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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(hù)之友》分享至：

中共十九大報(bào)告提出，要加快建設(shè)海洋強(qiáng)國，與十八大報(bào)告相比，多了“加快”二字。明確要求的“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”也為建設(shè)海洋強(qiáng)國再一次吹響了號角。我國擁有 300 多萬平方公里的藍(lán)色國土，1.8 萬公里的大陸海岸線，藍(lán)色正逐漸滲入中國經(jīng)濟(jì)的底色，中國經(jīng)濟(jì)形態(tài)呈現(xiàn)出前所未有的“依海”特征，海洋已成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

伴隨著全球?qū)Ｑ蟮拈_發(fā)不斷向深度和廣度擴(kuò)展，深海之爭歸根結(jié)底為資源之爭。深海鉆采平臺、深海運(yùn)載潛艇、深海管線、超大型海洋浮式結(jié)構(gòu)、深海航行器等工程設(shè)備有望發(fā)展成為我國未來的新興戰(zhàn)略型支柱產(chǎn)業(yè)，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(fā)揮了重要作用，但它們在深海特殊環(huán)境中的腐蝕狀況不同于淺海，深海苛刻的環(huán)境對材料的腐蝕防護(hù)提出了更高要求，因此深海領(lǐng)域的發(fā)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(chǎn)業(yè)的材料。工欲善其事必先利其器，高性能深海工程材料是發(fā)展深海工程裝備的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。

除卻海洋裝備，近年來，伴隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，建筑運(yùn)輸機(jī)械產(chǎn)業(yè)、航空航天工業(yè)、原子能工業(yè)、能源化工產(chǎn)業(yè)、高新武器工業(yè)等不斷創(chuàng)新升級，其裝備長期服役在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境中，腐蝕成為阻礙裝備安全運(yùn)轉(zhuǎn)不可忽視的因素，既要延長使用周期，保證結(jié)構(gòu)耐久性，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、高性能和功能化的全方位目標(biāo)，對腐蝕防護(hù)提出了更高要求，也是對綜合國力和科技實(shí)力的考驗(yàn)。

強(qiáng)大的制造業(yè)是國家走向強(qiáng)盛之路的堅(jiān)實(shí)手杖，高質(zhì)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(zhuǎn)型升級的智能化時(shí)代，如果把數(shù)字化比作推進(jìn)智能制造的“心臟”，那防腐工程就是捍衛(wèi)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(jī)床都高效運(yùn)轉(zhuǎn)，每一處碼頭都井然有序，每一趟列車都平穩(wěn)運(yùn)行，才能一步一個(gè)腳印的奔跑在前進(jìn)的路上，早日實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人共舞的智能中國夢。

既然腐蝕是繞不開的問題，就要認(rèn)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(dāng)金屬與環(huán)境中的水分和氣體發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其表面發(fā)生物理溶解或內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，化工行業(yè)還常見酸、堿等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，鋼鐵材料在潮濕環(huán)境中工作，易發(fā)生原電池反應(yīng)生成電解質(zhì)，短時(shí)間內(nèi)就會被腐蝕。

一旦儀器儀表的微小部件被破壞，整個(gè)設(shè)備的精確度便難以保障，差之毫厘謬以千里，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲惺聵I(yè)容不得一絲誤差；一顆小小的螺絲、螺帽的銹蝕，近則導(dǎo)致身邊的汽車鐵路停運(yùn)，遠(yuǎn)則可能導(dǎo)致衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)故障；一處螺栓、法蘭的腐壞，可能引起塔筒橋梁的垮塌，引發(fā)巨大的安全隱患甚至事故損失。當(dāng)大型裝備的工作壽命被腐蝕大大縮短，加之維修費(fèi)用昂貴，失效后還會對環(huán)境造成二次污染，可見腐蝕是安全問題，也是生態(tài)文明問題。中國工程院重大咨詢項(xiàng)目成果匯編的《中國腐蝕成本》中報(bào)告，2014 年我國的腐蝕成本為 2.1 萬億元人民幣，占當(dāng)年 GDP 的 3.34%，相當(dāng)于平均每人需要承擔(dān)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(hù)航、延年益壽。

以海洋環(huán)境為例，可以分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)五個(gè)不同的腐蝕區(qū)帶。鋼鐵結(jié)構(gòu)在海洋大氣與內(nèi)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(dǎo)電良好的液膜電解質(zhì)，是電化學(xué)腐蝕的有利條件，加深了腐蝕程度。我國許多海港附近的運(yùn)輸管道、石油儲罐、橋梁拉鎖等長期處于嚴(yán)酷環(huán)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(qū)是指海水的飛沫能夠噴灑到其表面，但在海水漲潮時(shí)又不能被海水所浸沒的部位，因?yàn)槭艿胶Ｋ闹芷谛詽櫇瘢?jīng)常處于干濕交替狀態(tài)，且氧供應(yīng)充分，浪花的沖擊又有力地破壞鋼材的保護(hù)膜，加上陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境的協(xié)同作用，成為海洋腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域。海港碼頭和海上風(fēng)電裝備等海洋構(gòu)筑物的鋼樁面臨著嚴(yán)重的腐蝕威脅，更甚者有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

