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中国工业与自然环境腐蚀调查

更新日期:2017年8月6日 大字 小字
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          中国工业与自然环境腐蚀调查

要:利用Uhlig方法和Hoar方法调查了近年来中国工业和自然环境腐蚀损失和腐蚀控制的现状,其中包括能源、交通、建筑、机械、化工、基础设施、水利和军事设施等典型的行业和企业。用两种方法所得到的年腐蚀损失结果相近,分别为2048亿元和2288亿元人民币。如果包括间接损失,借鉴国外利用国民经济投入-产出表的计算结果进行对比,我国每年腐蚀总损失可达4979亿元以上,约占GHP5%。为了降低腐蚀损失,应如同对待医学和环保一样重视防腐蚀问题,从国家的层面上加强腐蚀管理,进一步制定防腐蚀的国家规划和立法;提出了完善防腐蚀的标准和规范体系以及加强基础研究和腐蚀工程教育的建议

关键词:腐蚀损失 腐蚀调查 Uhlig方法 Hoar方法

腐蚀问题遍及所有行业。由于腐蚀和为了预防与减轻腐蚀的危害,不得不付出相当沉重的代价,这种代价在国际上称为Cost of corrosion,在中国通称为腐蚀损失。腐蚀造成的经济损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括:更换设备和构件费、修理费和防蚀费等;间接损失包括:停产损失、事故赔偿、腐蚀泄漏引起产品的流失、腐蚀产物积累或腐蚀破损引起的效能降低以及腐蚀产物导致成品质量下降等所造成的损失。间接损失远较直接损失为大,且难以估计。以化工流程设备腐蚀导致停产的腐蚀损失为例:30万吨合成氨生产装置停产1天经济损失60万元;仪征化纤厂35万吨对苯二甲酸(PTA)生产装置停产1天损失140万元;30万吨乙烯生产装置停产1天损失750万元。中原油田1993年管线与容器腐蚀穿孔8345次,更换油管590公里,直接经济损失7000多万元,而产品流失、停产、效率下降、环境污染等的间接损失可达2亿多元。

经济发达国家历来都很重视腐蚀调查工作,90年代末期美、英、日等国都又一次(第一次是70年代)开展了较大规模的腐蚀损失调查。

70年代末在国家科委支持下我国曾对腐蚀较严重的若干行业进行过调查,并采取了一系列措施加强腐蚀控制,取得了明显的社会经济效益。近20年来,随着改革开放,科技进步,我国国民经济生产总值急剧增长,经济结构和管理模式都发生了很大变化,各个行业的腐蚀状况与过去有了明显的不同。二十一世纪,我国现代化建设进入新的阶段,西部大开发战略组织实施,特大型跨世纪建设工程一个个上马,大规模基础设施建设掀起了新的高潮。腐蚀控制工作的优劣更加直接关系到国家建设的百年大计。

为此,19994月中国工程院化工、冶金与材料学部常委扩大会议,决定启动“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”咨询项目。任务是:搞清我国腐蚀状况,尽可能对经济损失做出较准确的估算,对存在的主要腐蚀问题及采取的防护措施提出中肯的和可行的建议。

本项目依托中国腐蚀与防护学会、挂靠原中国科学院金属腐蚀与防护研究所9现金属研究所具体组织实施。在实施过程中邀请了能源、交通、建筑、机械、化工、基础设施、水利和军事设施与装备等8个重点行业部门的30多位腐蚀专家组成调查组,采用典型调查和普遍性统计相结合的方法,选择腐蚀问题比较普遍或严重、有典型性和代表性、专业人员基础好和可用资料较为完整的企业(或行业)作为重点,向他们分发调查问卷、组织座谈和专题讨论,统一汇总。为了避免工作重复,也尽可能收集和利用已发表的部分行业的调查统计资料和文献,进行比较和分析。本次调查历时三年,于2001年底基本完成。虽然调查结果还不够完整,但全部资料来自基层,结论较为可靠。本次调查中除自然环境腐蚀状况外包括了下述工业环境腐蚀的典型腐蚀调查报告:

