海洋腐蚀与防护前沿技术及国内外研究动态、发展趋势

1、.：.； 海洋腐蚀与防护前沿技术及国内外研讨动态、开展趋势海洋腐蚀的经济损失每年至少三千亿，并大幅递增。海洋经济投入越多，海洋防腐课题越迫切，所以，有人把海洋防腐资料纳入海洋经济中的新兴产业和新资料，却很少反映到详细的报告和表述中。腐蚀问题首先是一个经济问题。腐蚀是一种悄然进展的破坏，但它的破坏力比地震、火灾、水灾、台风等自然灾祸所呵斥损失更为严重。世界各国对腐蚀任务都非常注重。据统计，每年因腐蚀所呵斥的经济损失约占国民经济消费总值的2%-4%。1969年英国因腐蚀而呵斥的损失为13.65亿英磅；美国2001年的腐蚀直接损失为国民消费总值的3.1%，约合2760亿美圆。这一调查结果当时震惊了全

2、世界。据最新报道，我国在能源、交通、建筑、机械、化工、根底建立、水利和军事设备等典型的行业和企业，每年由于腐蚀所呵斥的损失可达5000亿元以上，约占GDP的5%。腐蚀所呵斥的经济损失除直接损失外还包括停工停产、设备维修、产品降级、效率降低等一系列间接损失。和上面说的相比，海洋腐蚀尤为严重。海洋环境腐蚀与防护研讨主要是研讨钢铁资料在海洋环境中发生的一系列化学和电化学反响而劣化的自然景象，其目的就是有效地防止腐蚀，降低腐蚀损失，提高钢铁设备的运用效能。基于对腐蚀所呵斥的危害及损失的分析，专家将研讨目的锁定在海洋环境腐蚀与防护研讨上，开展了一系列研讨，并获得了一系列研讨成果。他们以为：假设防护措施到

3、位，至少每年可以防止2530的损失，也就是说每年至少可以减少损失1300亿元。我国有1800公里的海岸线，有相当于我国陆地国土面积1/3的海洋区域。海洋的开发利用在国民经济中占的比重越来越重要。目前已有100余座开采石油的钢桩平台屹立在海上，同时大量船舶及海底输油管线为海上开采石油效力。目前曾经探明，中国海上石油资源量占全国石油总产量的1/4，仅渤海油田目前探明的总储量就超越45亿吨，而且我国在未来5年内，将投资500多亿元在渤海建立50个采油平台，1100口消费井。由于钢铁资料韧性大、强度高、价钱廉价，目前这些构筑物大都用钢铁资料所制成，其严重腐蚀性必然直接要挟着这些钢铁设备的平安，并将呵斥

4、严重的经济损失，是一个必需非常注重的研讨课题。海洋环境是一个特定的极为复杂的腐蚀环境，海洋腐蚀环境纵向可分为海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底堆积物区五个不同腐蚀区带，贯穿这些腐蚀区带的海上钢铁构造物在不同的腐蚀区带具有不同的腐蚀特征，不同钢材在不同海洋环境中的腐蚀规律不同，即使同一种资料在海洋不同区带的腐蚀又存在着较大差别，在海水-海气界面交换区和海水-海泥交换界面区有着严重的腐蚀峰，研讨界面区的腐蚀行为、腐蚀过程、锈层在腐蚀中的作用、金属元素的影响等对研讨金属腐蚀与海洋环境的相关性有着重要的意义。目前， 我国在海洋油气田开发、港口建立、跨海大桥、海底隧道、船舶工程和深海勘探等

5、领域已建和在建大量的各种钢构造及钢筋混凝土构造设备， 一旦发生灾祸性腐蚀， 将会导致严重破坏和宏大经济损失。而近海设备在海水中，除遭到海水的电化学腐蚀外，还遭到海洋生物、微生物的行损。假设我们的研讨和防护任务做得好，其中2 5%- 4 0 %的腐蚀损失是完全可以防止的。开展海洋腐蚀防护技术， 特别是钢铁设备关键部位的防腐蚀技术，对于降低艰苦灾祸性事故发生， 延伸近海设备的运用寿命具有艰苦意义。海洋环境可以分为海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区五个腐蚀区带。我国从上世纪 7 O年代起开展了钢铁设备在海洋环境不同腐蚀区带的腐蚀规律研讨，并发明了电衔接模拟海洋腐蚀实验安装与方

