钛合金海水管路系统关键技术识别

1 钛合金海水管路系统技术分解结构 

按照技术成熟度评价方法，根据大型舰船钛合金海水管路系统总体技术方案，构建大型舰船海水管路系统的技术分解结构（TBS），是对大型舰船海水管路系统自上而下逐级分解形成的一个层次体系。该层次体系以海水管路系统的设计、制造和试验为核心， 由一群技术组成一个技术集合。它将海水管路系统的功能性需求层层传递下去，直至最底层的独立技术单元。该结构应能完全限定海水管路系统的功能划分， 并表示出各个技术单元之间的关系。本文将钛合金海水管路系统分为总体设计技术、建造技术、成品件和 保障技术四大类共 42 项技术单元。如图 1所示。

图 1   大型舰船装备海水管路系统技术分解结构

2 钛合金海水管路系统关键技术清单 

在技术成熟度评价方法论中，关键技术元素（CTE） 是指：1）该项技术能否在可接受的研发进度，以及研发、生产和运行成本的范围内满足系统性能需求；2）该项技术或其应用方式是否是新的或新颖，再或其应用的领域内在详细设计或演示验证期间是否存在重大技术风险。按照重要性和新颖性原则，在针对 42 项技术单元进行遍历分析后，形成了包括钛合金离心泵技术等 9 项关键技术元素作为最终的关键技术清单，为后续开展技术成熟度评价奠定基础。 

1）以钛合金离心泵技术为例，钛合金离心泵为实现泵设备的轻量化，抗海水腐蚀性及使用寿命，以抗腐蚀性能、质量密度及材料强度更优的钛合金替换原铜合金材料，主要更换泵体、叶轮等过流部件及泵轴等主要零件材料，以实现在海水环境下的使用。主要技术指标为: 流量 20～150 m3 /h，扬程 30～90 m，吸上高度 3.5 m，气蚀余量 4 m 等；主要技术难点为：主要零部件（泵体、叶轮、导叶）等铸件铸造工艺性、泵组整体材料不同海域耐腐蚀性能的研究。 

重要性分析：钛合金离心泵对海水管路系统的流量、扬程、气蚀余量有直接影响，进而直接影响管路以及整个系统使用寿命。

 新颖性分析：钛离心泵采用新材料，此前在民船上用过，但未在海水环境下使用，本文要求在海水环境使用，要考虑腐蚀、防污等因素，使用环境发生较大变化，存在技术风险。

 2）以异种金属接触防腐蚀技术为例，钛合金海水管路系统中，在法兰连接、穿舱件、螺纹连接等地方，采用钛合金材料与铜、钢等金属点位差较大，容易产生电偶腐蚀。主要通过各种惰性材料（包括密封材料）制成垫片、套管，以及涂层等途径来方式钛合金与其他金属的接触，以防止发生电偶腐蚀。主要技术难点包括：高电位差的异种金属接触产生的电偶腐蚀防护控制有效性。 

重要性分析：电绝缘组件、涂层等对防止管路系统异种金属连接的电偶腐蚀具有重大作用。 

新颖性分析：电绝缘组件、穿舱件等已在现役舰船型号上获得使用，但未在钛合金海水管系环境中使用，服役环境发生较大变化，存在技术风险。 

3）以钛合金防海生物防污技术为例，该防污装置包含电解防污控制仪和电解防污电极两部分，其中电解防污控制仪用于精确控制防污电流，利用低压直流电电解铜银复合阳极（或通过制氯阳极电解海水）， 使海水中生成包括亚铜离子和银离子（或次氯酸钠） 在内的防污剂。产生的防污剂在管道中能够抑制海生物生长或杀灭海生物，使钛合金海水管路取得良好防污效果。主要技术指标为：输出电流直流 0～2 A 连续 可调；输出电压直流 0～12 V 连续可调；半载纹波系数 0.1%；直流电解出的防污铜离子浓度 5 ppb；有效氯浓度 20 ppb。主要技术难点是如何防止电解电极工作过程对钛合金氢脆的影响。

 重要性分析：钛合金海水管路在使用过程中极易发生海生物污损，从而导致管路系统阻塞，影响系统 的安全运行，防污装置的应用能够使生物兼容性良好的钛合金管路系统免受海生物污损，以保障系统的安全运行。

 新颖性分析：该防污装置现已在民船上海水管路系统中得到应用，此外装置可对电流电压实现实时监测并能够提供超限报警，目前该装置首次在钛合金管路系统滤器中应用，可有效避免其他常规防污装置应用过程中对钛合金管路造成的杂散电流及氢脆危害。