海洋腐蚀:悄悄的“灾难”—专访中国工程院院士、我国海洋腐蚀与防护学科带头人侯保荣

来源:侯保荣   发布时间:2015-05-21 02:26:39 
侯保荣,中国工程院院士,中国科学院海洋研究所研究员、博士生导师。曾任中国科学院海洋研究所副所长,山东省暨青岛市腐蚀与防护学会第三、第四届理事长。山东省第九、第十届人大代表、常委会委员。现任山东省腐蚀科学重点实验室主任、东京工业大学客座教授等职。
侯保荣院士是我国海洋腐蚀与防护研究的学科带头人,在海洋腐蚀环境基础理论方面取得了优秀成果,在海洋腐蚀控制技术研究和推广
应用方面取得了显著的经济效益和社会效益,为我国海洋腐蚀环境与保护做出了重要贡献。著有《海洋腐食环境と防食の科学》(日文)、《海洋腐蚀环境理论及其应用》、《海洋腐蚀与防护》等专著3部,并主编学术论文集5部,发表论文210余篇(其中SCI论文57篇,EI论文5篇),所发表的论文被SCI论文引用107次,被CSCD引用89次。多年来主持完成了国家基金委、科技部、中科院、山东省、青岛市企业委托及国际合作项目,荣获国家科技进步奖二等奖,山东省科技进步奖一、二等奖,中科院科技进步奖二等奖、三等奖等,并获得“全国优秀科技工作者”、“山东省先进工作者”、“青岛市劳动模范”、“青岛市专业技术拔尖人才”、“青岛市优秀留学回国人员”等荣誉称号,拥有国家授权专利40余件。作为首席科学家承担的国家科技支撑计划“海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀控制技术及应用”项目已在国内多家单位成功进行了示范工程。