6、法， 建立了海洋环境腐蚀模拟安装。国内外长期的海洋腐蚀研讨结果阐明， 钢构造设备在海洋环境不同腐蚀区带其腐蚀速度有明显差别，其中，浪花飞溅区是钢构造设备腐蚀最为严重的区域。主要的缘由是，在浪花飞溅区，钢外表遭到海水的周期性润湿， 处于干湿交替形状，氧供应充分；加之阳光、风吹和海水环境等协同作用导致发生最严重的腐蚀。普通情况下，钢在海洋大气中的平均腐蚀速率约为0.03-0.08mm a ；而浪花飞溅区为0.3-0.5 mm a 。同一种钢， 在浪花飞溅区 的腐蚀速度可比海水全浸区中高出 3 1 o倍。有关实验和调查结果阐明，长期在外海暴露的长尺试件， 浪花飞溅区的腐蚀速率最高可达 I mm a以

7、上， 而在低潮位以下一0 3 m全浸区的腐蚀速度仅为 0 1 O 3 mm a 。由此可见， 钢构造设备在浪花飞溅区部位的腐蚀非常严重。一旦在这个区域发生严重的部分腐蚀破坏， 会使整座钢构造设备大大降低承载力， 缩短运用寿命， 影响平安消费， 甚至导致设备提早报废。当前，国内对于海洋钢铁设备大气区通常采用涂料维护，海水全浸区主要采用电化学维护，并且获得了较好的维护效果。而在浪花飞溅区，通常运用的涂料，在海水冲击下容易发生鼓泡和剥落，部分腐蚀非常严重。因此，开展长期有效的浪花飞溅区防腐蚀技术对维护海洋钢构造设备的平安运转具有极其重要的经济价值和社会意义。 针对目前浪花飞溅区腐蚀严重这一现状，中科

8、院海洋研讨所与有关科研单位协作，结合研讨开发了浪花飞溅区的新型包覆防蚀(PTC)技术。PTC技术采用了优良的缓蚀剂成分并采用了能隔绝氧气的密封技术。PTC新型包覆防蚀系统由四层严密相连的维护层组成，即防蚀膏、防蚀带、聚乙烯泡沫和玻璃钢或者加强玻璃钢防蚀维护罩。防蚀膏和防蚀带作为防腐蚀维护资料涂抹、缠绕在钢铁设备外表上；聚乙烯泡沫和玻璃钢或者加强玻璃钢防蚀维护罩作为外防护层包覆在钢铁设备外外表。PTC技术中防蚀膏和防蚀带添加有抗腐蚀资料，具有优良的维护性、粘附性、与水和空气隔绝性，并且长期不会蜕变，可强力地粘附在钢铁设备外表到达长效的防腐蚀效果。另外，用一个巩固的固体玻璃钢维护罩维护防蚀带，可到

9、达更好的维护效果。实际证明，PTC是浪花飞溅区最具开展前景的钢铁设备维护技术。具有如下特点：防腐蚀效果优良，有效防护效果达30年以上；施工方便，外表处置简单，可带水作业；可适用于任何外形构造物；具有良好密闭性和抗冲击性能，质量轻，对构造物几乎无附加载荷；绿色环保，无毒无污染。目前，港口码头的防蚀普遍采用复盖层与阴极维护联台的方法，也可将两者分开复盖层维护钢桩平均低潮位线以上部位，而阴极维护用于维护水下部位。就阴极维护而言，以前采用外加电流系统为多，从2O世纪80年代以来采用铝台金牺牲阳极维护的港口码头数量日益增多。究竞选用何种阴极维护方法，主要受以下几方面要素制约：(1)维护系统的可靠性；(2

10、)相邻构造的影响；(3)维护电流需求量；(4)被维护构造的复杂性；(5)构造设计运用寿命；(5)被维护构造所处的环境条件等。 从维护系统的可靠性、对相邻构造的影响、被维护构造的复杂性等要素来看，应首选牺牲阳极系统；从维护电流需求量来看，需求较大维护电流的大型码头应采用外加电流系统，而只需较小维护电流的小型和中型码头宜采用牺牲阳极系统 阴极维护系统在被维护构造设计运用寿命期间应能正常任务，因此对于要求任务30a以上的钢构造码头来说，最好采用外加电流系统或混合系统 另外，在淡水或海淡水交替条件下码头维护主要采用外加电流系统。近年来，对大型港口码头愈来愈多地采用牺牲阳极和外加电流的共同作用来实施维护

