Q:目前，中國(guó)海洋環(huán)境的防腐情況如何?技術(shù)發(fā)展水平怎樣?國(guó)際上的防腐技術(shù)發(fā)展到什么階段?
A: 鑒于腐蝕的嚴(yán)重危害性，各個(gè)國(guó)家，包括美國(guó)、英國(guó)、日本、俄羅斯都做過(guò)腐蝕調(diào)查。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)腐蝕調(diào)查工作開(kāi)展晚，重視程度低。
2015年，中國(guó)工程院?jiǎn)?dòng)了重大咨詢(xún)項(xiàng)目“我國(guó)腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”,對(duì)中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、能源、水環(huán)境、生產(chǎn)制造等五大關(guān)鍵領(lǐng)域、30多個(gè)重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行為期兩年的專(zhuān)題調(diào)研。結(jié)果顯示，2014年，中國(guó)腐蝕成本約占GDP的3.34%，達(dá)到21278.2億元，相當(dāng)于每年每人要承擔(dān)超過(guò)1555元的腐蝕成本。這是非常驚人的。
近些年，中國(guó)海洋環(huán)境防腐蝕研究取得了比較豐碩的基礎(chǔ)理論成果，海洋防腐蝕技術(shù)儲(chǔ)備并不落后，甚至很多領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑?，F(xiàn)在應(yīng)該是這些技術(shù)成果逐步成熟，向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，在工程建設(shè)中大顯身手的階段。
海洋是最嚴(yán)酷的自然腐蝕環(huán)境，這不僅僅是經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，更是安全的問(wèn)題。比如，2013年山東省青島市黃島區(qū)輸油管道爆炸事故，就是由于管道腐蝕引發(fā)的。實(shí)際上，中國(guó)部分海港碼頭設(shè)施建成10~20年后就出現(xiàn)了鋼筋銹蝕。據(jù)估計(jì)，年均腐蝕損失大于1000億元，其中25%~40%的腐蝕損失是完全可以避免的。一個(gè)典型的對(duì)比是日本。日本是一個(gè)四面環(huán)海的島國(guó)，腐蝕環(huán)境非常嚴(yán)苛，但日本的碼頭沒(méi)有銹跡斑斑的景象，過(guò)街天橋幾乎全部使用不銹鋼，欄桿使用的是重防腐涂料。這主要是因?yàn)閲?guó)家重視防腐，如果使用低質(zhì)材料，三年就會(huì)生銹，不如使用質(zhì)量好的防腐材料。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，防腐工作做得好，全壽命建設(shè)成本會(huì)低得多。
海洋腐蝕防護(hù)的理念需要上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，進(jìn)行頂層謀劃部署，自上而下建立完整的腐蝕防護(hù)機(jī)制和體制，以舉國(guó)之力突破技術(shù)瓶頸，才能從根本上提升腐蝕防護(hù)水平。
Q:海上風(fēng)電防腐面臨哪些挑戰(zhàn)?對(duì)材料本身提出了哪些要求?您對(duì)海上風(fēng)電未來(lái)的發(fā)展有何期待?在防腐領(lǐng)域還需攻克哪些難題?
A: “宜未雨綢繆，勿亡羊補(bǔ)牢!”中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)穩(wěn)居全球首位，國(guó)家支持推動(dòng)了海上風(fēng)電快速發(fā)展，但在快馬加鞭的建設(shè)過(guò)程中，我們對(duì)海洋腐蝕程度的評(píng)估是否科學(xué)到位?防腐蝕保障技術(shù)的設(shè)計(jì)方面是否能跟得上?尤其是集中在閩、粵、蘇、浙一帶的海上風(fēng)電機(jī)組，在高溫、高濕、高鹽和強(qiáng)日照服役條件下，腐蝕環(huán)境異常惡劣，同時(shí)又缺乏便捷的人工巡查和維護(hù)。這是我們?cè)诎l(fā)展建設(shè)過(guò)程中需要提前規(guī)劃應(yīng)對(duì)的問(wèn)題。
