海洋環境中的腐蝕防護
 

       文/陳光章·中國船舶重工集團公司七二五所
 

　　21世紀注定是海洋的世紀。“ 十—五”期間,我國各個領域在海洋開發方面已取得了輝煌的成就。在造船領域,我國超過韓國成為世界第一造船大國;在交通領域,我國建成了上海到洋山深水港的東山跨海大橋,世界第一的膠州灣跨海大橋,世界第三長的杭州灣跨海大橋,木來我國還將規劃建設珠港澳大橋、海即跨海大橋、跨渤海大橋、 長蓬跨海大橋等等;在能源領域，我國在近海海上采油平臺有168座,隨著海洋石油981的成功投產,我國開始進入深海采油的新紀元,在中長期規劃中我國將走向深海和遠海,獲取保持我們國家經濟高速發展的寶貴資源,也保證我們南海的資源通道暢通無阻。圖1是我國海洋工程掠影。同時,我國也將更深入的開展海洋開發,啟動我國繼“上天”之后的另一重大發展戰略。目前一些有目共睹的重大事件就已體現了我國未來海洋開發具有大戰略、大規劃、大眼光、大投入的特征,如設立國家級山東藍色海洋經濟開發區、升級設立舟山群島新區等等。

　　圖1我國海洋工程 (跨海大橋和采油平臺)

　　在這么多的世界第一面前以及我國未來的重大戰略規劃中,每個中國人都會由衷地感到自豪,感到驕傲,感到揚眉吐氣。在我們慶祝這些偉大成就的同時,我們的防腐工作者們又有何感想?腐蝕防護領域未來的發展方向又在哪里?
 

　　根據有關資料報道 ,東海大橋、杭州灣跨海大橋、膠州灣跨海大橋的服役壽命要求為100年;海洋鉆井平臺、海地管道的設計服役壽命是30年。要達到這么長的壽命,靠的是什么?靠的是科學的設計、精心的選材、可靠的腐蝕控制措施和科學的健康診斷。
 

　　但是,一些事與愿違的事情也時刻提醒著我們,尤其是我們防腐工作者。 如震驚全球的美國墨西哥灣漏油事件。目前中海油渤海灣蓬萊采油平臺區的漏油事故鬧得全國沸沸揚揚,觸動了我國環保意識和國民安全意識的神經。毫無疑問,海洋環境中重大基礎設施和海洋工程設備的安全可靠運行是我們每個防腐工作者的責任,我們應該進行深入的思考,在這史無前例的海洋大發展時期我們腐蝕防護領域應該做些什么,我們又做了些什么?
 

開拓新篇章
 

　　眾所周知,海洋環境是腐蝕最為苛刻的自然環境。 在海洋環境中,根據腐蝕速率和腐蝕原因籠統的可分為大氣區、 浪濺區、 潮差區、 全浸區 (水下)和海泥區,如圖2所示。
 

　　圖2海洋結構腐蝕速率示意圖

　　每個區域的腐蝕速率和腐蝕原因是不一樣的。針對不同的部位發展了相應的防腐措施,如全浸區和海泥區一般采用陰極保護技術,大 氣區的腐蝕控制發展了不同涂層體系,針對潮差區 (也稱水線區)發展了專用的涂層體系。以上這些部位的腐蝕控制方法都制定了相應的標準規范,做到了有據可依。
 

　　腐蝕最嚴重的部位是浪濺區,由于這一區域的構件承受多種作用,包括干濕交替、風吹日曬以及供氧充分,導致這一部位腐蝕速率很高。“十一五” 期間,我國科技部設立了 “技術及應用”重大專項重點解決了浪花飛濺區的鋼結構和混凝土結構的腐蝕控制問題。其中,鋼筋混凝土的腐蝕控制在我國開創了一個新的里程碑。“ 十五” 期間,清華大學、 北京科技大學、 廈門大學、建材院等幾所重點院校的多名專家學者曾經積極倡導鋼筋混凝土的腐蝕控制,當時沒有得到積極的響應。經過短短的幾年,在 “十一五” 期間,這一領域的腐蝕控制峰回路轉,這是腐蝕防護工作者積極宣傳和不懈努力的結果。國家的決策者、工程的建設者、 重大設施的業主都認識到了鋼筋混凝土的腐蝕和控制重要性,在未雨綢繆中避免重蹈國外先期發展的覆轍,在近期的重大工程中得到推廣應用,如圖3所示。
 

