董澤華 華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授

    材料腐蝕失效與控制是我國(guó)能源、化工、電力以及交通等重要工業(yè)部門安全和綠色運(yùn)行的重要保證，而基于腐蝕監(jiān)檢測(cè)的材料失效診斷則直接關(guān)系到大型基礎(chǔ)裝備的運(yùn)行安全，是降低油氣管道、核電裝備、跨海橋隧等基礎(chǔ)設(shè)施重大安全事故的重要保證。腐蝕監(jiān)檢測(cè)作為腐蝕防護(hù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作越來(lái)越受到上下游企業(yè)的重視，并且對(duì)腐蝕監(jiān)檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)提出了更高品質(zhì)的要求。企業(yè)的腐蝕監(jiān)檢測(cè)的方法有哪些新的方法？如何實(shí)現(xiàn)全面腐蝕監(jiān)檢測(cè)的發(fā)展？記者特邀請(qǐng)到了華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院董澤華教授為我們做相關(guān)方面的精彩解讀。董澤華，現(xiàn)為中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，長(zhǎng)期從事油田腐蝕與防護(hù)、腐蝕電化學(xué)、電化學(xué)科學(xué)儀器以及現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法等領(lǐng)域的研究。

    記者：您走訪過(guò)很多工業(yè)企業(yè)，請(qǐng)您以走訪過(guò)的企業(yè)舉例談一下目前工業(yè)企業(yè)腐蝕的現(xiàn)狀如何，發(fā)展腐蝕監(jiān)檢測(cè)的意義是怎樣的，面臨哪些挑戰(zhàn)？

    董教授： 中科院海洋研究所侯保榮院士在《我國(guó)腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究》報(bào)告中指出：2014 年我國(guó)的腐蝕總成本包括腐蝕帶來(lái)的損失和防腐蝕投入，約占當(dāng)年GDP的3.34%，總額超2.1萬(wàn)億人民幣。腐蝕即是安全問(wèn)題也是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，腐蝕防控力度是國(guó)家文明和繁榮程度的反映。

    材料腐蝕失效與控制是我國(guó)能源、化工、電力以及交通等重要工業(yè)部門安全和綠色運(yùn)行的重要保證，而基于腐蝕監(jiān)檢測(cè)的材料失效診斷則直接關(guān)系到大型基礎(chǔ)裝備的運(yùn)行安全，是降低油氣管道、核電裝備、跨海橋隧等基礎(chǔ)設(shè)施重大安全事故的重要保證。可以預(yù)計(jì)，腐蝕監(jiān)檢測(cè)與完整性評(píng)估將隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的擴(kuò)大，以及國(guó)家對(duì)工程結(jié)構(gòu)耐久性要求的提高，得到越來(lái)越廣泛的重視。

    具體到石油石化行業(yè)，隨著高含H 2 S、CO 2 油氣資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)油氣開(kāi)采的安全性也提出了更高的要求，腐蝕監(jiān)檢測(cè)作為腐蝕防護(hù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作越來(lái)越受到油氣上下游企業(yè)的重視。我們知道，設(shè)備腐蝕特別是局部腐蝕的監(jiān)檢測(cè)與控制是油氣安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。然而至今沒(méi)有一項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)榫植扛g診斷提供足夠充分的信息。此外，隨著超深地層（>4000 米）和低滲油氣資源的開(kāi)采，基于 CO 2 注氣驅(qū)的三次采油技術(shù)得到了快速發(fā)展。CO 2 驅(qū)不僅有利于封存溫室氣體，而且利用超臨界 CO 2 對(duì)巖石縫隙原油的高溶解力，可以大幅度提高原油的采收率。然而在井下高溫高壓環(huán)境中，CO 2 、H 2 S 與伴生的高礦化度地下水可造成井下油套管和抽油桿的嚴(yán)重腐蝕，因此實(shí)時(shí)監(jiān)檢測(cè)井下腐蝕速率、腐蝕電位以及井下緩蝕劑作用效率，對(duì)維護(hù)油氣井安全生產(chǎn)具有重要意義。

