1、海洋腐蝕與防護前沿技術及國內外研究動態、發展趨勢海洋腐蝕的經濟損失每年至少三千億， 并大幅遞增。海洋經濟投 入越多，海洋防腐課題越迫切，所以，有人把海洋防腐材料納入海洋 經濟中的新興產業和新材料，卻很少反映到具體的報告和表述中。 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乙美元。這一調查結果當

2、時震驚了全世界。據最新報道，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GDP5%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。和上面說的相比，海洋腐蝕尤為嚴重。海洋環境腐蝕與防護研究 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，專家將研究目標鎖定在海洋環境腐蝕與防護研究上，開展了一系列研 究，并取得了一系列研究成果。

3、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。我國有180必里的海岸線，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重要。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。目前已經探明，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，而且我國在未來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。由于鋼鐵材料韌性大、強度高、價格便宜，目前 這些構筑物大都用鋼鐵材料所制成，其嚴重

4、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。海洋環境是一個特定的極為復雜的腐蝕環境，海洋腐蝕 環境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，即使同一種材料在海洋不同區帶的腐蝕又存在著較 大差異，在海水-海氣界面交換區和海水-海泥交換界面區有著嚴重的 腐蝕峰，研究界面區的腐蝕行為、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。目前， 我

5、國在海洋油氣田開發、港口建設、跨海大橋、海底 隧道、船舶工程和深?？碧降阮I域已建和在建大量的各種鋼結構及鋼 筋混凝土結構設施， 一旦發生災害性腐蝕， 將會導致嚴重破壞和巨 大經濟損失。而近海設施在海水中，除遭到海水的電化學腐蝕外，還 遭到海洋生物、微生物的行損。如果我們的研究和防護工作做得好， 其中2 5%- 4 0 %的腐蝕損失是完全可以避免的。發展海洋腐蝕防護 技術，特別是鋼鐵設施關鍵部位的防腐蝕技術，對于降低重大災害 性事故發生， 延長近海設施的使用壽命具有重大意義。海洋環境可 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 土區五個腐蝕區帶。我國從上世紀 7O年代起開展了

6、鋼鐵設施在海 洋環境不同腐蝕區帶的腐蝕規律研究，并發明了電連接模擬海洋腐蝕 試驗裝置與方法， 建立了海洋環境腐蝕模擬裝置。國內外長期的海 洋腐蝕研究結果表明，鋼結構設施在海洋環境不同腐蝕區帶其腐蝕速度有明顯差別，其中，浪花飛濺區是鋼結構設施腐蝕最為嚴重的區 域。主要的原因是，在浪花飛濺區，鋼表面受到海水的周期性潤濕， 處于干濕交替狀態，氧供應充分；加之陽光、風吹和海水環境等協同作用導致發生最嚴重的腐蝕。一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐 蝕速率約為0.03-0.08mm/ a ;而浪花飛濺區為0.3-0.5 mm / a。 同一種鋼，在浪花飛濺區的腐蝕速度可比海水全浸區中高出 31 o倍。有關

7、實驗和調查結果表明，長期在外海暴露的長尺試件，浪花飛濺區的腐蝕速率最高可達I mm /a以上，而在低潮位以下 一0 . 3 m全浸區的腐蝕速度僅為0 . 1 O.3 mm /a 。 由此可見，鋼結構設施在浪花飛濺區部位的腐蝕十分嚴重。一旦在 這個區域發生嚴重的局部腐蝕破壞，會使整座鋼結構設施大大降低承載力，縮短使用壽命，影響安全生產， 甚至導致設施提前報廢。 當前，國內對于海洋鋼鐵設施大氣區通常采用涂料保護，海水全浸區主要采用電化學保護，并且取得了較好的保護效果。而在浪花飛濺區， 通常使用的涂料，在海水沖擊下容易發生鼓泡和剝落， 局部腐蝕十分 嚴重。因此，發展長期有效的浪花飛濺區防腐蝕技術對保

8、護海洋鋼 結構設施的安全運行具有極其重要的經濟價值和社會意義。針對目前浪花飛濺區腐蝕嚴重這一現狀，中科院海洋研究所與有關科研單位 合作，聯合研究開發了浪花飛濺區的新型包覆防蝕 （PTC）技術。PTC 技術采用了優良的緩蝕劑成分并采用了能隔絕氧氣的密封技術。PTC新型包覆防蝕系統由四層緊密相連的保護層組成，即防蝕膏、防蝕帶、聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者增強玻璃鋼防蝕保護罩。防蝕膏和防蝕帶作 為防腐蝕保護材料涂抹、纏繞在鋼鐵設施表面上；聚乙烯泡沫和玻璃 鋼或者增強玻璃鋼防蝕保護罩作為外防護層包覆在鋼鐵設施外表面。PTC技術中防蝕膏和防蝕帶添加有抗腐蝕材料，具有優良的保護性、 粘附性、與水和空氣隔絕性，并