中国科学院海洋研究所坐落在青岛市南海路,侯保荣院士的办公室临窗就是蔚蓝的大海。“腐蚀是一个循序渐进的过程,是一个静悄悄的过程,一般不大被人注意。”3月6日上午,侯院士向记者介绍了海洋腐蚀这个隐藏着“悄悄的‘灾难’”的领域。
我国年腐蚀损失或有9000亿
“腐蚀是一个循序渐进的过程,是一个静悄悄的过程,一般不大被人注意。比如我们家里的菜刀、铁锅生锈了,大家都觉得无所谓,擦一擦就没事了。但如果从国民经济的角度来看,腐蚀造成的损失是很严重的。”记者插问了一句有没有我国腐蚀损失的相关数据,侯院士稍显沮丧地说:“由于我们国家至今还没有做过详细系统的腐蚀调查,所以也没有相关的数据。其实,国外很多国家都做过多次调查了,英国在20世纪60年代做过一次大型腐蚀调查,调查显示,他们的年腐蚀损失是13.6亿英镑,当时震惊了全世界。美国至今已经做了7次,最近的一次调查是1999年做的,他们写了100多万字的调查报告。报告显示,腐蚀损失占到美国当年国民经济生产总值的3.1%,也就是2760亿美元,平均到个人的话,每人每年就要承担1100美元。”
侯院士介绍,如果我们引用美国的数据——3.1%,那么2008年我国国民经济生产总值30万亿,腐蚀损失大致就是9000亿!“这个数据实际上可能要更大,因为我们国家各种设施建设发展比较快,而受传统观念的影响,建设过程中对防腐蚀重视程度还不够。”侯院士旁边的一位工作人员补充道。
为什么我国不做一次调查呢?“难度很大,这不是一个部门、一个院所就能完成的,而是需要有政府牵头、全国联动,但是目前我们国家在这方面的重视程度还不尽人意。”.
海洋腐蚀损失不仅包括生锈等直接损失,还包括滴漏等间接损失。腐蚀还会造成环境污染,产品质量下降,甚至危及人身安全,这些间接损失是没法估量的。由此可见海洋腐蚀防护研究意义之重大。
“1960年,中科院海洋所就设有海洋腐蚀研究小组,到1994年单独成立研究室,后来逐渐发展壮大,到现在已经有五六十人。目前,我们是青岛市海洋环境腐蚀与防护重点实验室、山东省腐蚀科学重点实验室。”记者了解到,40年来,侯院士在这里先后完成了国家863项目、国家科技支撑(攻关)项目;国家基金委、山东省科技攻关计划、中科院重大重点方向性项目;国际合作和中海油、中石化以及地方委托科技项目等60余项,获得国家科技进步奖二等奖、山东省科技进步奖一等奖和二等奖、国家海洋局海洋创新成果奖二等奖、中科院科技进步奖二等奖等多个大奖。
海洋腐蚀环境
侯保荣院士在国内率先提出了“海洋腐蚀环境”的概念。那么,海洋作为一个腐蚀环境有哪些部分组成?与其它腐蚀环境相比,海洋腐蚀环境有何特殊性?影响海洋腐蚀的因素有哪些呢?“从腐蚀的角度来看,海洋腐蚀环境包括五部分:一是海洋大气区,即处在海洋环境中但不直接接触海水的部分,一般认为,在距海岸线200米以内的区域,称为海洋大气腐蚀环境;二是浪花飞溅区,是指海浪能打上去,但涨潮时潮水涨不上去的地方;三是海水潮差区,就是涨潮时被海水浸没,退潮时又暴露在空气中的地方;再往下是海水全浸区和海底泥土区。以前,人们都认为在潮差区干湿交替、风吹雨打、太阳晒,腐蚀最为严重,而实际上这只是一种错觉。引起这种错觉可能有两个原因,一是想当然;二是以前研究海洋用钢,一片挂在大气区,一片挂在潮差区,再就是挂在海水全浸区。其结果显示潮差区腐蚀最严重,但是这种观点忽略了各个区域之间的电连接。”20世纪80年代,侯院士发明了“电连接模拟海洋环境腐蚀试验装置与方法”,用电连接的方法将五个试片连接起来,“一连接起来就产生电流,实际情况和以前那种想象是不一样的,腐蚀最严重的地方不是潮差区,而是浪花飞溅区。”这一方法获得了中国科学院重大科技成果二等奖。如今,20多年过去了,海洋腐蚀研究中仍在使用这个方法。
海洋腐蚀环境的特殊性在于,首先,由于海水含盐类,是一种强电解质溶液,金属在海洋中的腐蚀就更为严重。“像码头、桥梁、船舶等每天泡在海水里面,腐蚀就很严重。我们把一把菜刀放在海水里,比放在空气、淡水里腐蚀要严重的多。”其次,一个区带一个样,大气区、飞溅区、潮差区、全浸区、海泥区腐蚀程度都不一样,这就是我们所说的腐蚀环境的概念。“各个区带腐蚀程度不同,相应地保护措施也就不同。现在我们的研究重点放在腐蚀最严重的浪花飞溅区上。”
影响海洋腐蚀的因素很多,在不同的压力、温度、流速、微生物、材料等条件下,腐蚀情况都不相同。“我们通过电连接的方法证明的‘海洋环境中钢铁设施的基本腐蚀规律’是通用的,它显示浪花飞溅区腐蚀最为严重,这是最基本的规律。在不同的地方,比如北海、渤海、南海等可能会有所差异,但是基本都遵循这个规律。”
目前,侯院士的研究内容主要有:一是海洋环境浪花飞溅区腐蚀研究,在研课题国家科技支撑计划项目“海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀控制技术及应用”正在紧锣密鼓地进行,侯院士是这个项目的首席科学家。“浪花飞溅区是海洋环境中腐蚀最严重的地方,今年5月我们要召开一个全国性的研讨会,专门讨论浪花飞溅区的腐蚀与控制问题。”二是钢筋混凝土腐蚀,“目前钢筋混凝土结构依然是工程结构的主体,大家一般都觉得混凝土本来就是保护钢筋的,腐蚀并不严重,不需要采取特殊的防腐蚀措施了,但实际上并不是这样。起初混凝土的涂装大多只为了美观,但是随着时间的延长,在混凝土表面出现了明显的裂纹,对混凝土结构采取保护措施抑制其劣化是非常必要的。”这方面,侯院士和日照联合申请的一项山东省重大专项正在进行。三是腐蚀性跟踪研究,“搞腐蚀研究,不能安装上防护设备就完了,还要看防护效果,效果好了总结经验,效果不好想办法解决。”
“来了以后才知道要搞海洋腐蚀”
侯院士为了获取一手资料,经常出海作业,海上工作条件十分艰苦甚至有生命危险。然而,自1968年从复旦大学化学系毕业被分配到中科院海洋所,侯院士在这里一呆就是40年。“刚来的时候研究所已经有人在做这个工作,当时是一个研究小组,后来研究团队慢慢扩大。”侯院士往窗外望了望,似乎又回到了40年前,“我以前不是学这个的,我的专业是化学,当时是被分配到这里的。我来这里之前都不知道自己分到这里来干什么,来了以后人事处通知我要搞海洋腐蚀研究。后来,跟着老同志干了一段时间,在他们的指导下,干着干着就觉得挺有意思,而且逐渐觉得这个工作对国民经济有很大意义,于是就决定干这行了,我这辈子就吃这个饭了。”爽朗的笑声将回忆拉回40年后的今天。过了一会,侯院士补充道:“当时谈不上喜欢不喜欢,农村出来的孩子嘛,从小也没有很明确的理想,就是觉得这是自己工作的一部分,得认真把它做好。来这里两周以后,我就跟着到海上去了,觉得挺有意思,有意义。”
记者问起为什么43岁的时候还选择出国读博。“24年前的今天,也就是1985年3月6日,我去日本留学,又是第一次出国。一开始是公费,后来又争取到日本海外技术者研修协会的资助。经过一番周折之后,在日本一共是呆了3年又3个月。”
“当时出国的阻力也很大,正好是孩子考学的时候,两个小孩,一个考高中,一个考大学。在日本,回不了家,不在孩子身边,心里也很矛盾。那时不像现在这样开放,出一次国是很困难的。公费留学的机会太宝贵了,总想在国外多呆一点时间,多学一些东西。”尽管如此,侯院士的两个孩子都很好地完成了学业。一个在日本读完博士、在美国耶鲁大学做完博士后,现在香港工作;一个取得澳洲悉尼大学硕士学位,在上海从事律师工作。
防腐成本的“五倍定律”
采访临近结束,记者问怎么看待海洋腐蚀研究的未来。“这个领域应该说很有前途,在各行各业中都存在腐蚀问题,对海洋腐蚀的研究也很迫切。防腐蚀问题是关系到海洋工程的安全问题,是关系到延长使用寿命的问题,是海洋工程中不可缺少的一个重要环节,是应当高度重视努力做好的一项工作”
美国著名学者梅塔教授(P.K. Mehta)用五倍定律形象地描述了混凝土结构早期防护的必要性:如果在混凝土结构新建时需要花费1美元的腐蚀防护费用;在发现锈蚀时,采取措施所需要的费用为5美元;当混凝土表面顺筋开裂时,修复所需要的费用为25美元;当结构严重腐蚀破坏时,采取措施所需要的费用为125美元。“因此,对于钢筋混凝土建筑,在建设的初期、服役的前期就应该尽早分析结构的腐蚀破坏因素,根据腐蚀的具体情况采取相应的保护措施,而且定期进行防腐效果检测和剩余寿命预测,对于大型设施的百年大计将起到事半功倍的效果。”
混凝土的耐久性足以影响一个国家的可持续发展战略,腐蚀严重地影响混凝土结构的使用寿命,危及大型基础设施的安全运行。涂层保护技术可靠,易于实施,可对混凝土提供长期有效的保护,应该也一定能够得到产业界充分重视,并在我国工程建设中得到应用
目前,国内专门从事海洋腐蚀研究的机构不多。侯院士介绍,腐蚀项目的产业化情况还不乐观,技术成果推广起来还有难度,也有观念的原因,亟待得到人们的高度重视。