    此外，隨著高酸、高硫原油的開(kāi)采，煉化企業(yè)由于原油腐蝕造成的安全問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。要控制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，必須及時(shí)掌握各裝置的實(shí)時(shí)工藝參數(shù)及腐蝕信息。然而，煉化裝置系統(tǒng)復(fù)雜，不同裝置的材料、工作介質(zhì)、工藝參數(shù)和腐蝕機(jī)理差別很大。這可能包括全面腐蝕、縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕、SCC、氫損傷、磨損腐蝕等多種腐蝕形態(tài)。要對(duì)設(shè)備的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和診斷，需要根據(jù)不同的腐蝕形態(tài)來(lái)選用合適的在線腐蝕監(jiān)檢測(cè)方案。

    當(dāng)前，我認(rèn)為腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)包括三個(gè)方面：

    1）如何監(jiān)檢測(cè)局部腐蝕。在腐蝕失效過(guò)程中，局部腐蝕的危害性更大，其監(jiān)檢測(cè)也更為困難。對(duì)于油氣管道，包括點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕往往導(dǎo)致油氣管道穿孔泄露，造成重大安全事故。局部腐蝕不僅與材料組織的不均勻性有關(guān)，也與局部化學(xué)環(huán)境的差異有關(guān)。無(wú)機(jī)垢層（ 如 CaCO 3 、FeCO 3 、Fe 2 O 3 和 Fe 9 S 8 ） 以及有機(jī)垢層（如油泥，死亡微生物等）的沉積往往造成沉積物下局部環(huán)境的顯著改變。此外，這種沉積物很容易為微生物菌落提供良好的生活環(huán)境，導(dǎo)致硫酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌的迅速繁殖，造成垢下快速腐蝕穿孔。但由于常規(guī)腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法很難模擬垢下環(huán)境，尤其是埋地或海底管線，管道缺陷的人工巡檢難以展開(kāi)，因此很難準(zhǔn)確預(yù)知局部腐蝕的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

    2）如何選擇腐蝕監(jiān)檢測(cè)點(diǎn)。由于裝置不同位置的腐蝕程度和發(fā)展速率不同，要對(duì)裝置的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行正確評(píng)估，必須將腐蝕監(jiān)檢測(cè)探頭或者傳感器安裝到最容易發(fā)生腐蝕的部位，這需要做好前期調(diào)查選點(diǎn)工作，否則安裝大量腐蝕監(jiān)檢測(cè)傳感器也無(wú)法解決安全監(jiān)檢測(cè)問(wèn)題。山東青島“11-22”東黃輸油管線爆炸的問(wèn)題之一就是由于腐蝕監(jiān)檢測(cè)不到位，盡管做過(guò)多次普查，但由于不知道隱患最嚴(yán)重的部位在何處，也沒(méi)有辦法在近 300km 管線上全面布置監(jiān)檢測(cè)點(diǎn)，所以失去了早期發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患的機(jī)會(huì)。

    3）如何確保腐蝕等效性。對(duì)于快速腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)，如何將基于電極或者傳感器的腐蝕測(cè)試結(jié)果與失重掛片，甚至設(shè)備的真實(shí)腐蝕速率關(guān)聯(lián)起來(lái)？三者是否具有等效性？現(xiàn)場(chǎng)工程師經(jīng)常對(duì)快速腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法獲得的結(jié)果持懷疑態(tài)度，因?yàn)楹芏嗲闆r下這些測(cè)試結(jié)果與真實(shí)的管道腐蝕狀態(tài)有差距。這是因?yàn)椋?/span>腐蝕監(jiān)檢測(cè)只能獲得極化電阻值，而不是真正的腐蝕速率。現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)為了避免強(qiáng)極化對(duì)電極表面狀態(tài)的改變，以及電極近表面粒子濃度的改變，往往采用 5mV~10mV 的低極化過(guò)電位，并通過(guò)電位對(duì)電流的線性回歸計(jì)算極化電阻，要將極化電阻轉(zhuǎn)換為腐蝕速率，必須借助于 Stern 系數(shù) B 值。盡管 B 值一般認(rèn)為取值范圍在 18 mV~52 mV，但對(duì)于一個(gè)特定腐蝕體系，確定其 B 值仍然是一個(gè)困難之處，而且腐蝕過(guò)程中電極表面狀態(tài)的改變也會(huì)造成 B 的改變，導(dǎo)致計(jì)算出的腐蝕速率與真實(shí)值出現(xiàn)較大偏差。此外電化學(xué)測(cè)量反映的是瞬時(shí)腐蝕速率，而失重掛片反映的是一段時(shí)間的累計(jì)結(jié)果，或者說(shuō)是平均腐蝕速率，二者之間也有一定的差異；第三，無(wú)論是電化學(xué)探頭還是失重掛片，其應(yīng)力狀態(tài)、流體沖刷和熱負(fù)荷都與真實(shí)管道不一致，因此，三者之間的測(cè)量結(jié)果的等效性很難得到保證。這也是腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)之一。

