海洋环境中的腐蚀防护
文/陈光章·中国船舶重工集团公司七二五所
21世纪注定是海洋的世纪。“ 十—五”期间,我国各个领域在海洋开发方面已取得了辉煌的成就。在造船领域,我国超过韩国成为世界第一造船大国;在交通领域,我国建成了上海到洋山深水港的东山跨海大桥,世界第一的胶州湾跨海大桥,世界第三长的杭州湾跨海大桥,木来我国还将规划建设珠港澳大桥、海即跨海大桥、跨渤海大桥、 长蓬跨海大桥等等;在能源领域，我国在近海海上采油平台有168座,随着海洋石油981的成功投产,我国开始进入深海采油的新纪元,在中长期规划中我国将走向深海和远海,获取保持我们国家经济高速发展的宝贵资源,也保证我们南海的资源通道畅通无阻。图1是我国海洋工程掠影。同时,我国也将更深入的开展海洋开发,启动我国继“上天”之后的另一重大发展战略。目前一些有目共睹的重大事件就已体现了我国未来海洋开发具有大战略、大规划、大眼光、大投入的特征,如设立国家级山东蓝色海洋经济开发区、升级设立舟山群岛新区等等。
图1我国海洋工程 (跨海大桥和采油平台)
在这么多的世界第一面前以及我国未来的重大战略规划中,每个中国人都会由衷地感到自豪,感到骄傲,感到扬眉吐气。在我们庆祝这些伟大成就的同时,我们的防腐工作者们又有何感想?腐蚀防护领域未来的发展方向又在哪里?
根据有关资料报道 ,东海大桥、杭州湾跨海大桥、胶州湾跨海大桥的服役寿命要求为100年;海洋钻井平台、海地管道的设计服役寿命是30年。要达到这么长的寿命,靠的是什么?靠的是科学的设计、精心的选材、可靠的腐蚀控制措施和科学的健康诊断。
但是,一些事与愿违的事情也时刻提醒着我们,尤其是我们防腐工作者。 如震惊全球的美国墨西哥湾漏油事件。目前中海油渤海湾蓬莱采油平台区的漏油事故闹得全国沸沸扬扬,触动了我国环保意识和国民安全意识的神经。毫无疑问,海洋环境中重大基础设施和海洋工程设备的安全可靠运行是我们每个防腐工作者的责任,我们应该进行深入的思考,在这史无前例的海洋大发展时期我们腐蚀防护领域应该做些什么,我们又做了些什么?
开拓新篇章
众所周知,海洋环境是腐蚀最为苛刻的自然环境。 在海洋环境中,根据腐蚀速率和腐蚀原因笼统的可分为大气区、 浪溅区、 潮差区、 全浸区 (水下)和海泥区,如图2所示。
图2海洋结构腐蚀速率示意图
每个区域的腐蚀速率和腐蚀原因是不一样的。针对不同的部位发展了相应的防腐措施,如全浸区和海泥区一般采用阴极保护技术,大 气区的腐蚀控制发展了不同涂层体系,针对潮差区 (也称水线区)发展了专用的涂层体系。以上这些部位的腐蚀控制方法都制定了相应的标准规范,做到了有据可依。
腐蚀最严重的部位是浪溅区,由于这一区域的构件承受多种作用,包括干湿交替、风吹日晒以及供氧充分,导致这一部位腐蚀速率很高。“十一五” 期间,我国科技部设立了 “技术及应用”重大专项重点解决了浪花飞溅区的钢结构和混凝土结构的腐蚀控制问题。其中,钢筋混凝土的腐蚀控制在我国开创了一个新的里程碑。“ 十五” 期间,清华大学、 北京科技大学、 厦门大学、建材院等几所重点院校的多名专家学者曾经积极倡导钢筋混凝土的腐蚀控制,当时没有得到积极的响应。经过短短的几年,在 “十一五” 期间,这一领域的腐蚀控制峰回路转,这是腐蚀防护工作者积极宣传和不懈努力的结果。国家的决策者、工程的建设者、 重大设施的业主都认识到了钢筋混凝土的腐蚀和控制重要性,在未雨绸缪中避免重蹈国外先期发展的覆辙,在近期的重大工程中得到推广应用,如图3所示。