9、且長期不會變質，可強力地粘附在鋼 鐵設施表面達到長效的防腐蝕效果。 另外，用一個堅硬的固體玻璃鋼 保護罩保護防蝕帶，可達到更好的保護效果。實踐證明，PTC是浪花飛濺區最具發展前景的鋼鐵設施保護技術。具有如下特點：防腐蝕效 果優異，有效防護效果達30年以上；施工方便，表面處理簡單，可帶 水作業；可適用于任何形狀結構物；具有良好密閉性和抗沖擊性能， 質量輕，對結構物幾乎無附加載荷；綠色環保，無毒無污染。目前，港口碼頭的防蝕普遍采用復蓋層與陰極保護聯臺的方法，也可將兩者分開.復蓋層保護鋼樁平均低潮位線以上部位， 而陰極保護用于保護 水下部位。就陰極保護而言，以前采用外加電流系統為多，從 2O世 紀8

10、0年代以來采用鋁臺金犧牲陽極保護的港口碼頭數量日益增多。究競選用何種陰極保護方法，主要受以下幾方面因素制約：（1）保護系統的可靠性；（2）相鄰結構的影響；（.3）保護電流需要量；（4）被保 護結構的復雜性；（5）結構設計使用壽命；（5）被保護結構所處的環境 條件等。從保護系統的可靠性、對相鄰結構的影響、被保護結構的復雜 性等因素來看，應首選犧牲陽極系統；從保護電流需要量來看，需要 較大保護電流的大型碼頭應采用外加電流系統， 而只需較小保護電流 的小型和中型碼頭宜采用犧牲陽極系統陰極保護系統在被保護結構設計使用壽命期間應能正常工作，因此對于要求工作 30a以上的鋼結 構碼頭來說，最好采用外加電流

11、系統或混合系統另外，在淡水或海淡水交替條件下碼頭保護主要采用外加電流系統。近年來，對大型港口碼頭愈來愈多地采用犧牲陽極和外加電流的 共同作用來實施保護 先主要利用外加電流系統提供的初始大電流使 碼頭迅速極化到保護電位范圍，然后停止或減小外加電流，主要利用 鋁臺金犧牲陽極向碼頭提供較小的維持電流，充分發揮犧牲陽極安 全、可靠、無需管理的優點使其長期運行。這種混合系統既提高了保 護效果，又減小了犧牲陽極的用量。目前也有部分港口設施采用雙陽 極 （dualnode）或復合陽極“一 （Composite anode）對大型結構物 進行陰極保護。職陽極實際上是一個陽極組，在一根陽極固定架上固 定有鎂陽極

12、和鋁陽極，在結構極化初期.鎂陽極輸出高電流，使其迅 速極化，待鎂陽極消耗掉后，鋁陽極輸出的電流維持結構的保護電位 復合陽極則是在鋁合金或鋅合金陽極上鑄造包覆一定厚度的鎂合金 陽極，這樣也能起到與雙陽極同樣的作用據估算，采用上述起始大電流方法，可減少陽極用量30 %以上。專家課題組結合海洋工程實踐，針對海洋腐蝕的分區特點做了 海洋平臺導管架鋼樁實物試驗和海水管道的工程應用，通過室內和外 海試驗，電化學測試等腐蝕篩選試驗，并對腐蝕機理進行探索研究， 最后從工藝、材料（合金線材）及現場應用和工程項目考核（如船舶， 鉆井平臺等），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

13、用于海上工程，為海洋鋼鐵設施防護開辟 一條新路徑。該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，研究總體上達到國際先進水平。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。它具有使用簡單，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。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 Zn的3倍）、陽極電位 負、資源豐富、價格便宜等優點，因此用鋁陽極取代替鋅陽極，具有

14、很大的經濟效益。自1975年以來，他們開展了鋁陽極的研究工作，曾 研制了 Al-Zn-In-Cd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。研制的“ PM-他和 PM-如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。目前已在勝利油田CB11坪臺井組和CB251滸組現場應用，并正在向該海域其它平臺 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，他們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

15、、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 了修正。外加電流混合陰極保護技術，使保護率達 90姒上，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年內將建設50 余座海上平臺，1100口生產井，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。但由于鋼鐵材料在海洋環境中 極易被腐蝕，使用壽命受到嚴重影響，從而造成資源、材料和能源的 巨大浪費，不但成為成為災害性事故的隱患，還有可能因為管線設備 的破裂，造成更為嚴重的海洋環境污染，甚至造成人身傷亡和更大的 經濟損失。因此，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成為科學界和石油界關注的熱點。為了解決我國