基于對腐蝕所造成的危害及損失的分析,侯保榮科研團隊認為:如果防護措施到位,至少每年可以避免25%~30%的損失,也就是說每年至少可以減少損失1300億元。
海洋環境是一個特定的極為復雜的腐蝕環境。多年來,中國工程院院士、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮帶領科研團隊,瞄準海洋開發過程中涉及的腐蝕現象,以減少腐蝕破壞所造成損失為目標,為國民經濟建設作出了重要貢獻。
腐蝕是經濟問題
侯保榮指出:“腐蝕問題首先是一個經濟問題。”腐蝕是一種悄悄進行的破壞,但它的破壞力比地震、火災、水災、臺風等自然災害所造成的損失更為嚴重。
世界各國對腐蝕工作都非常重視。據統計,每年因腐蝕所造成的經濟損失約占國民經濟生產總值的2%~4%。1969年英國因腐蝕而造成的損失為13.65億英磅;美國2001年的腐蝕直接損失為國民生產總值的3.1%,約合2760億美元。這一調查結果當時震驚了全世界。
我國在能源、交通、建筑、機械、化工、基礎建設、水利和軍事設施等典型的行業和企業,每年由于腐蝕所造成的損失可達5000億元以上,約占GDP的5%。腐蝕所造成的經濟損失除直接損失外還包括停工停產、設備維修、產品降級、效率降低等一系列間接損失。
“與此相比,海洋腐蝕尤為嚴重。”侯保榮說。我國有18000公里的大陸海岸線,有相當于我國陸地國土面積1/3的海洋區域。海洋的開發利用在國民經濟中占的比重越來越大。
統計數據顯示,目前已有100余座開采石油的鋼樁平臺屹立在海上,同時大量船舶及海底輸油管線為海上開采石油服務。已經探明的中國海上石油資源量占全國石油總產量的1/4,僅渤海油田目前探明的總儲量就超過45億噸。
我國在未來5年內,將投資500多億元在渤海建設50個采油平臺、1100口生產井。侯保榮表示,由于鋼鐵材料韌性大、強度高、價格便宜,目前這些構筑物大多用鋼鐵材料所制成,其嚴重腐蝕性必然直接威脅著這些鋼鐵設施的安全,并將造成嚴重的經濟損失,是一個必須十分重視的研究課題。
新型海洋防腐技術
海洋環境腐蝕與防護主要是研究鋼鐵材料在海洋環境中發生的一系列化學和電化學反應而劣化的自然現象,其目的就是有效地防止腐蝕,降低腐蝕損失,提高鋼鐵設施的使用效能。
基于對腐蝕所造成的危害及損失的分析,侯保榮科研團隊將研究目標鎖定在海洋環境腐蝕與防護研究上,并取得了一系列研究成果。他們認為:如果防護措施到位,至少每年可以避免25%~30%的損失,也就是說每年至少可以減少損失1300億元。
侯保榮就海洋腐蝕環境給出了解釋,其縱向可分為海洋大氣區、浪花飛濺區、潮差區、海水全浸區、海底沉積物區五個不同腐蝕區帶,貫穿這些腐蝕區帶的海上鋼鐵構造物在不同的腐蝕區帶具有不同的腐蝕特征,不同鋼材在不同海洋環境中的腐蝕規律不同,即使是同一種材料在海洋不同區帶的腐蝕也存在著較大差異。
研究海水—海氣界面交換區和海水—海泥交換界面區的腐蝕行為、腐蝕過程、銹層在腐蝕中的作用、金屬元素的影響等對研究金屬腐蝕與海洋環境的相關性有著重要的意義。
侯保榮科研團隊結合海洋工程實踐得出在海上各種區域環境條件下的金屬與有機復合覆蓋層的最佳方案,并廣泛應用于海上工程,為海洋鋼鐵設施防護開辟了一條新路徑。
侯保榮指出:“我們的技術綜合了有機涂層和陰極保護兩種防腐措施的優點,大大延長了海洋鋼鐵構造物的服役壽命,是一種新型的海洋防腐技術,研究總體上達到了國際先進水平。”
延長海洋鋼鐵壽命
“犧牲陽極可以非常有效地防止處于海水中的鋼鐵構筑物(如船舶、浮標、鋼樁碼頭、石油平臺)遭受腐蝕。”侯保榮說,“犧牲陽極具有使用簡單,不需要外界電源及設備,不需要日常的管理和經常性的維護等優點,已越來越多廣泛地被采用。”
侯保榮還指出,以前我國船舶上主要采用鋅陽極,近年來國內也相繼開發了鋁陽極。與鋅陽極相比,鋁陽極具有重量輕、單位重量放電量大(約為鋅的3倍)、陽極電位負、資源豐富、價格便宜等優點,因此用鋁陽極取代鋅陽極,具有很大的經濟效益。
自1975年以來,侯保榮科研團隊開展了鋁陽極的研究工作,曾研制了Al(鋁)-Zn(鋅)-In(銦)-Cd(鎘)系陽極。考慮到Cd的毒性及對環境造成污染的問題,又進行了不含Cd的其他新型陽極的研究。
侯保榮科研團隊研制的“PM-1型和PM-2型腐蝕狀態自動跟蹤掃描系統”,為陰極保護的參數設計提供了重要的依據,作為一種新型的海洋腐蝕監測技術,已被廣泛地應用在船舶、浮標、鋼樁碼頭、石油平臺的腐蝕防護。
目前,該系統已在勝利油田CB11B平臺井組和CB251B井組現場應用,并正在向該海域其他平臺推廣。
針對沿海城市許多工廠的熱交換器大多采用海水冷卻,冷凝塔腐蝕嚴重的現狀,侯保榮在國內首次采用了犧牲陽極和犧牲陰極保護技術對海上浮標、鋼浮筏、海水管道進行了成功的保護,并對犧牲陽極輸出電流公式進行了修正。外加電流混合陰極保護技術,使保護率達90%以上,大大延長了冷凝塔的服役壽命。
隨著海洋經濟的飛速發展,我國渤海、黃海、南海及勝利油田先后建造了大量的石油、天然氣開發平臺,渤海在未來5年內原油產量將突破2000萬噸。這些平臺,大部分是用鋼鐵作為主要材料制作的。
侯保榮指出,海上石油、油氣田等的石油平臺、輸送管線等海洋鋼鐵設施的腐蝕及其檢測問題已經成為科學界和石油界關注的熱點。
為了解決我國海洋石油開發中的腐蝕問題,他們應中國海洋石油總公司湛江分公司、勝利石油管理局等單位對海上石油開發區內的各種作業平臺和海底管線進行腐蝕監測的要求,把爭取為企業解決更多的生產難題作為首要任務,將處于科技發展前沿的信息技術與腐蝕工程控制技術有機地融合起來。
這些科研成果的應用,為我國海洋工程結構的合理選材和設計提供了科學依據,延長了海洋鋼鐵構造物的使用壽命,取得了顯著的經濟效益和社會效益。
責任編輯:張春穎
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