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卷首語 | 立防腐界的定海神針

2021-11-01 10:08:42 作者：侯保榮來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

中共十九大報告提出，要加快建設海洋強國，與十八大報告相比，多了“加快”二字。明確要求的“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”也為建設海洋強國再一次吹響了號角。我國擁有 300 多萬平方公里的藍色國土，1.8 萬公里的大陸海岸線，藍色正逐漸滲入中國經濟的底色，中國經濟形態呈現出前所未有的“依海”特征，海洋已成為新的經濟增長點。

伴隨著全球對海洋的開發不斷向深度和廣度擴展，深海之爭歸根結底為資源之爭。深海鉆采平臺、深海運載潛艇、深海管線、超大型海洋浮式結構、深海航行器等工程設備有望發展成為我國未來的新興戰略型支柱產業，比如 2014年失事航班 MH 370 的黑匣子搜索工作中，深海航行器就發揮了重要作用，但它們在深海特殊環境中的腐蝕狀況不同于淺海，深海苛刻的環境對材料的腐蝕防護提出了更高要求，因此深海領域的發展非常依賴于材料科技的突破，特別是專門用于深海探測等尖端產業的材料。工欲善其事必先利其器，高性能深海工程材料是發展深海工程裝備的基礎和先導。

除卻海洋裝備，近年來，伴隨著裝備制造業的發展，建筑運輸機械產業、航空航天工業、原子能工業、能源化工產業、高新武器工業等不斷創新升級，其裝備長期服役在復雜、惡劣的環境中，腐蝕成為阻礙裝備安全運轉不可忽視的因素，既要延長使用周期，保證結構耐久性，同時還要實現節能環保、高性能和功能化的全方位目標，對腐蝕防護提出了更高要求，也是對綜合國力和科技實力的考驗。

強大的制造業是國家走向強盛之路的堅實手杖，高質量的裝備就是手杖頂端閃亮的寶石，決不能讓腐蝕給國家之利器蒙上塵埃。在裝備“制造”向“智造”轉型升級的智能化時代，如果把數字化比作推進智能制造的“心臟”，那防腐工程就是捍衛整體健康的“皮膚”，只有保證每一顆螺絲都光潔如新，每一臺機床都高效運轉，每一處碼頭都井然有序，每一趟列車都平穩運行，才能一步一個腳印的奔跑在前進的路上，早日實現與機器人共舞的智能中國夢。

既然腐蝕是繞不開的問題，就要認識和了解腐蝕問題。

腐蝕到底是如何悄無聲息的潛入我們身邊的呢？當金屬與環境中的水分和氣體發生物理、化學反應，導致其表面發生物理溶解或內部發生氧化還原反應，化工行業還常見酸、堿等強氧化性物質，鋼鐵材料在潮濕環境中工作，易發生原電池反應生成電解質，短時間內就會被腐蝕。

一旦儀器儀表的微小部件被破壞，整個設備的精確度便難以保障，差之毫厘謬以千里，嚴謹的科研事業容不得一絲誤差；一顆小小的螺絲、螺帽的銹蝕，近則導致身邊的汽車鐵路停運，遠則可能導致衛星發射系統故障；一處螺栓、法蘭的腐壞，可能引起塔筒橋梁的垮塌，引發巨大的安全隱患甚至事故損失。當大型裝備的工作壽命被腐蝕大大縮短，加之維修費用昂貴，失效后還會對環境造成二次污染，可見腐蝕是安全問題，也是生態文明問題。中國工程院重大咨詢項目成果匯編的《中國腐蝕成本》中報告，2014 年我國的腐蝕成本為 2.1 萬億元人民幣，占當年 GDP 的 3.34%，相當于平均每人需要承擔約 1555 元的腐蝕成本。因此急需采取必要的防腐手段，給我國各大型裝備保駕護航、延年益壽。

以海洋環境為例，可以分為海洋大氣區、浪花飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區五個不同的腐蝕區帶。鋼鐵結構在海洋大氣與內陸大氣中有著明顯的不同。

海洋大氣濕度大、鹽分多，鹽分積存鋼鐵表面與水膜形成導電良好的液膜電解質，是電化學腐蝕的有利條件，加深了腐蝕程度。我國許多海港附近的運輸管道、石油儲罐、橋梁拉鎖等長期處于嚴酷環境中，高濕氣候與鹽霧氣氛破壞涂層，加快了其老化失效的過程。

浪花飛濺區是指海水的飛沫能夠噴灑到其表面，但在海水漲潮時又不能被海水所浸沒的部位，因為受到海水的周期性潤濕，經常處于干濕交替狀態，且氧供應充分，浪花的沖擊又有力地破壞鋼材的保護膜，加上陽光、風吹和海水環境的協同作用，成為海洋腐蝕最為嚴重的區域。海港碼頭和海上風電裝備等海洋構筑物的鋼樁面臨著嚴重的腐蝕威脅，更甚者有坍塌的風險隱患。