　　我國海岸線綿長14000多公里,島嶼有6500多座,分布著不計其數的碼頭、電只 鹽場、海上發電等等海洋工程設施,擁 有大量的鋼筋混凝土結構。隨著海洋環境基礎設施的建設,常見的鋼筋混凝土結構也將越來越多,如跨海大橋的混凝土鋼墩、濱海混凝土碼頭、海上高速路的路面、海濱的建筑設施等等。如果要實現百年工程 ,為子孫后代造福 ,鋼筋混凝土的腐蝕控制技術是利千秋福萬代的技術 ,可喜的是這一技術在我們國家已經得到認可,因此腐蝕防護在這個領域將會大有作為,將會迎來腐蝕防護事業的又一個春天,也將會帶來極大的經濟效益和社會效益。

　　
圖3鋼筋混凝土的外加電流保護　　

　　另一個領域我們國內目前還沒有涉及,那就是鋼筋混凝土的維修和維護,隨著海洋環境基礎設施的運行,這一領域也蘊藏著巨大的經濟效益和社會效益。從國外發展歷程來看,鋼筋混凝土維護不僅僅是將脫落的部分再重新補上就行,而是在弄清腐蝕破壞的原因后進行維修維護,其中海洋環境中鋼筋混凝土結構破壞主要原因是氯離子的滲透導致的,因此需要在破壞的部位施加陰極保護,包括外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。它的作用有兩個:一是抑制混凝土中鋼筋的腐蝕 ,另一個作用是消除能夠破壞鋼筋保護膜的鋼筋表面的氯離子。
 

制約因素
 

　　我國的海洋開發起步較晚,與海洋環境基礎設施和海洋工程裝備配套的重防腐蝕涂料的研究也落后于國外先進水平。總體來看,海洋環境重防腐蝕涂料的發展趨勢主要有以下三個方向:(1)長效性。涂層保證在長時間內免維護;(2) 低污染。 保證涂料自身的各個組成部分 (成膜物、防腐顏料、溶劑和助劑)和成膜各個過程都是低污染的;(3) 施工簡便。一次成膜、附著力強。經過多年的努力,目前我國也發展了自己的重防腐涂層體系。

　　追尋國外重防腐涂料的發展歷程 ,我們可以發現：20世紀70年代 ,日本借助海底隧道、海島間跨海大橋等超大工程的建設,發展了一系列的重防腐涂料 ,如關西涂料公司和富士樹脂公司的玻璃鱗片聚酯涂料 ;旭硝子公司和大金公司的氟涂料 ;日本鋼鐵公司鋼樁復合涂層技術等。美國借助阿波羅計劃 ,在大力發展航天航空技術的過程中,也發展了新一代的重防腐涂料 ,如杜邦公司的氟炭涂料 、氟磺化聚乙烯防腐蝕涂料 (海普龍);阿麥龍公司和先進聚合物科學公司的聚硅氧烷防腐涂料。其中聚硅氧烷防腐涂料已在世界多家著名大公司設備裝置和鋼結構上應用,效果很好。英國、挪威借助北海油田開發為契機 ,建立了海上石油領域的重防腐體系,適用于低溫環境施工。
 

　　目前我國在海洋工程設施中創造了多個世界第—,但是關于涂層的選擇,卻清一色采用的是國外的防腐體系和產品。我們防腐工作者作何感想?我們的業主怎么看?我們的決策者怎么認為?因 此,從產業的發展、人員的就業、國際的競爭力等角度考慮,國家政府的決策部門、重大工程的設計部門、工程裝備的業主、以及我們的防腐工作者應該通力合作、 努力拼搏,借鑒西方發達國家的經驗,奮起直追、 積極創新,探索適合我們自己的發展模式,建立具有我國特色的重防腐涂層體系,為我國海洋環境的基礎設施和工業裝備提供可靠的安全保障,提高我們的競爭力。

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