    記者：目前腐蝕監(jiān)檢測(cè)的方面出現(xiàn)了哪些有效的方法和創(chuàng)新？請(qǐng)分享一下您印象深刻的案例？

    董教授： 當(dāng)前的腐蝕安全監(jiān)檢測(cè)分為無(wú)損檢測(cè)與腐蝕監(jiān)檢測(cè)兩個(gè)方面：

    其一，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，主要是在不損傷被測(cè)材料的情況下，檢查材料的內(nèi)在或表面缺陷，或測(cè)定材料的某些物理量如強(qiáng)度、殘余應(yīng)力和組織狀態(tài)等。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種非常有價(jià)值的技術(shù)，廣泛用于產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估、故障診斷和缺陷探傷等方面。其原理主要包括根據(jù)光、磁、聲、電等各種原理實(shí)現(xiàn)材料多種物理量的測(cè)量，包括超聲波測(cè)厚、X 射線探傷、漏磁檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)、激光全息檢測(cè)等等。由于超聲波測(cè)厚、X 射線或者漏磁檢測(cè)技術(shù)等對(duì)腐蝕減薄分辨率低（一般低于 0.1mm），無(wú)損檢測(cè)技術(shù)往往只適合對(duì)裝置的剩余厚度或強(qiáng)度、較大尺寸的裂紋或缺陷進(jìn)行定期檢測(cè)，其測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并不適用于快速腐蝕性評(píng)價(jià)。

    其二，腐蝕在線監(jiān)檢測(cè)技術(shù)，主要用于工藝過(guò)程控制，如通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)檢測(cè)流體介質(zhì)的腐蝕性，快速反饋到藥劑加注單元，調(diào)節(jié)緩蝕劑、殺菌劑或者阻垢劑的濃度，使設(shè)備的腐蝕速率保持在規(guī)定范圍內(nèi)，或者通過(guò)調(diào)整陰極保護(hù)電源的輸出電位來(lái)改變被保護(hù)裝置的電位分布，維持設(shè)備的最佳保護(hù)狀態(tài)。腐蝕在線監(jiān)檢測(cè)要求具有較高的實(shí)時(shí)性，對(duì)腐蝕變化的反應(yīng)速度快（反饋時(shí)間不超過(guò)1hr），測(cè)量結(jié)果能及時(shí)反饋到腐蝕控制單元實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。腐蝕在線監(jiān)檢測(cè)技術(shù)主要包括：1）精密電阻探針。2） 精密磁阻探針。3）電化學(xué)極化。4）氫通量監(jiān)檢測(cè)。5）電化學(xué)噪聲監(jiān)檢測(cè)。6）FSM 指紋電流監(jiān)檢測(cè)等等。

    電阻探針腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)（ER）

    電阻探針腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)測(cè)量金屬敏感元件（金屬絲或金屬薄片）腐蝕過(guò)程中，由于金屬絲或金屬薄片逐漸減薄所造成的微小電阻值的增加，來(lái)實(shí)現(xiàn)腐蝕速度的在線監(jiān)檢測(cè)。由于其測(cè)量原理是基于歐姆定律，因此適用于包括氣相、液相、固相和流動(dòng)顆粒等多種工作介質(zhì)，具有電化學(xué)極化技術(shù)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。