中國(guó)每年被腐蝕損耗的鋼鐵約占全年總產(chǎn)量的十分之一，每生產(chǎn)1噸鋼鐵排放1.83噸二氧化碳。海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施和工程裝備很大一部分是由鋼結(jié)構(gòu)材料組成的，將海洋腐蝕防護(hù)做到位，延長(zhǎng)海上風(fēng)電機(jī)組的服役壽命，能大幅提高能源資源利用效率，從源頭形成有效的碳排放控制，可對(duì)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)作出巨大貢獻(xiàn)。防腐是海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。風(fēng)電的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)企業(yè)中很少有防腐蝕專(zhuān)業(yè)的人力配備，相信隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展成熟，這種現(xiàn)狀將得到改變。
近些年，我們團(tuán)隊(duì)越來(lái)越多地接到各大海上風(fēng)電企業(yè)在腐蝕防護(hù)方面的對(duì)接需求，對(duì)廣東、福建、浙江各個(gè)典型海域海上風(fēng)電的腐蝕防護(hù)狀況開(kāi)展了調(diào)研工作，可以說(shuō)是喜憂參半。首先，問(wèn)題最嚴(yán)重的是浪濺區(qū)，其腐蝕速度是其他區(qū)帶的3~10倍，目前來(lái)看投入運(yùn)行2~3年內(nèi)就會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的涂層脫落和銹蝕污損現(xiàn)象，存在非常嚴(yán)重的安全隱患。隨著海上風(fēng)電機(jī)組的大型化，塔筒、基礎(chǔ)承受的扭矩和重量非常大，按浪濺區(qū)每年腐蝕0.5毫米厚度鋼材的速度計(jì)算，形勢(shì)不容樂(lè)觀，應(yīng)該馬上采取更可靠的復(fù)層包覆防腐蝕措施進(jìn)行保護(hù)。在海洋大氣區(qū)，涂料的防腐是頗有成效的。然而，據(jù)了解，國(guó)內(nèi)所用的基本都是國(guó)外品牌的技術(shù)，國(guó)產(chǎn)防腐涂料在高端海工裝備中如何打破市場(chǎng)壁壘，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化是一個(gè)值得期待的突破。再就是海上大氣區(qū)很多法蘭、螺栓等異型構(gòu)件，涉及結(jié)構(gòu)緊固、支撐輔助、消防安全的重要細(xì)節(jié)，可采用一些柔性礦脂包覆材料進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。此外，風(fēng)電裝備的“大腦”精密電子器件的腐蝕隱患較大。國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)將海上風(fēng)電服役條件歸為電子元器件最高等級(jí)大氣腐蝕環(huán)境，控溫控濕并不能徹底解決鹽霧侵蝕的問(wèn)題，可采用氣相緩蝕材料防護(hù)根除隱患。最后是海水全浸區(qū)的陰極保護(hù)，比如犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)保護(hù)壽命是15年，但由于海洋生物的污損附著會(huì)導(dǎo)致提前失效，針對(duì)這方面的定期巡檢和更換變得十分必要。
總體而言，海上風(fēng)電的腐蝕防護(hù)技術(shù)要求更高，因?yàn)?一方面，海洋腐蝕環(huán)境極端惡劣;另一方面，海上風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，修復(fù)工程要綜合考慮離岸距離、風(fēng)浪等級(jí)、海流情況等多個(gè)復(fù)雜因素，施工難度極大，工藝要求非?？量?。因此，從成本、安全角度來(lái)看，都更需要在裝備設(shè)計(jì)階段、制造階段提前做好、做足防腐蝕措施，將腐蝕問(wèn)題和隱患消除在“萌芽”中。我們可以借鑒鋼筋混凝土防腐蝕領(lǐng)域的五倍定律:在新建階段每削減1元的防腐蝕措施投入，腐蝕初期階段就要花費(fèi)5元去修補(bǔ)，等到腐蝕影響正常運(yùn)行階段則需花費(fèi)25元去修復(fù)，當(dāng)腐蝕嚴(yán)重危及結(jié)構(gòu)安全時(shí)要花費(fèi)125元去解決。在此特別呼吁，海上風(fēng)電的防腐蝕工作要打好提前量，不要為了追求建設(shè)速度而犧牲發(fā)展質(zhì)量，這也是我們一直強(qiáng)調(diào)的海洋腐蝕防護(hù)工作應(yīng)遵循“主動(dòng)防腐、科學(xué)防腐、綠色防腐、長(zhǎng)效防腐”的十六字原則。
Q:您將畢生精力投入防腐領(lǐng)域，讓您執(zhí)著于此的動(dòng)力是什么?您研究的防腐成果主要解決了哪些類(lèi)型的腐蝕?
