海洋腐蝕與防護(hù)前沿技術(shù)及國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)

1、.：.； 海洋腐蝕與防護(hù)前沿技術(shù)及國內(nèi)外研討動(dòng)態(tài)、開展趨勢(shì)海洋腐蝕的經(jīng)濟(jì)損失每年至少三千億，并大幅遞增。海洋經(jīng)濟(jì)投入越多，海洋防腐課題越迫切，所以，有人把海洋防腐資料納入海洋經(jīng)濟(jì)中的新興產(chǎn)業(yè)和新資料，卻很少反映到詳細(xì)的報(bào)告和表述中。腐蝕問題首先是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題。腐蝕是一種悄然進(jìn)展的破壞，但它的破壞力比地震、火災(zāi)、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)禍所呵斥損失更為嚴(yán)重。世界各國對(duì)腐蝕任務(wù)都非常注重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因腐蝕所呵斥的經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)消費(fèi)總值的2%-4%。1969年英國因腐蝕而呵斥的損失為13.65億英磅；美國2001年的腐蝕直接損失為國民消費(fèi)總值的3.1%，約合2760億美圓。這一調(diào)查結(jié)果當(dāng)時(shí)震驚了全

2、世界。據(jù)最新報(bào)道，我國在能源、交通、建筑、機(jī)械、化工、根底建立、水利和軍事設(shè)備等典型的行業(yè)和企業(yè)，每年由于腐蝕所呵斥的損失可達(dá)5000億元以上，約占GDP的5%。腐蝕所呵斥的經(jīng)濟(jì)損失除直接損失外還包括停工停產(chǎn)、設(shè)備維修、產(chǎn)品降級(jí)、效率降低等一系列間接損失。和上面說的相比，海洋腐蝕尤為嚴(yán)重。海洋環(huán)境腐蝕與防護(hù)研討主要是研討鋼鐵資料在海洋環(huán)境中發(fā)生的一系列化學(xué)和電化學(xué)反響而劣化的自然景象，其目的就是有效地防止腐蝕，降低腐蝕損失，提高鋼鐵設(shè)備的運(yùn)用效能。基于對(duì)腐蝕所呵斥的危害及損失的分析，專家將研討目的鎖定在海洋環(huán)境腐蝕與防護(hù)研討上，開展了一系列研討，并獲得了一系列研討成果。他們以為：假設(shè)防護(hù)措施到

3、位，至少每年可以防止2530的損失，也就是說每年至少可以減少損失1300億元。我國有1800公里的海岸線，有相當(dāng)于我國陸地國土面積1/3的海洋區(qū)域。海洋的開發(fā)利用在國民經(jīng)濟(jì)中占的比重越來越重要。目前已有100余座開采石油的鋼樁平臺(tái)屹立在海上，同時(shí)大量船舶及海底輸油管線為海上開采石油效力。目前曾經(jīng)探明，中國海上石油資源量占全國石油總產(chǎn)量的1/4，僅渤海油田目前探明的總儲(chǔ)量就超越45億噸，而且我國在未來5年內(nèi)，將投資500多億元在渤海建立50個(gè)采油平臺(tái)，1100口消費(fèi)井。由于鋼鐵資料韌性大、強(qiáng)度高、價(jià)錢廉價(jià)，目前這些構(gòu)筑物大都用鋼鐵資料所制成，其嚴(yán)重腐蝕性必然直接要挾著這些鋼鐵設(shè)備的平安，并將呵斥

4、嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，是一個(gè)必需非常注重的研討課題。海洋環(huán)境是一個(gè)特定的極為復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，海洋腐蝕環(huán)境縱向可分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)、海底堆積物區(qū)五個(gè)不同腐蝕區(qū)帶，貫穿這些腐蝕區(qū)帶的海上鋼鐵構(gòu)造物在不同的腐蝕區(qū)帶具有不同的腐蝕特征，不同鋼材在不同海洋環(huán)境中的腐蝕規(guī)律不同，即使同一種資料在海洋不同區(qū)帶的腐蝕又存在著較大差別，在海水-海氣界面交換區(qū)和海水-海泥交換界面區(qū)有著嚴(yán)重的腐蝕峰，研討界面區(qū)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(duì)研討金屬腐蝕與海洋環(huán)境的相關(guān)性有著重要的意義。目前， 我國在海洋油氣田開發(fā)、港口建立、跨海大橋、海底隧道、船舶工程和深海勘探等