    高精度電阻探針依賴于精密電壓信號(hào)的測(cè)量（如電位分辨率至少要求1V），然而由于溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)對(duì)電阻探針敏感元件的影響，溫度波動(dòng)引起的微電壓信號(hào)變化甚至超過(guò)了腐蝕減薄造成的電阻增量。當(dāng)被監(jiān)檢測(cè)介質(zhì)的溫度波動(dòng)劇烈時(shí)，會(huì)導(dǎo)致減薄量測(cè)量精度急劇下降。當(dāng)前，大多數(shù)電阻探針監(jiān)檢測(cè)精度只有探頭敏感元件壽命的1/1000，當(dāng)敏感元件初始厚度為 0.5mm時(shí)，其最好分辨率為 0.5m，如果體系的腐蝕速率較低時(shí)（如 100um/a），則最少需要 2 天時(shí)間才能感知到腐蝕減薄量，這樣的反饋速率無(wú)法滿足快速過(guò)程控制的需要，因此必須研究提高電阻探針監(jiān)檢測(cè)精度的方法。當(dāng)前可通過(guò)控制電流的交流激勵(lì)，來(lái)降低探針內(nèi)部接觸電勢(shì)的干擾，此外采用自動(dòng)溫度補(bǔ)償技術(shù)，也可以部分消除接觸電勢(shì)差的影響，提高電阻探針的腐蝕減薄分辨率。

    電感探針腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)（MR）

    電感探針是最近十多年發(fā)展起來(lái)的腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù) , 它是通過(guò)檢測(cè)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)試鐵磁性金屬試樣的腐蝕減薄。電感探針是通過(guò)測(cè)量置于金屬/ 合金敏感元件周圍的線圈由于敏感元件腐蝕而引起的阻抗變化來(lái)測(cè)定腐蝕速率。由于具有很高的導(dǎo)磁性 , 敏感元件極大地強(qiáng)化了線圈周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度 , 反過(guò)來(lái)又顯著地增大了線圈的感抗。若采用與電阻探針?lè)ㄏ嗨频臏y(cè)量靈敏度來(lái)衡量 , 則電感探針的響應(yīng)時(shí)間可由電阻探針的幾天縮短至幾十分鐘 , 分辨率可提高 100 倍以上。因此 , 電感法是把線性極化法的快速響應(yīng)和電阻探針?lè)ǖ膹V泛適用性優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái) , 克服了它們各自的不足之處。然而MR技術(shù)也有其缺點(diǎn)，一是只適用于鐵磁性材料的測(cè)量，其次由于異種金屬材料的接觸電勢(shì)影響，環(huán)境溫度的快速改變?nèi)詴?huì)顯著降低其分辨率。此外，ER 與 MR 都容易受到探頭表面導(dǎo)電性腐蝕產(chǎn)物的影響（如導(dǎo)電性很強(qiáng)的 FeS 膜），導(dǎo)致較大的電阻或者電感測(cè)量誤差。

    電化學(xué)極化腐蝕監(jiān)檢測(cè)

    線性極化（LPR）是一種電化學(xué)方法，它通過(guò)對(duì)工作電極施加小幅度的線性變化或者恒定的極化電位，來(lái)計(jì)算極化電阻，最后按照 Stern-Geary 方程計(jì)算出電極材料的腐蝕速率。除了采用三角波或恒電位極化外，采用正弦波激勵(lì)的交流阻抗 （EIS） 測(cè)量極化電阻或介質(zhì)電阻更為方便。EIS 是將一個(gè)頻率穩(wěn)定的小幅正弦波疊加在一個(gè)直流電位上，通過(guò)恒電位電路施加到工作電極，同步記錄極化電位以及響應(yīng)電流的正弦波幅值和相位，通過(guò)與參考正弦波信號(hào)相乘的積分算法計(jì)算出被測(cè)電極的阻抗。由于施加的擾動(dòng)信號(hào)小，信號(hào)頻率穩(wěn)定，加上相關(guān)積分算法具有極高的抗諧波干擾和脈沖干擾能力，因而 EIS 的抗干擾能力和測(cè)量穩(wěn)定性要遠(yuǎn)高于 LPR，且測(cè)量過(guò)程中陰、陽(yáng)極化交替進(jìn)行不易在金屬界面造成明顯的擴(kuò)散控制，所以能更真實(shí)地反映實(shí)腐蝕狀態(tài)。

    電化學(xué)極化腐蝕監(jiān)檢測(cè)能快速地反映材料的全面腐蝕信息，其響應(yīng)時(shí)間一般不超過(guò) 10min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)要低于電阻探針與電感探針，然而電化學(xué)極化方法不能提供局部腐蝕的信息。也不能測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)（如氣相和有機(jī)相）中的材料腐蝕速率，此外，嚴(yán)重的油污包裹或腐蝕產(chǎn)物堆積所形成的假電阻或假電容可能會(huì)導(dǎo)致大的測(cè)量誤差。

    氫通量腐蝕監(jiān)檢測(cè)