海洋腐蚀与防护研究发展中心

中国科学院海洋研究所海洋腐蚀与防护研究发展中心,设有山东省腐蚀科学重点实验室、青岛市海洋环境腐蚀与防护重点实验室。开展海洋腐蚀与防护研究近50年来,逐渐形成了一个团结向上、结构优化、勇于开拓的研究团队,为国家培养了大批腐蚀专业人才。中心现设有博士后流动站;海洋腐蚀与防护、海洋化学重点学科博士点和硕士点。获得各类国家、省部级奖励10余项,出版专著、论文集8部,发表论文600余篇(其中SCI、EI论文80余篇),申请专利近百项,其中发明专利60余项,彰显了中心在腐蚀科学研究领域的权威性和前沿性。《钢铁设施在海洋环境中的腐蚀及其防腐蚀技术》获国家科技进步二等奖,是中国科学院海洋研究所在海洋腐蚀领域多年来的成果结晶。
中心以海洋腐蚀应用基础研究和海洋防腐蚀高技术发展为目标,先后承担了国家科技支撑计划、863高技术研究发展计划、国家自然科学基金、国际合作基金、中国科学院重大和重点科研项目、中国科学院“百人计划”、山东省自然科学基金、青岛市科技发展计划以及中海油、中石化和中石油等大型企业委托项目共80余项。从2007年开始,侯保荣院士作为首席科学家正在承担的国家科技支撑计划项目“海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀控制技术及应用”,在重大海洋工程设施腐蚀防护技术和防腐材料方面取得了重要成果。
目前,中心研究方向主要有腐蚀与防护理论、应力腐蚀与氢脆、微生物腐蚀、浪花飞溅区包覆防护技术、阴极保护优化设计、牺牲阳极材料及应用、表面处理及金属喷涂技术、钢筋混凝土防腐涂料、长效防污涂料、超厚膜重防腐涂料、缓蚀剂研究及应用、腐蚀监测与检测技术等。
中心坚持与企业合作,致力于科研成果的转化,使实验室建设与企业发展共赢,在科技成果转化方面取得了良好效果。在海洋浪花飞溅区新型包覆防护技术、海洋钢筋混凝土防腐涂料、新型牺牲阳极材料、阴极保护监测等领域成效显著。
中心自2000年发起的海洋腐蚀与控制国际会议已成功举办四届,与日本、澳大利亚、法国、美国、英国等国家的相关单位建立了广泛的学术交流和合作关系。

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