中國科學(xué)院金屬研究所王長(zhǎng)罡在SELF格致論道講壇說到:我國每年因?yàn)楦g而造成的經(jīng)濟(jì)損失,相當(dāng)于兩個(gè)汶川大地震造成的損失。中國工程院院士柯偉也在《中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕調(diào)查》中指出:我國每年腐蝕總損失可達(dá)4979億元以上,約占GDP的5%,分?jǐn)偟矫總€(gè)公民每年要承擔(dān)1555元的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),其中尤以鋼鐵腐蝕最為突出和明顯,而且體量最大。據(jù)統(tǒng)計(jì),作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家,我國2005年鋼鐵產(chǎn)量為37117.02萬噸;而被腐蝕的鋼鐵占到鋼鐵總產(chǎn)量的1/10。因此,避免鋼鐵腐蝕對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的意義重大,控制鋼鐵腐蝕的發(fā)生不僅與國計(jì)民生息息相關(guān),也體現(xiàn)著整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。
防腐蝕專家普遍認(rèn)為,如果能夠應(yīng)用當(dāng)代腐蝕與防護(hù)知識(shí)和技術(shù)對(duì)腐蝕進(jìn)行控制,可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,我國至少可以減少腐蝕損失約1500億元,占GDP的1%―1.5%。如果加強(qiáng)管理,對(duì)腐蝕防護(hù)科學(xué)更加重視,控制技術(shù)會(huì)進(jìn)一步提高,由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)更低。對(duì)于金屬鋼鐵來說,就可以避免占總產(chǎn)量1/10的鋼鐵損失,既帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益;也對(duì)節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重大的社會(huì)意義。作為使用頻率最高,應(yīng)用最普遍的通用金屬---鋼鐵,其腐蝕控制,特別是防腐蝕材料選擇及方法備受關(guān)注。金屬防腐蝕防腐雖然很多;但是由于造價(jià)和工藝條件的限制,或者人們宣傳了解不夠,很多防腐蝕方法在實(shí)際工程上得不到普及應(yīng)用。目前工程上應(yīng)用比較多的防腐蝕選材及方法大致有:選用耐蝕材料、有機(jī)涂料覆蓋層保護(hù)、金屬覆蓋層和表面處理、電化學(xué)保護(hù)等等。20世紀(jì)80年代,美國防腐蝕以耐蝕材料和覆蓋層保護(hù)為主,其防腐蝕投資花費(fèi)耐蝕材料為54.24%,有機(jī)材料4.5%,覆蓋層保護(hù)29%,緩蝕劑保護(hù)3.4%,電化學(xué)保護(hù)4.5%,其他占1%;而中國和日本采用的防腐蝕方法主要方法是有機(jī)涂料覆蓋層、表面處理及耐蝕材料,顯然,還有許多比較理想的,具有實(shí)用條件的防腐蝕方法未能得到推廣應(yīng)用,也是我們國家防腐蝕領(lǐng)域今后待以開發(fā)和推廣使用的“處女地”。鋼鐵防腐蝕材料選擇及方法經(jīng)常受到造價(jià)因素的影響,例如要求鋼鐵使用壽命常造價(jià)高,反之則短;防腐蝕材料性能及質(zhì)量高造價(jià)高,反之質(zhì)量差的造價(jià)則低;工藝方法與成熟程度復(fù)雜造價(jià)高,反之則造價(jià)低;另外對(duì)于施工環(huán)境施工條件,比較好的造價(jià)比較節(jié)省,相對(duì)差的則浪費(fèi),造成造價(jià)高。通過大量的鋼鐵防腐材料及方法選擇案列可以比較,單位面積費(fèi)用按下列順序遞增:緩蝕劑<有機(jī)涂層<無機(jī)涂層<有機(jī)涂層加陰極保護(hù)<金屬層<金屬(或者是轉(zhuǎn)化膜)加有機(jī)涂料層<包覆層<耐蝕材料<高耐蝕材料。