5、領(lǐng)域已建和在建大量的各種鋼構(gòu)造及鋼筋混凝土構(gòu)造設(shè)備， 一旦發(fā)生災(zāi)禍性腐蝕， 將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重破壞和宏大經(jīng)濟(jì)損失。而近海設(shè)備在海水中，除遭到海水的電化學(xué)腐蝕外，還遭到海洋生物、微生物的行損。假設(shè)我們的研討和防護(hù)任務(wù)做得好，其中2 5%- 4 0 %的腐蝕損失是完全可以防止的。開展海洋腐蝕防護(hù)技術(shù)， 特別是鋼鐵設(shè)備關(guān)鍵部位的防腐蝕技術(shù)，對(duì)于降低艱苦災(zāi)禍性事故發(fā)生， 延伸近海設(shè)備的運(yùn)用壽命具有艱苦意義。海洋環(huán)境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)腐蝕區(qū)帶。我國從上世紀(jì) 7 O年代起開展了鋼鐵設(shè)備在海洋環(huán)境不同腐蝕區(qū)帶的腐蝕規(guī)律研討，并發(fā)明了電銜接模擬海洋腐蝕實(shí)驗(yàn)安裝與方

6、法， 建立了海洋環(huán)境腐蝕模擬安裝。國內(nèi)外長期的海洋腐蝕研討結(jié)果闡明， 鋼構(gòu)造設(shè)備在海洋環(huán)境不同腐蝕區(qū)帶其腐蝕速度有明顯差別，其中，浪花飛濺區(qū)是鋼構(gòu)造設(shè)備腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域。主要的緣由是，在浪花飛濺區(qū)，鋼外表遭到海水的周期性潤濕， 處于干濕交替形狀，氧供應(yīng)充分；加之陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境等協(xié)同作用導(dǎo)致發(fā)生最嚴(yán)重的腐蝕。普通情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速率約為0.03-0.08mm a ；而浪花飛濺區(qū)為0.3-0.5 mm a 。同一種鋼， 在浪花飛濺區(qū) 的腐蝕速度可比海水全浸區(qū)中高出 3 1 o倍。有關(guān)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查結(jié)果闡明，長期在外海暴露的長尺試件， 浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率最高可達(dá) I mm a以

7、上， 而在低潮位以下一0 3 m全浸區(qū)的腐蝕速度僅為 0 1 O 3 mm a 。由此可見， 鋼構(gòu)造設(shè)備在浪花飛濺區(qū)部位的腐蝕非常嚴(yán)重。一旦在這個(gè)區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重的部分腐蝕破壞， 會(huì)使整座鋼構(gòu)造設(shè)備大大降低承載力， 縮短運(yùn)用壽命， 影響平安消費(fèi)， 甚至導(dǎo)致設(shè)備提早報(bào)廢。當(dāng)前，國內(nèi)對(duì)于海洋鋼鐵設(shè)備大氣區(qū)通常采用涂料維護(hù)，海水全浸區(qū)主要采用電化學(xué)維護(hù)，并且獲得了較好的維護(hù)效果。而在浪花飛濺區(qū)，通常運(yùn)用的涂料，在海水沖擊下容易發(fā)生鼓泡和剝落，部分腐蝕非常嚴(yán)重。因此，開展長期有效的浪花飛濺區(qū)防腐蝕技術(shù)對(duì)維護(hù)海洋鋼構(gòu)造設(shè)備的平安運(yùn)轉(zhuǎn)具有極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。 針對(duì)目前浪花飛濺區(qū)腐蝕嚴(yán)重這一現(xiàn)狀，中科

8、院海洋研討所與有關(guān)科研單位協(xié)作，結(jié)合研討開發(fā)了浪花飛濺區(qū)的新型包覆防蝕(PTC)技術(shù)。PTC技術(shù)采用了優(yōu)良的緩蝕劑成分并采用了能隔絕氧氣的密封技術(shù)。PTC新型包覆防蝕系統(tǒng)由四層嚴(yán)密相連的維護(hù)層組成，即防蝕膏、防蝕帶、聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者加強(qiáng)玻璃鋼防蝕維護(hù)罩。防蝕膏和防蝕帶作為防腐蝕維護(hù)資料涂抹、纏繞在鋼鐵設(shè)備外表上；聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者加強(qiáng)玻璃鋼防蝕維護(hù)罩作為外防護(hù)層包覆在鋼鐵設(shè)備外外表。PTC技術(shù)中防蝕膏和防蝕帶添加有抗腐蝕資料，具有優(yōu)良的維護(hù)性、粘附性、與水和空氣隔絕性，并且長期不會(huì)蛻變，可強(qiáng)力地粘附在鋼鐵設(shè)備外表到達(dá)長效的防腐蝕效果。另外，用一個(gè)鞏固的固體玻璃鋼維護(hù)罩維護(hù)防蝕帶，可到