A: 國(guó)家一直鼓勵(lì)科研人員要敢于坐冷板凳，敢于啃硬骨頭。我的想法其實(shí)非常簡(jiǎn)單:響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，沉下心干好海洋腐蝕與防護(hù)這件事，干一行愛(ài)一行。我是在1970年(28歲)入職中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的。彼時(shí)，中國(guó)的腐蝕防護(hù)工作才剛剛起步，海洋防腐更是一個(gè)冷門(mén)學(xué)科，資料少、基礎(chǔ)弱、設(shè)備缺。在老同志的幫助和指導(dǎo)下，我加入專(zhuān)門(mén)的海洋腐蝕與防護(hù)研究隊(duì)伍中。當(dāng)時(shí)，大家認(rèn)為潮差區(qū)腐蝕最嚴(yán)重，但這與我們?cè)诠こ讨杏^察到的很多現(xiàn)象不相符。為了找出科學(xué)答案，我們團(tuán)隊(duì)在上海石油化工總廠陳山原油碼頭海邊臨時(shí)搭建了一個(gè)水池開(kāi)展掛片實(shí)驗(yàn)。工作環(huán)境、條件特別差，只能在露天環(huán)境下吃飯，蒼蠅“嗡嗡”地圍著人轉(zhuǎn)，一揮手趕走一大群。經(jīng)過(guò)日復(fù)一日的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，“浪濺區(qū)”才是海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，是腐蝕防護(hù)真正的“短板”“痛點(diǎn)”。
如何降伏浪濺區(qū)這個(gè)“吃鐵老虎”，成為新的難題。我們翻閱了大量外籍文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在浪濺區(qū)采用包覆防腐蝕技術(shù)的效果理想，而當(dāng)時(shí)中國(guó)的相關(guān)研究尚處于“空白”狀態(tài)。我們針對(duì)數(shù)十種潤(rùn)滑脂開(kāi)展了試驗(yàn)，取得一定效果，但被潤(rùn)滑脂包覆的鋼鐵表面始終有少量腐蝕。我們又專(zhuān)程請(qǐng)教了高分子專(zhuān)家，并與日本合作，提出在有機(jī)大分子極性基團(tuán)上增加水油置換基團(tuán)，將金屬表面的水分置換出來(lái)，使這種改性防護(hù)脂的防護(hù)性能大大提高。有了這個(gè)突破后，我們集中力量對(duì)防護(hù)脂配方、緩蝕劑成分同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，多層復(fù)配，最終形成由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩組成的復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)(PTC)。采用該技術(shù)，表面處理簡(jiǎn)單，施工方便，可帶水帶銹施工，不但能夠隔絕海水，外層的密封緩沖層和玻璃鋼防蝕罩還可以有效抵御機(jī)械損傷和外界沖擊，兼具防腐、水下施工、環(huán)保等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
Q:目前，科技轉(zhuǎn)化情況如何?您對(duì)中國(guó)海洋防腐工作有何建議?
A: 實(shí)驗(yàn)室制備只是第一步，科學(xué)技術(shù)要服務(wù)于社會(huì)工程，就必須擴(kuò)大生產(chǎn)。沒(méi)有正式的中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們就借用合作公司“四面漏風(fēng)”的廢棄大院，加工了簡(jiǎn)易的生產(chǎn)設(shè)備，熱火朝天地做起實(shí)驗(yàn)。通過(guò)提交“我國(guó)海洋工程設(shè)施浪花飛濺區(qū)防腐蝕工作亟待加強(qiáng)”的院士建議，得到“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的支持，由此完成了PTC技術(shù)擴(kuò)大生產(chǎn)的關(guān)鍵一步。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的探索，包覆技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備從I型發(fā)展到可以批量穩(wěn)定生產(chǎn)的IV型，設(shè)計(jì)建立了一套完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品性能達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前，該技術(shù)已經(jīng)適用于中國(guó)全緯度防腐工程。在國(guó)家FAST天眼工程、文昌衛(wèi)星發(fā)射基地、大連北良港碼頭、上海洋山深水港LNG碼頭、杭州灣大橋等近50項(xiàng)國(guó)家重大工程中得到應(yīng)用。
針對(duì)不同工程的特殊性，我們進(jìn)行了個(gè)性化PTC技術(shù)升級(jí)。利用多片嵌合式防蝕保護(hù)罩技術(shù)，解決了海上風(fēng)電超大直徑塔筒的現(xiàn)場(chǎng)包覆和陸地預(yù)包覆防腐難題，同時(shí)還解決了幾十座橋梁錨固系統(tǒng)和埋地管道的防護(hù)難題，實(shí)現(xiàn)了PTC技術(shù)在多種場(chǎng)景的應(yīng)用。
此外，針對(duì)海洋大氣區(qū)異型鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防控難題、海工鋼筋混凝土的腐蝕防控難題，我們團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了氧化聚合包覆防腐技術(shù)(OTC)、柔韌性鋼筋混凝土涂層防腐技術(shù)(FCC)等一系列成果，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的技術(shù)空白，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。這些成果在110余項(xiàng)重大工程中得到了成功應(yīng)用。
未來(lái)，希望國(guó)家能將基礎(chǔ)設(shè)施和重大裝備腐蝕防護(hù)安全納入國(guó)家戰(zhàn)略，重視海洋腐蝕防護(hù)，推動(dòng)中國(guó)海洋防腐蝕產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在海洋防腐防污技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，有必要加快建立海洋腐蝕防護(hù)技術(shù)的企業(yè)、地方及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)腐蝕產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，保障海洋工程設(shè)施安全運(yùn)行，減少經(jīng)濟(jì)損失。各單位應(yīng)設(shè)立專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)防腐工作的部門(mén)，建立腐蝕狀況及腐蝕管控情況定期匯報(bào)制度，全面提升腐蝕控制和管理水平。同時(shí)，特別倡議設(shè)立“全國(guó)腐蝕防護(hù)安全日”，通過(guò)教育、媒體宣傳、社會(huì)公益活動(dòng)等多種途徑進(jìn)一步增加民眾的腐蝕防護(hù)知識(shí)，讓民眾、政府部門(mén)、企業(yè)家認(rèn)識(shí)腐蝕危害與防腐蝕的重要性，推動(dòng)各行業(yè)開(kāi)展腐蝕防護(hù)工作。