·     石油天然气开采与储运腐蚀调查

·     石油炼化装置腐蚀调查

·     中国海洋石油工业腐蚀调查分析

·     电力系统的腐蚀与对策

·     大亚湾核电站腐蚀调查

·     铁道行业腐蚀状况调查

·     我国汽车腐蚀损失估算

·     重庆市公交车辆腐蚀调查报告

·     公路、桥梁、港口码头、建筑等基础设施腐蚀调查

·     广播电视钢塔桅的自然环境腐蚀调查与对策

·     水利枢纽金属结构腐蚀初步调查

·     中国化工与石油化工腐蚀问题调查与对策

·     泸州天然气化学工业(集团)公司腐蚀调查

·     仪征化纤股份有限公司化工厂腐蚀调查

·     上海地区制药企业腐蚀调查

·     化工系统防腐蚀工作调查研究成果汇编

·     机械工业腐蚀调查

·     军事装备腐蚀

我们相信这些调查材料的发表对唤起公众的防腐蚀意识,对国家经济建设、国防建设和腐蚀学科的发展都会有重要的价值。

二次世界大战后大规模的基础设施建设和金属资源消耗逐渐引起世界上工业先进国家对腐蚀的关注。70年代前后就有美国、英国、日本、西德、前苏联、捷克、波兰、印度等许多国家进行了较为系统的腐蚀调查。

从国外腐蚀调查情况来看,至今还没有确定的统一方法,目前采用的有 Uhlig 法,即从生产制造方面推算防蚀费用;Hoar法,即由各使用领域的腐蚀损失和防蚀费的总和进行推算;此外还有 Battelle 方法,即根据企业生产关联表,用投入/产出矩阵方法进行统计。

1 Uhlig 方法

Uhlig方法是从生产,制造方面单纯地累加直接防蚀费用进行评估。例如,算出利用各类防腐蚀措施,包括涂层与涂装、镀层与转化膜表面处理、耐蚀材料、防锈油、缓蚀剂、电化学保护、腐蚀研究、腐蚀检测等所需费用。

2 Hoar方法

Hoar方法是按各使用领域的腐蚀损失和防蚀费的总和进行推算。由于使用领域涉及到许多方面,而且同一使用领域的使用地点分散在全国各地,调查相当困难,于是采用函调的方法,并进行有针对性的访问,在得到可靠的数据后利用统计方法推算。

3 Battelle 方法

Battelle方法是根据企业生产关联表,用投入/产出矩阵方法进行统计,他们从概念上把腐蚀世界分成三类:

世界Ⅰ(现实的有腐蚀的世界)

世界Ⅱ(不存在腐蚀的假想世界)

世界Ⅲ(腐蚀被理想控制的世界)

定义,世界Ⅱ-世界Ⅰ=腐蚀损失

世界Ⅲ-世界Ⅰ=可避免的腐蚀损失

算出各部门 3 类腐蚀世界的费用,而后推算腐蚀损失。

1969年英国T.P.Hoar在英国贸易和工业部(Department of Trade and Industry)支持下,进行了英国的腐蚀调查,这就是知名的Hoar报告。

1975年美国由议会建议进行腐蚀损失调查,由美国标准局和巴特尔研究所共同进行调查。NBSBattele成果于1978年公布该调查结果推算美国年腐蚀损失为825亿美元,相当于GNP4.9%

与此同时,在日本也积极开展腐蚀调查,由腐蚀防蚀协会和日本防锈技术协会共同组成了腐蚀损失调查委员会,用Uhlig方法(即从制造和生产方面推算)和Hoar方法(从各个使用领域推算)评估了日本的腐蚀损失,其该调查结果在1976年以“我国腐蚀调查报告书”为题发表。虽然日本的腐蚀损失调查仅推算了直接损失,但也达到GNP1.8%巨大数额。