    氫通量探針是通過(guò)測(cè)量腐蝕陰極反應(yīng)產(chǎn)生的原子氫穿過(guò)金屬壁的流量，來(lái)監(jiān)檢測(cè)金屬的腐蝕速度和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的危險(xiǎn)性。氫通量探針是一種非介入式腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法，無(wú)需將傳感器插入到管道或裝置中，在管道外壁就可以測(cè)量其內(nèi)壁腐蝕速率，避免了管道開(kāi)孔帶來(lái)的二次風(fēng)險(xiǎn)，尤其適用于高壓天然氣或高溫原油等高風(fēng)險(xiǎn)管線的腐蝕監(jiān)檢測(cè)。在酸性環(huán)境中，管線內(nèi)壁腐蝕還原產(chǎn)生的原子氫除一部分在金屬表面復(fù)合形成H 2 逸出，還有少部分原子氫傾向于向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，原子氫凝聚在位錯(cuò)或者晶界部位往往氫致開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，還有一部分原子氫向管道外壁擴(kuò)散，通過(guò)監(jiān)檢測(cè)這部分氫原子在管道外壁的氧化電流，就可以推測(cè)出管道內(nèi)壁的氫生成速率和腐蝕速率。目前有 3 種類型的氫探針：壓力型，真空型和電化學(xué)型，并已應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)檢測(cè)。其中壓力型和真空型氫探針只能測(cè)量一段時(shí)間的平均氫流量，需要定期泄壓或抽真空，所以難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)檢測(cè)。而電化學(xué)型氫探針可以連續(xù)在線監(jiān)檢測(cè)實(shí)際管道上的氫擴(kuò)散流量，而且靈敏度高、響應(yīng)速度快，更適合自動(dòng)監(jiān)檢測(cè)。

    影響氫探針監(jiān)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素眾多（諸如溫度、壁厚、安裝部位、進(jìn)入金屬的原子氫分?jǐn)?shù)等），造成氫通量與腐蝕速率的相關(guān)性存在較大的誤差，這也是阻礙氫探針在工業(yè)腐蝕監(jiān)檢測(cè)中推廣的一個(gè)主要障礙。此外，高溫（150 ～ 400℃）環(huán)境下的電化學(xué)氫探針腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的適用性差，由于高溫水性電解質(zhì)已呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，因而高溫下的電化學(xué)氫探針的可靠性顯著下降。為此需要研究新型的固體電解質(zhì)或離子液體型電解質(zhì)來(lái)提高電化學(xué)氫探針的高溫適應(yīng)性。

    FSM指紋電流腐蝕監(jiān)檢測(cè)

    電指紋法（Field signature method:FSM 是基于歐姆定律的一種方法，通過(guò)在管道外周布置多組電極，監(jiān)檢測(cè)在大電流激發(fā)下，管道表面電位及電流分布圖來(lái)判斷管道的腐蝕狀態(tài)。FSM 可將不同時(shí)刻的電位分布圖與腐蝕初始分布圖相比較，這些初始值代表了管道或部件的最初幾何形狀，當(dāng)腐蝕發(fā)生后，管道表面的電位圖形發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的解析，可計(jì)算出管壁厚度，并可對(duì)管內(nèi)壁缺陷進(jìn)行監(jiān)檢測(cè)和定位。與傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法 （ 探針?lè)?） 相比，F(xiàn)SM 在操作上沒(méi)有元件暴露在管內(nèi)高溫高壓環(huán)境中，沒(méi)有將雜物引入管道的危險(xiǎn)，不存在監(jiān)檢測(cè)部件損耗問(wèn)題，在進(jìn)行裝配或發(fā)生誤操作時(shí)沒(méi)有泄漏的危險(xiǎn)。FSM 可獲得全面腐蝕和局部腐蝕的信息，其精度可達(dá)到管壁的1/500。然而，F(xiàn)SM 腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法數(shù)據(jù)解析復(fù)雜，價(jià)格昂貴，此外導(dǎo)電性腐蝕產(chǎn)物 （ 如硫化物等 ） 的存在，也會(huì)能影響監(jiān)檢測(cè)結(jié)果，降低測(cè)量精度。改進(jìn) FSM 測(cè)量精度的研究應(yīng)著重在電位圖的解析方法，以及校正導(dǎo)電性腐蝕產(chǎn)物對(duì)電位分布圖的畸變效應(yīng)等方面。