從高潮位到低潮位的區(qū)域稱為潮差區(qū)。在潮差區(qū)的鋼鐵表面經(jīng)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(fù)運(yùn)動，鋼鐵設(shè)施會受到浮冰的撞擊。

全浸區(qū)長期浸泡在海水中，比如導(dǎo)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(yīng)受氧的還原反應(yīng)所控制，所以溶解氧對鋼鐵腐蝕起著主導(dǎo)作用。

海泥區(qū)位于全浸區(qū)以下，主要由海底沉積物構(gòu)成，既有土壤的腐蝕特點(diǎn)，又有海水的腐蝕行為。海泥區(qū)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(wěn)定的。海泥中含有的硫酸鹽還原菌，會在缺氧環(huán)境下生長繁殖，海底沉積物的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)隨海域和海水深度而異，都會對鋼材造成比較嚴(yán)重的腐蝕。

目前，我國已有 300 多個(gè)海洋油氣平臺、27座跨海大橋屹立在海上，同時(shí)建設(shè)了大量的海港碼頭和海上風(fēng)電裝備等海洋建構(gòu)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(hù)，防腐蝕成本越低。美國學(xué)者 Sitter 曾用“五倍定律”來形象地描述鋼筋混凝土設(shè)施維護(hù)的重要性，他指出，在設(shè)計(jì)階段對鋼筋防護(hù)方面減少了 1 美元，那就意味著，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取補(bǔ)救措施將需要追加維修費(fèi) 5 美元，而在混凝土表面出現(xiàn)順筋開裂時(shí)再采取措施將追加維修費(fèi) 25 美元，當(dāng)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞時(shí)采取措施將追加維修費(fèi) 125 美元。可見腐蝕是棘手的經(jīng)濟(jì)和國計(jì)民生問題。因此，應(yīng)在鋼鐵設(shè)施修建初期就進(jìn)行“主動防腐”，有目的、有地針性地對于海洋環(huán)境中的防護(hù)短板進(jìn)行“科學(xué)防腐”，采用環(huán)保技術(shù)“綠色防腐”，達(dá)到“長效防腐”的目的，通過較少的費(fèi)用，獲得長久的經(jīng)濟(jì)效益。

目前主要防護(hù)方法包括涂料、加厚鋼板、陰極保護(hù)、耐海水鋼以及不銹鋼玻璃鋼包覆等，對待不同區(qū)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(bǔ)的保護(hù)漏洞。如用于大氣區(qū)的涂料往往防護(hù)壽命較短，對于已建設(shè)施的修復(fù)十分困難；加厚鋼板的焊縫腐蝕與點(diǎn)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，且會大大增加結(jié)構(gòu)物的載重，大多數(shù)已被其他方法代替；陰極保護(hù)多用于海水全浸區(qū)及部分潮差區(qū)，而在浪花飛濺區(qū)則沒有防護(hù)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(fā)生焊縫腐蝕，同時(shí)較高的成本也讓多數(shù)項(xiàng)目望塵莫及。針對大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的短板，國家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心開發(fā)的“氧化聚合型包覆防腐蝕技術(shù)（OTC）”

可以很好地解決以上難題，通過防蝕膏、防蝕帶及外防護(hù)劑組成的三層配套體系，與螺栓、法蘭等形狀不規(guī)則的異型節(jié)點(diǎn)緊密貼合，隔離腐蝕性因子。而其另一項(xiàng)針對潮濕環(huán)境的“復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（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(zhì)對鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕，密封緩沖層和保護(hù)罩的整體性能，能夠隔絕海水，抵御機(jī)械損傷對鋼結(jié)構(gòu)的破壞。只有保證海陸工程裝備在濕熱、陰冷、暴曬下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，解決迫在眉睫的科學(xué)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(wěn)邁向“中國制造”的平臺，打造“中國智造”的品牌。

隨著建設(shè)海洋強(qiáng)國和“一帶一路”倡議的提出，建立強(qiáng)大的制造裝備已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)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(shí)現(xiàn)百年大計(jì)的目標(biāo)還需在實(shí)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(jiān)實(shí)可靠，國家平臺才能扎穩(wěn)腳跟，國家品牌才能在經(jīng)濟(jì)全球化的今天推廣。腐蝕面前，我們不但是命運(yùn)共同體，也是責(zé)任共同體、利益共同體。因此要有一顆同腐蝕抗戰(zhàn)到底的雄心和決心，懷著無限熱忱和敬業(yè)精神，給裝備器械套上“金鐘罩”、披上“鐵布衫”，使它們在大風(fēng)大浪面前成為屹立不倒的“定海神針”。

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