11、 先主要利用外加电流系统提供的初始大电流使码头迅速极化到维护电位范围，然后停顿或减小外加电流，主要利用铝台金牺牲阳极向码头提供较小的维持电流，充分发扬牺牲阳极平安、可靠、无需管理的优点使其长期运转。这种混合系统既提高了维护效果，又减小了牺牲阳极的用量。目前也有部分港口设备采用双阳极 (dualnode)或复合阳极“一(Composite anode)对大型构造物进展阴极维护。职阳极实践上是一个阳极组，在一根阳极固定架上固定有镁阳极和铝阳极，在构造极化初期镁阳极输出高电流，使其迅速极化，待镁阳极耗费掉后，铝阳极输出的电流维持构造的维护电位 复合阳极那么是在铝合金或锌合金阳极上铸造包覆一定厚度的镁

12、合金阳极，这样也能起到与双阳极同样的作用 据估算，采用上述起始大电流方法，可减少阳极用量30 %以上。专家课题组结合海洋工程实际，针对海洋腐蚀的分区特点做了海洋平台导管架钢桩实物实验和海水管道的工程运用，经过室内和外海实验，电化学测试等腐蚀挑选实验，并对腐蚀机理进展探求研讨，最后从工艺、资料合金线材及现场运用和工程工程考核如船舶，钻井平台等，得出在海上各种区域环境条件下的金属与有机复合覆盖层的最正确方案，并广泛运用于海上工程，为海洋钢铁设备防护开辟一条新途径。该技术综合了有机涂层和阴极维护两种防腐措施的优点，大大延伸了海洋钢铁构造物的服役寿命，是一种新型的海洋防腐技术，研讨总体上到达国际先进程

13、度。牺牲阳极可以非常有效地防止处于海水中的钢铁构筑物如船舶、浮标、钢桩码头、石油平台蒙受腐蚀。它具有运用简单，不需求外界电源及设备，不需求日常的管理和经常性的维护等优点，已越来越多广泛地被采用。以前我国船舶上主要采用锌阳极，近年来国内也相继开发了铝阳极。与锌阳极相比，铝阳极具有分量轻、单位分量放电量大约为Zn的3倍、阳极电位负、资源丰富、价钱廉价等优点，因此用铝阳极取替代锌阳极，具有很大的经济效益。自1975年以来，他们开展了铝阳极的研讨任务，曾研制了Al-Zn-In-Cd系阳极。思索到Cd的毒性及对环境呵斥污染的问题，又进展了不含Cd的其他新型阳极的研讨。研制的“PM-1型和PM-2型腐蚀形

14、状自动跟踪扫描系统，为阴极维护的参数设计提供了重要的根据，作为一种新型的海洋腐蚀监测技术，已被广泛地运用在船舶、浮标、钢桩码头、石油平台的腐蚀防护。目前已在胜利油田CB11B平台井组和CB251B井组现场运用，并正在向该海域其它平台推行。针对沿海城市许多工厂的热交换器大多采用海水冷却，冷凝塔腐蚀严重的现状，他们在国内初次采用了牺牲阳极和牺牲阴极维护技术对海上浮标、钢浮筏、海水管道进展了胜利的维护，并对牺牲阳极输出电流公式进 了修正。外加电流混合阴极维护技术，使维护率达90%以上，大大延伸了冷凝塔的服役寿命。随着海洋经济的飞速开展，我国渤海、黄海、南海及胜利油田先后建造了大量的石油、天然气开发平台，渤海在未来5年内将建立50余座海上平台，1100口消费井，原油产量将突破2000万吨。这些平台，大部分是用钢铁作为主要资料制造的。但由于钢铁资料在海洋环境中极易被腐蚀，运用寿命遭到严重影响，从而呵斥资源、资料和能源的宏大浪费，不但成为成为灾祸性事故的隐患，还有能够由于管线设备的破裂，呵斥更为严重的海洋环境污染，甚至呵斥人身伤亡和更大的经济损失。因此，海上石油、油气田等的石油平台、保送管线等海洋钢铁设备的腐蚀及其检测问题成为科学界和石油界关注的热点。为理处