從高潮位到低潮位的區域稱為潮差區。在潮差區的鋼鐵表面經常接觸飽和了空氣的海水。由于潮流的原因，在冬季有流冰的往復運動，鋼鐵設施會受到浮冰的撞擊。

全浸區長期浸泡在海水中，比如導管架平臺的中下部位。鋼鐵的腐蝕會受到溶解氧、流速、鹽度、污染和海生物等因素的影響，由于鋼鐵在海水中的腐蝕反應受氧的還原反應所控制，所以溶解氧對鋼鐵腐蝕起著主導作用。

海泥區位于全浸區以下，主要由海底沉積物構成，既有土壤的腐蝕特點，又有海水的腐蝕行為。海泥區含鹽度，電阻率低，但是供氧不足，所以一般的鈍性金屬的鈍化膜是不穩定的。海泥中含有的硫酸鹽還原菌，會在缺氧環境下生長繁殖，海底沉積物的物理性質、化學性質和生物性質隨海域和海水深度而異，都會對鋼材造成比較嚴重的腐蝕。

目前，我國已有 300 多個海洋油氣平臺、27座跨海大橋屹立在海上，同時建設了大量的海港碼頭和海上風電裝備等海洋建構筑物。既然腐蝕問題是客觀存在的，就要尋求有效措施解決好腐蝕問題。

研究表明，越早開展腐蝕防護，防腐蝕成本越低。美國學者 Sitter 曾用“五倍定律”來形象地描述鋼筋混凝土設施維護的重要性，他指出，在設計階段對鋼筋防護方面減少了 1 美元，那就意味著，當發現鋼筋銹蝕時采取補救措施將需要追加維修費 5 美元，而在混凝土表面出現順筋開裂時再采取措施將追加維修費 25 美元，當結構嚴重破壞時采取措施將追加維修費 125 美元。可見腐蝕是棘手的經濟和國計民生問題。因此，應在鋼鐵設施修建初期就進行“主動防腐”，有目的、有地針性地對于海洋環境中的防護短板進行“科學防腐”，采用環保技術“綠色防腐”，達到“長效防腐”的目的，通過較少的費用，獲得長久的經濟效益。

目前主要防護方法包括涂料、加厚鋼板、陰極保護、耐海水鋼以及不銹鋼玻璃鋼包覆等，對待不同區域的腐蝕問題要提出因地制宜的解決方案，但各方法仍存在亟待填補的保護漏洞。如用于大氣區的涂料往往防護壽命較短，對于已建設施的修復十分困難；加厚鋼板的焊縫腐蝕與點蝕現象嚴重，且會大大增加結構物的載重，大多數已被其他方法代替；陰極保護多用于海水全浸區及部分潮差區，而在浪花飛濺區則沒有防護效果；不銹鋼包覆方法對材料的耐蝕性要求較高，且焊接處極易發生焊縫腐蝕，同時較高的成本也讓多數項目望塵莫及。針對大氣區鋼結構腐蝕防護的短板，國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心開發的“氧化聚合型包覆防腐蝕技術（OTC）”

可以很好地解決以上難題，通過防蝕膏、防蝕帶及外防護劑組成的三層配套體系，與螺栓、法蘭等形狀不規則的異型節點緊密貼合，隔離腐蝕性因子。而其另一項針對潮濕環境的“復層礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）”可帶銹帶水施工，礦脂防蝕膏的緩蝕成分，能夠有效的阻止腐蝕性介質對鋼結構的侵蝕，密封緩沖層和保護罩的整體性能，能夠隔絕海水，抵御機械損傷對鋼結構的破壞。只有保證海陸工程裝備在濕熱、陰冷、暴曬下正常運轉，解決迫在眉睫的科學問題，打造安全耐久、光潔如新的“中國好材料”，才能以“中國速度”平穩邁向“中國制造”的平臺，打造“中國智造”的品牌。

隨著建設海洋強國和“一帶一路”倡議的提出，建立強大的制造裝備已經上升到國家戰略的高度，海洋平臺和鐵路航空等重大工程惠及千秋萬代，如何實現百年大計的目標還需在實踐中探索。只有保證每一顆螺絲、每一道焊縫、每一棟鋼樁都堅實可靠，國家平臺才能扎穩腳跟，國家品牌才能在經濟全球化的今天推廣。腐蝕面前，我們不但是命運共同體，也是責任共同體、利益共同體。因此要有一顆同腐蝕抗戰到底的雄心和決心，懷著無限熱忱和敬業精神，給裝備器械套上“金鐘罩”、披上“鐵布衫”，使它們在大風大浪面前成為屹立不倒的“定海神針”。

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