    總之，腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，作為反饋量特別適用于過(guò)程控制，如緩蝕劑、殺菌劑或其他水處理藥劑的自動(dòng)加注，但不能直接檢測(cè)出管道的缺陷大小與位置。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則可以檢測(cè)出缺陷大小和位置，用于評(píng)價(jià)管道的安全風(fēng)險(xiǎn)。但其響應(yīng)速度慢，測(cè)量精度低，不適用于過(guò)程控制。要保障管道裝置的運(yùn)行安全，二者必須相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成一道保障裝置安全運(yùn)行的屏障。

    多年的現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)工作中，我印象較深刻的案例是，油氣地面與井下管柱腐蝕監(jiān)檢測(cè)與緩蝕劑智能加注管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)器，可以實(shí)時(shí)查看到現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)檢測(cè)點(diǎn)的腐蝕速率，并由服務(wù)器后臺(tái)運(yùn)行的 PID 反饋算法，自動(dòng)計(jì)算出緩蝕劑的加注濃度，并將加注指令發(fā)送到加藥間的接收器，進(jìn)而調(diào)節(jié)加藥泵的泵速，達(dá)到根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕速率變化自動(dòng)調(diào)整藥劑濃度的目的。這不僅降低了油氣腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，而且節(jié)約了藥劑消耗，節(jié)省了業(yè)主的運(yùn)行成本。

    記者：您多年從事電化學(xué)分析儀器、電化學(xué)傳感器、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕檢測(cè)設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)，請(qǐng)您介紹一下您研發(fā)哪些的腐蝕檢測(cè)設(shè)備，具有怎樣的特性，對(duì)企業(yè)腐蝕監(jiān)檢測(cè)具有什么樣的作用？

    董教授： 我們課題組主要從事電化學(xué)測(cè)試以及腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)研究，包括電化學(xué)工作站 （ 恒電位 / 恒電流儀 ），腐蝕監(jiān)檢測(cè)檢測(cè)設(shè)備和傳感器，以及基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式腐蝕監(jiān)檢測(cè)與控制。當(dāng)前的重點(diǎn)為電化學(xué)阻抗腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的工程化，如用于油氣田集輸管道、鋼筋混凝土、涂層老化，以及薄液膜下大氣腐蝕等領(lǐng)域的在線監(jiān)檢測(cè)。這些技術(shù)大都基于 32 位單片機(jī)研制 , 可以實(shí)現(xiàn)從 1MHz 到 0.1mHz 的頻率掃描，具有超低功耗、高可靠性和高靈敏度的特點(diǎn)，特別適合于石油石化以及交通設(shè)施等領(lǐng)域的腐蝕在線監(jiān)檢測(cè)。

    圖 1~ 圖 3 分別反映了某陸上油田、海上風(fēng)電平臺(tái)和大型變電站接地網(wǎng)實(shí)施在線腐蝕監(jiān)檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例與現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程。這些腐蝕監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)大都采用太陽(yáng)能電池供電，和 GPRS 進(jìn)行無(wú)線通信，適合于野外無(wú)電環(huán)境中的長(zhǎng)期腐蝕監(jiān)控。

    此外在精密電阻與電感探針腐蝕監(jiān)檢測(cè)方面也做了一些研究工作，如采用我們的專利技術(shù)降低了溫變效應(yīng)和接觸電勢(shì)的影響，提高電阻探針的靈敏度和穩(wěn)定性等。并已大量應(yīng)用于天然氣管道、輸油管道甚至精密電子裝備的腐蝕監(jiān)檢測(cè)。我們研制的一種薄膜型電阻探針，其分辨率可以達(dá)到0.5nm的減薄分辨率，可以監(jiān)檢測(cè)到極其微弱的大氣腐蝕，在海上風(fēng)電升壓站和大型計(jì)算機(jī)機(jī)房工程的空氣質(zhì)量管理上得到了應(yīng)用，保證高壓電氣和精密電子設(shè)備的安全。