從中可以看出鋼鐵防腐選擇材料及工藝方法,高耐蝕材料造價(jià)比較高,緩蝕劑很低。因此,防腐蝕施工技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際要求耐腐蝕年限來確定防腐蝕材料和方法,有時(shí)候也可以將造價(jià)高的和低的材料進(jìn)行復(fù)合使用,綜合各自耐腐蝕性能,既滿足生產(chǎn)正常運(yùn)行需要也降低了整體造價(jià)。比如在選擇高耐蝕材料時(shí),可以在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑,減少腐蝕強(qiáng)度,延長(zhǎng)高耐蝕材料的使用壽命。
鋼鐵作為通用的金屬材料,使用廣泛,體量巨大,是防腐領(lǐng)域最多的保護(hù)對(duì)象。控制鋼鐵不被腐蝕歷來是廣大防腐蝕科技工作者的最為光榮而又艱巨的使命,有目的的消除鋼鐵腐蝕帶來的危害和損失,只有通過對(duì)防腐蝕材料的選擇和施工工藝管理及后期維護(hù),才能真正把占到鋼鐵總產(chǎn)量1/10的腐蝕量降低下來,乃至一定使用期限內(nèi)不被腐蝕。目前,根據(jù)大量的實(shí)踐應(yīng)用案列和典型的成功經(jīng)驗(yàn),選擇和使用較為成熟的防腐蝕材料及方法有以下一些種類,可以在防腐蝕設(shè)計(jì)和施工時(shí)選擇參考選用:
一.內(nèi)陸及工業(yè)環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料選擇及防腐蝕方法
1、普通大氣(內(nèi)陸大氣,日曬雨淋),案例如電力,通訊鐵塔,支架等,可選擇熱浸,噴涂金屬層(鋅-鋁),無機(jī),有機(jī)層及其復(fù)合層。
2、工業(yè)或城市污染大氣(日曬雨淋,酸堿性氣體污染),案列如工礦企業(yè)區(qū)外露設(shè)施,支架,管道等,可選擇熱浸,噴涂金屬層(鋅-鋁,鋁),無機(jī),有機(jī)層及其復(fù)合層等。
3、常溫,中溫,高溫的酸堿性氣體(含有硫化氫,二氧化硫,氧化氮,氨氣,氯氣等酸堿性氣體條件下,溫度有室溫,40-150℃,150-400℃,400-900℃)。案列如化工容器,管道,反應(yīng)排放系統(tǒng),凈化,加熱設(shè)施,爐道等,可選擇耐蝕散熱材料,復(fù)合材料,熱擴(kuò)散,熱浸,噴涂金屬層(鋁,鎳,硅,鈦,鉻)有機(jī),無機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層。
4、常溫,中溫,高溫的酸堿性液體(氫氧化銨,氫氧化鈉,鹽酸,硝酸,硫酸,磷酸等,溫度<40℃,50-200℃,>200℃),案例如酸堿液儲(chǔ)槽,罐體,化工設(shè)施等,可選擇耐蝕材料,復(fù)合材料,有機(jī)層,包覆金屬,無機(jī)層,陽極保護(hù)等。
5、淡水(河水或者<40℃的常用水),案列如飲水容器,水封槽,水工閘門等,可選擇緩蝕劑,金屬層(鋅,鋅-鋁),有機(jī)無機(jī)覆蓋層等。
6、高溫淡水(40-100℃高溫水,高溫蒸汽),案例如冷卻水系統(tǒng)管路設(shè)施,城市供熱系統(tǒng)等,可選擇緩蝕劑,金屬層(鋅,鋅-鋁,鋁)有機(jī),無機(jī)覆蓋層,耐腐蝕材料,復(fù)合材料等。
7、海淡水(含鹽度低于海水的河口水),案列如河口碼頭,閘門設(shè)施等,可選擇金屬層(鋅,鋅-鋁)有機(jī)無機(jī)覆蓋層,耐蝕材料,復(fù)合材料等。
8、小于100℃的高純水(去離子水,蒸餾水),案列如高溫鍋爐用水系統(tǒng)等,可以選擇有機(jī),無機(jī)覆蓋層,耐蝕材料,復(fù)合材料等。
9、污水(小于60℃酸堿性污泥濁水排放系統(tǒng))案列如化工廠排放管道,礦井排放管等,可以選擇有機(jī),無機(jī),金屬高強(qiáng)層,耐蝕材料,復(fù)合材料等。
10、高速水(產(chǎn)生磨蝕,空泡腐蝕的高流速淡水或者海水),案列如在海水,河水中船舶的螺旋槳葉,水輪機(jī)葉片等,可以選擇耐空蝕材料,有機(jī),金屬高強(qiáng)度復(fù)合層等。
