),則可能船外板Anode 附近之絕緣層情況不佳,造成短路效應(yīng)(Shorting Effect).
(3) 入塢時(shí)發(fā)現(xiàn)ICCP故障,且無備料可換時(shí),可緊急于Bilge Keel下方加裝多塊鋅板充當(dāng)犧牲陽極來保護(hù)船體.