    其三，針對(duì)局部腐蝕監(jiān)檢測(cè)，我們?cè)诟呔入娀瘜W(xué)噪聲測(cè)量以及數(shù)據(jù)解析方面也做了一些工作，所設(shè)計(jì)的噪聲監(jiān)檢測(cè)裝置可通過(guò)高阻電壓跟隨器和零阻電流計(jì)快速記錄局部腐蝕過(guò)程中的 V 級(jí)電位與 pA 級(jí)電流發(fā)射。軟件除可以進(jìn)行噪聲信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析外，還內(nèi)置有傅里葉變換（FFT），功率譜分析（PSD）和譜噪聲電阻計(jì)算等，適用于電化學(xué)噪聲信號(hào)的精細(xì)分析以及局部腐蝕指數(shù)計(jì)算等。

    其四，針對(duì)油氣管道中微生物膜、沉積物或者涂層下的局部腐蝕，我們研制了陣列電極掃描裝置。通過(guò)自動(dòng)掃描涂層、混凝土、沉積物或生物膜下陣列電極的腐蝕電位、自耦合電流與阻抗分布，來(lái)評(píng)估沉積物下的局部腐蝕行為。我們與江蘇油田合作，將陣列電極探頭安裝到集輸管道中，用于監(jiān)檢測(cè) SRB 生物膜在陣列電極表面生長(zhǎng)導(dǎo)致的局部腐蝕發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，為微生物腐蝕的最佳防護(hù)工藝提供現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估手段。

    記者：工業(yè)企業(yè)的安全性舉足輕重，請(qǐng)您談?wù)勗诟g監(jiān)檢測(cè)對(duì)工業(yè)企業(yè)安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究的觀點(diǎn)。

    董教授： 腐蝕監(jiān)檢測(cè)對(duì)于工業(yè)裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。如煉化企業(yè)，通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)檢測(cè)總體和局部腐蝕（總體腐蝕速率和點(diǎn)蝕指數(shù)），對(duì)于腐蝕工程師分析腐蝕機(jī)理、評(píng)價(jià)緩蝕劑效果、積累材料選擇、腐蝕狀況和緩蝕劑效果等數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)具有重要的指導(dǎo)作用。此外自動(dòng)化的腐蝕監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)管理人員分析過(guò)程工藝參數(shù)變化、改善產(chǎn)品質(zhì)量、預(yù)測(cè)維修費(fèi)用、降低資產(chǎn)更新頻率、延長(zhǎng)資產(chǎn)壽命（選擇性檢修，而非計(jì)劃性大修）也有極大的參考價(jià)值。

    對(duì)于油氣上游企業(yè)，CO 2 驅(qū)三次采油技術(shù)的推廣造成了井下腐蝕環(huán)境的惡化，通過(guò)在深井油套管中布置電阻或者電化學(xué)監(jiān)檢測(cè)傳感器，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)檢測(cè)井下腐蝕速率、腐蝕電位和溫度等參數(shù)。通過(guò)數(shù)據(jù)回放，可顯示各參數(shù)在不同井深的變化趨勢(shì)，以及緩蝕劑隨井深和井溫變化的緩蝕效率。業(yè)主可以根據(jù)井下實(shí)時(shí)腐蝕監(jiān)檢測(cè)結(jié)果對(duì)井下緩蝕劑加注工藝進(jìn)行應(yīng)用評(píng)價(jià)，優(yōu)化井下防腐蝕工藝。

    總之，企業(yè)通過(guò)建立完善的腐蝕監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅可提高腐蝕監(jiān)控的自動(dòng)化水平，提升生產(chǎn)效率，還可每年為企業(yè)節(jié)省大量的腐蝕成本，降低重大事故的發(fā)生幾率。此外，完善的腐蝕監(jiān)控還可以減少泄漏造成的環(huán)境污染，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

    記者：請(qǐng)您談一下對(duì)國(guó)內(nèi)腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的未來(lái)展望，以及在國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)防腐方面存在的問(wèn)題，談?wù)勀慕ㄗh和看法。

    董教授： 隨著我國(guó)核電、石油化工、海洋裝備以及跨海橋隧等基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，以及“一帶一路”戰(zhàn)略的輻射作用，對(duì)于設(shè)備完整性、可用性和耐久性要求越來(lái)越高，如港珠澳大橋就要求服役年限達(dá)到 120 年。但如何保證工業(yè)裝備和基礎(chǔ)設(shè)施的全壽命期運(yùn)行安全，顯然腐蝕與安全監(jiān)檢測(cè)是不可或缺的。這為腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。