9、達(dá)更好的維護(hù)效果。實(shí)際證明，PTC是浪花飛濺區(qū)最具開展前景的鋼鐵設(shè)備維護(hù)技術(shù)。具有如下特點(diǎn)：防腐蝕效果優(yōu)良，有效防護(hù)效果達(dá)30年以上；施工方便，外表處置簡單，可帶水作業(yè)；可適用于任何外形構(gòu)造物；具有良好密閉性和抗沖擊性能，質(zhì)量輕，對(duì)構(gòu)造物幾乎無附加載荷；綠色環(huán)保，無毒無污染。目前，港口碼頭的防蝕普遍采用復(fù)蓋層與陰極維護(hù)聯(lián)臺(tái)的方法，也可將兩者分開復(fù)蓋層維護(hù)鋼樁平均低潮位線以上部位，而陰極維護(hù)用于維護(hù)水下部位。就陰極維護(hù)而言，以前采用外加電流系統(tǒng)為多，從2O世紀(jì)80年代以來采用鋁臺(tái)金犧牲陽極維護(hù)的港口碼頭數(shù)量日益增多。究競選用何種陰極維護(hù)方法，主要受以下幾方面要素制約：(1)維護(hù)系統(tǒng)的可靠性；(2

10、)相鄰構(gòu)造的影響；(3)維護(hù)電流需求量；(4)被維護(hù)構(gòu)造的復(fù)雜性；(5)構(gòu)造設(shè)計(jì)運(yùn)用壽命；(5)被維護(hù)構(gòu)造所處的環(huán)境條件等。 從維護(hù)系統(tǒng)的可靠性、對(duì)相鄰構(gòu)造的影響、被維護(hù)構(gòu)造的復(fù)雜性等要素來看，應(yīng)首選犧牲陽極系統(tǒng)；從維護(hù)電流需求量來看，需求較大維護(hù)電流的大型碼頭應(yīng)采用外加電流系統(tǒng)，而只需較小維護(hù)電流的小型和中型碼頭宜采用犧牲陽極系統(tǒng) 陰極維護(hù)系統(tǒng)在被維護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì)運(yùn)用壽命期間應(yīng)能正常任務(wù)，因此對(duì)于要求任務(wù)30a以上的鋼構(gòu)造碼頭來說，最好采用外加電流系統(tǒng)或混合系統(tǒng) 另外，在淡水或海淡水交替條件下碼頭維護(hù)主要采用外加電流系統(tǒng)。近年來，對(duì)大型港口碼頭愈來愈多地采用犧牲陽極和外加電流的共同作用來實(shí)施維護(hù)

11、 先主要利用外加電流系統(tǒng)提供的初始大電流使碼頭迅速極化到維護(hù)電位范圍，然后停頓或減小外加電流，主要利用鋁臺(tái)金犧牲陽極向碼頭提供較小的維持電流，充分發(fā)揚(yáng)犧牲陽極平安、可靠、無需管理的優(yōu)點(diǎn)使其長期運(yùn)轉(zhuǎn)。這種混合系統(tǒng)既提高了維護(hù)效果，又減小了犧牲陽極的用量。目前也有部分港口設(shè)備采用雙陽極 (dualnode)或復(fù)合陽極“一(Composite anode)對(duì)大型構(gòu)造物進(jìn)展陰極維護(hù)。職陽極實(shí)踐上是一個(gè)陽極組，在一根陽極固定架上固定有鎂陽極和鋁陽極，在構(gòu)造極化初期鎂陽極輸出高電流，使其迅速極化，待鎂陽極耗費(fèi)掉后，鋁陽極輸出的電流維持構(gòu)造的維護(hù)電位 復(fù)合陽極那么是在鋁合金或鋅合金陽極上鑄造包覆一定厚度的鎂