我国海岸线绵长14000多公里,岛屿有6500多座,分布着不计其数的码头、电只 盐场、海上发电等等海洋工程设施,拥 有大量的钢筋混凝土结构。随着海洋环境基础设施的建设,常见的钢筋混凝土结构也将越来越多,如跨海大桥的混凝土钢墩、滨海混凝土码头、海上高速路的路面、海滨的建筑设施等等。如果要实现百年工程 ,为子孙后代造福 ,钢筋混凝土的腐蚀控制技术是利千秋福万代的技术 ,可喜的是这一技术在我们国家已经得到认可,因此腐蚀防护在这个领域将会大有作为,将会迎来腐蚀防护事业的又一个春天,也将会带来极大的经济效益和社会效益。
图3钢筋混凝土的外加电流保护
另一个领域我们国内目前还没有涉及,那就是钢筋混凝土的维修和维护,随着海洋环境基础设施的运行,这一领域也蕴藏着巨大的经济效益和社会效益。从国外发展历程来看,钢筋混凝土维护不仅仅是将脱落的部分再重新补上就行,而是在弄清腐蚀破坏的原因后进行维修维护,其中海洋环境中钢筋混凝土结构破坏主要原因是氯离子的渗透导致的,因此需要在破坏的部位施加阴极保护,包括外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。它的作用有两个:一是抑制混凝土中钢筋的腐蚀 ,另一个作用是消除能够破坏钢筋保护膜的钢筋表面的氯离子。
制约因素
我国的海洋开发起步较晚,与海洋环境基础设施和海洋工程装备配套的重防腐蚀涂料的研究也落后于国外先进水平。总体来看,海洋环境重防腐蚀涂料的发展趋势主要有以下三个方向:(1)长效性。涂层保证在长时间内免维护;(2) 低污染。 保证涂料自身的各个组成部分 (成膜物、防腐颜料、溶剂和助剂)和成膜各个过程都是低污染的;(3) 施工简便。一次成膜、附着力强。经过多年的努力,目前我国也发展了自己的重防腐涂层体系。
追寻国外重防腐涂料的发展历程 ,我们可以发现：20世纪70年代 ,日本借助海底隧道、海岛间跨海大桥等超大工程的建设,发展了一系列的重防腐涂料 ,如关西涂料公司和富士树脂公司的玻璃鳞片聚酯涂料 ;旭硝子公司和大金公司的氟涂料 ;日本钢铁公司钢桩复合涂层技术等。美国借助阿波罗计划 ,在大力发展航天航空技术的过程中,也发展了新一代的重防腐涂料 ,如杜邦公司的氟炭涂料 、氟磺化聚乙烯防腐蚀涂料 (海普龙);阿麦龙公司和先进聚合物科学公司的聚硅氧烷防腐涂料。其中聚硅氧烷防腐涂料已在世界多家著名大公司设备装置和钢结构上应用,效果很好。英国、挪威借助北海油田开发为契机 ,建立了海上石油领域的重防腐体系,适用于低温环境施工。
目前我国在海洋工程设施中创造了多个世界第—,但是关于涂层的选择,却清一色采用的是国外的防腐体系和产品。我们防腐工作者作何感想?我们的业主怎么看?我们的决策者怎么认为?因 此,从产业的发展、人员的就业、国际的竞争力等角度考虑,国家政府的决策部门、重大工程的设计部门、工程装备的业主、以及我们的防腐工作者应该通力合作、 努力拼搏,借鉴西方发达国家的经验,奋起直追、 积极创新,探索适合我们自己的发展模式,建立具有我国特色的重防腐涂层体系,为我国海洋环境的基础设施和工业装备提供可靠的安全保障,提高我们的竞争力。
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