    我認(rèn)為，腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展可朝以下幾個(gè)方面努力：

    一、積極開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)研究，除了利用電化學(xué)方法監(jiān)檢測(cè)腐蝕速率外，還要發(fā)展新型腐蝕傳感器，保證腐蝕監(jiān)檢測(cè)數(shù)據(jù)與裝置的腐蝕狀態(tài)具有一致性。

    二、積極開(kāi)展局部腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，使腐蝕監(jiān)檢測(cè)結(jié)果能夠較好地反映孔蝕、縫隙腐蝕甚至應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性，并對(duì)局部腐蝕發(fā)生和發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行預(yù)判。

    三、基于物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，腐蝕傳感、故障診斷與腐蝕控制也需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化，形成自動(dòng)化通過(guò)集成專家系統(tǒng)或預(yù)測(cè)工具，使用戶能實(shí)時(shí)了解并預(yù)測(cè)腐蝕發(fā)生和發(fā)展趨勢(shì)，一旦出現(xiàn)異常能及時(shí)報(bào)警并可在遠(yuǎn)程進(jìn)行指揮調(diào)度，如圖 4 所示。腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)也可集成到第三方管理軟件平臺(tái)（ERP、CRM、SCM 等），為管理層從管理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)角度全方位掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)提供依據(jù)。

    后記：

    我國(guó)在腐蝕監(jiān)檢測(cè)領(lǐng)域，仍然缺乏具有鮮明自主創(chuàng)新特點(diǎn)的技術(shù)和軟硬件設(shè)備。例如許多高端的監(jiān)檢測(cè)設(shè)備，包括脈沖渦流探傷、手持式 x 射線探傷儀、聲發(fā)射檢測(cè)、柔性超聲波缺陷檢測(cè)等大量的腐蝕監(jiān)檢測(cè)設(shè)備仍然依賴進(jìn)口。由于國(guó)內(nèi)腐蝕監(jiān)檢測(cè)企業(yè)起步較晚，與國(guó)外同行有一些差距，但從增強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新能力出發(fā)，我們國(guó)家應(yīng)從戰(zhàn)略高度出發(fā)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)高校和企業(yè)加強(qiáng)本領(lǐng)域的原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。逐步在高端電化學(xué)測(cè)試設(shè)備、腐蝕監(jiān)檢測(cè)設(shè)備以及監(jiān)檢測(cè)自動(dòng)化領(lǐng)域形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)和規(guī)模化產(chǎn)業(yè)。

    ●  人物簡(jiǎn)介

    董澤華，博士，博士生導(dǎo)師，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授，材料與環(huán)境化學(xué)研究所所長(zhǎng)。1994 年畢業(yè)于華中理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，后留校任教。2001 年在華中科技大學(xué)獲金屬材料學(xué)博士學(xué)位，2002 ～ 2003 年在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心作訪問(wèn)學(xué)者，師從 R.C.Newman 教授從事核電材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂過(guò)程電化學(xué)噪聲研究。現(xiàn)為中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，腐蝕電化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員，緩蝕劑專業(yè)委員會(huì)委員 , 美國(guó) NACE 會(huì)員 , 湖北省彩虹學(xué)者。長(zhǎng)期從事油田腐蝕與防護(hù)、腐蝕電化學(xué)、電化學(xué)科學(xué)儀器以及現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)方法等領(lǐng)域的研究，致力于促進(jìn)電化學(xué)與腐蝕監(jiān)檢測(cè)科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)換，并形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模。主持或參與國(guó)家自然科學(xué)基金 4 項(xiàng)，863 項(xiàng)目一項(xiàng)，國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目 2 項(xiàng)。企業(yè)合作科研項(xiàng)目 30 余項(xiàng)。發(fā)表研究論文 80 多篇，SCI 收錄 30 多篇，獲得發(fā)明專利 6 項(xiàng)。

    研究領(lǐng)域：1）腐蝕電化學(xué)及監(jiān)檢測(cè)理論與方法研究，點(diǎn)蝕及亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕動(dòng)力學(xué)研究；2）油氣田腐蝕與防護(hù)、混凝土腐蝕與防護(hù)及安全評(píng)估；3）電化學(xué)分析儀器、電化學(xué)傳感器、現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)設(shè)備研發(fā)，腐蝕監(jiān)檢測(cè)自動(dòng)化。4）超級(jí)電容器儲(chǔ)能材料的電化學(xué)合成及表征。