12、合金陽極，這樣也能起到與雙陽極同樣的作用 據(jù)估算，采用上述起始大電流方法，可減少陽極用量30 %以上。專家課題組結(jié)合海洋工程實(shí)際，針對(duì)海洋腐蝕的分區(qū)特點(diǎn)做了海洋平臺(tái)導(dǎo)管架鋼樁實(shí)物實(shí)驗(yàn)和海水管道的工程運(yùn)用，經(jīng)過室內(nèi)和外海實(shí)驗(yàn)，電化學(xué)測(cè)試等腐蝕挑選實(shí)驗(yàn)，并對(duì)腐蝕機(jī)理進(jìn)展探求研討，最后從工藝、資料合金線材及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用和工程工程考核如船舶，鉆井平臺(tái)等，得出在海上各種區(qū)域環(huán)境條件下的金屬與有機(jī)復(fù)合覆蓋層的最正確方案，并廣泛運(yùn)用于海上工程，為海洋鋼鐵設(shè)備防護(hù)開辟一條新途徑。該技術(shù)綜合了有機(jī)涂層和陰極維護(hù)兩種防腐措施的優(yōu)點(diǎn)，大大延伸了海洋鋼鐵構(gòu)造物的服役壽命，是一種新型的海洋防腐技術(shù)，研討總體上到達(dá)國際先進(jìn)程

13、度。犧牲陽極可以非常有效地防止處于海水中的鋼鐵構(gòu)筑物如船舶、浮標(biāo)、鋼樁碼頭、石油平臺(tái)蒙受腐蝕。它具有運(yùn)用簡單，不需求外界電源及設(shè)備，不需求日常的管理和經(jīng)常性的維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已越來越多廣泛地被采用。以前我國船舶上主要采用鋅陽極，近年來國內(nèi)也相繼開發(fā)了鋁陽極。與鋅陽極相比，鋁陽極具有分量輕、單位分量放電量大約為Zn的3倍、陽極電位負(fù)、資源豐富、價(jià)錢廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，因此用鋁陽極取替代鋅陽極，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。自1975年以來，他們開展了鋁陽極的研討任務(wù)，曾研制了Al-Zn-In-Cd系陽極。思索到Cd的毒性及對(duì)環(huán)境呵斥污染的問題，又進(jìn)展了不含Cd的其他新型陽極的研討。研制的“PM-1型和PM-2型腐蝕形

14、狀自動(dòng)跟蹤掃描系統(tǒng)，為陰極維護(hù)的參數(shù)設(shè)計(jì)提供了重要的根據(jù)，作為一種新型的海洋腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，已被廣泛地運(yùn)用在船舶、浮標(biāo)、鋼樁碼頭、石油平臺(tái)的腐蝕防護(hù)。目前已在勝利油田CB11B平臺(tái)井組和CB251B井組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，并正在向該海域其它平臺(tái)推行。針對(duì)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(yán)重的現(xiàn)狀，他們?cè)趪鴥?nèi)初次采用了犧牲陽極和犧牲陰極維護(hù)技術(shù)對(duì)海上浮標(biāo)、鋼浮筏、海水管道進(jìn)展了勝利的維護(hù)，并對(duì)犧牲陽極輸出電流公式進(jìn) 了修正。外加電流混合陰極維護(hù)技術(shù)，使維護(hù)率達(dá)90%以上，大大延伸了冷凝塔的服役壽命。隨著海洋經(jīng)濟(jì)的飛速開展，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(fā)平臺(tái)，渤海在未來5年內(nèi)將建立50余座海上平臺(tái)，1100口消費(fèi)井，原油產(chǎn)量將突破2000萬噸。這些平臺(tái)，大部分是用鋼鐵作為主要資料制造的。但由于鋼鐵資料在海洋環(huán)境中極易被腐蝕，運(yùn)用壽命遭到嚴(yán)重影響，從而呵斥資源、資料和能源的宏大浪費(fèi)，不但成為成為災(zāi)禍性事故的隱患，還有能夠由于管線設(shè)備的破裂，呵斥更為嚴(yán)重的海洋環(huán)境污染，甚至呵斥人身傷亡和更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，海上石油、油氣田等的石油平臺(tái)、保送管線等海洋鋼鐵設(shè)備的腐蝕及其檢測(cè)問題成為科學(xué)界和石油界關(guān)注的熱點(diǎn)。為理處