11、高潮濕污染大氣(80%-90%濕度,并含有硫化氫,二氧化硫,二氧化氮,氯氣,甲烷等污染氣體),案列如煤礦,天然氣礦井井下設(shè)施,隧道,坑道設(shè)施等,可以選擇金屬有機(jī)復(fù)合層,有機(jī),無機(jī)覆蓋層,緩蝕劑等。
二.海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料選擇防腐蝕方法
1、海洋大氣區(qū)(高鹽度海洋氣候,風(fēng)吹雨打,強(qiáng)日光照射),案列如海船,鉆井平臺(tái),浮標(biāo)等的上層建筑和岸邊港工設(shè)施等,可以選擇有有機(jī),無機(jī),金屬覆層(鋅,鋁,鋅-鋁,鎳,銅,鎘)金屬與有機(jī)復(fù)合層,轉(zhuǎn)化膜加有機(jī)層。
2、水線與飛濺區(qū)(高鹽度海洋氣候,海水間浸干濕交替,海浪排擊沖刷,強(qiáng)光日照,海生物附著),案列如海船,鉆井平臺(tái),浮標(biāo)等的水線上下1-2m部位區(qū),可以選擇重防腐金屬(鋅-鋁)或有機(jī)層,金屬(鋁,鎳,銅-鎳)或非金屬包覆層,金屬(鋅-鋁)與有機(jī)復(fù)合層等。
3、海水全浸區(qū)(海水浸泡,海流沖刷,海生物附著),案列如海船,鉆井平臺(tái),浮標(biāo)等水下全浸部位區(qū),可選擇有機(jī)覆層加陰極保護(hù),金屬(鋅,鋅-鋁)與有機(jī)復(fù)合層或者加陰極保護(hù),阻銹混凝土層加陰極保護(hù)等。
4、淺近海底和岸灘土壤(海水和土壤生物基礦物質(zhì)),案列如鉆井平臺(tái)基座,港工設(shè)施基礎(chǔ)等,可以使用覆蓋層加陰極保護(hù)。
5、海上特殊工況(a高濃度海鹽,潮濕,酸堿氣候;b高濃度海鹽氣候,燃燒廢氣和熱溫;c海水油污加振動(dòng)和微熱;d海水和淡水積存處)案列如海船化學(xué)儲(chǔ)艙和電瓶艙內(nèi);海船燃燒廢氣排煙管道和尾噴口等;海船主機(jī)艙底,油船內(nèi)艙底等;船上壓載艙和淡水艙等,可以選擇a有機(jī)與金屬(鋁,鎳)覆蓋層或包覆層,復(fù)合材料等;b耐蝕材料,復(fù)合材料,金屬(鋁,鋅-鋁,鎳)有機(jī),無機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層;c耐蝕材料,復(fù)合材料,金屬(鋁,鋅-鋁)有機(jī),無機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層或者添加緩蝕劑等;d覆蓋層加陰極保護(hù),阻銹混凝土層,金屬(鋅-鋁,鋅)有機(jī),無機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層,緩蝕劑等。
通過以上鋼結(jié)構(gòu)在不同腐蝕環(huán)境下防腐蝕材料及方法的選擇,可以有效的阻止腐蝕的發(fā)生,避免安全隱患帶來的風(fēng)險(xiǎn),大大延長(zhǎng)了鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命,節(jié)約了大量的資金,并且為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出了積極的貢獻(xiàn)。防腐蝕技術(shù)工程人員在實(shí)際防腐蝕施工中,科學(xué)謹(jǐn)慎的對(duì)鋼鐵防腐蝕材料及方法選擇,可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,也就是說等于GDP增長(zhǎng)將近1500億元。除了上述成熟的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料及方法外,具有前瞻性的新技術(shù)新材料應(yīng)用將會(huì)刷新防腐蝕工程技術(shù)人員的觀念,鋼鐵腐蝕帶來的損失和危害將會(huì)變得更低,甚至最低,從而賦能快速增長(zhǎng)的工業(yè)化進(jìn)程,促進(jìn)防腐蝕材料及方法的飛速發(fā)展,為我國整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平屹立于世界之林打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。