70年代这次调查的确对民众腐蚀防蚀知识的启蒙,腐蚀科学的发展和推动腐蚀防护技术的进步都起了重要作用。

由这些调查普遍达到一种共识:国民经济为腐蚀和防治腐蚀付出了巨大的代价,其数值可占各国GNP15%,其中的1/4可通过现有的腐蚀知识和腐蚀控制技术予以避免。

20多年以后,各国的经济状况和相应的产业结构都发生显著变化。从地球资源和环保关系来看,腐蚀控制和管理越来越重要。此外,人们逐渐学会利用系统工程的观点和方法来看待世界进行技术经济综合分析。例如利用设备使用寿命期内总费用的全分析(Lifetime Cycle Cost)方法和以风险分析为基础的检测(Risk based inspection)概念处理腐蚀问题。这些因素使人们感到有必要再次进行腐蚀损失调查。

日本腐蚀防蚀协会受到超级钢计划STX-2I的鼓励,用UhligHoar两种方法评估了1997/1998年直接腐蚀损失,并试用国民经济输入/产出表方法进行分析。这次调查包括6个部门:能源、运输、化学、金属、机械、建设工业。结果表明,用UhligHoar两种方法估算的1997/1998年直接腐蚀损失为39,380亿日元和52,580亿日元。若同时考虑间接损失,即用输入/产出分析法,则整个腐蚀损失要比Uhlig方法算的高2倍多。

英国在工业贸易部支持下,由涂料研究协会和材料科学会联合组成了调查委员会,开展了题为“腐蚀损失,风险评估和减少腐蚀损失的研究”的工作,重点调查化工/石油、食品和饮料工业、海洋结构物、钢结构和汽车工业。在每一部门要调查腐蚀损失;采用寿命周期成本法(LCC)和检测风险分析(risk based inspection 简称RBI)减少腐蚀损失的程度;发生与腐蚀有关的重大事故,处理这些事故所采用的方法和所达到的效果。预计20009月完成,但至今未见调查报告。

美国Battelle Columbus Lab以产业关连表(Input-Output Matrix)为基准进行计算,1975年的损失是820亿美元(占GNP4.9%),其中可避免的是330亿美元。NBS(现为NIST)重新研讨了这个报告,向议会报告为年损失700亿美元,能避免的是100亿美元。1996Battelle重新计算了相隔20年后的腐蚀损失,算出的损失值为3000亿美元,可避免的损失为1000亿美元。可避免损失比例所以降低是由于从设计到维修过程中普及了耐蚀材料和适宜的防蚀方法。20年来美国的GNP约增长了4倍,腐蚀研究和防蚀技术的进步使整体损失由占GNP4.9%减少到4.2%。为了进一步查明这些结果,有必要对各领域进行详细分析,并依据上次结果进行正式调查。1999年,议会认定了正式的调查 ,以NACE为主体,成立腐蚀损失调查委员会。1999年议会委托拨款100万美元。要在2年内由CC Technologies LaboratoriesNACE International执行一个评估美国金属腐蚀的计划。其目的是要提供一个在经济上有效,能减少腐蚀损失的策略,以减少腐蚀对公共安全、环境和经济的影响。该项研究主要针对美国经济有重要影响的36个部门 ,如桥梁、地下管线、机场、汽车、飞机、水、卫生系统和电力等部门,采用经济效益和风险分析方法,评估防蚀战略的经济效益。最终报告预计在20014月完成,现已公布了部分调查结果(材料性能杂志,Materials Performance)报导了这次调查。最近在Federal Highway Administration 支持下 CC Technology的调查提出的报告指出,美国各种腐蚀控制措施和服务花费的总和为450亿美元 ,其中涂料占350亿,进而估算若干关键性的企业,然后再外推出总损失。所研究的领域包括:高速公路、桥梁、苛刻介质的储运、机场、水道和港口、机动车辆、管线、铁路和车辆、船舶、油气装备、造纸业、炼油、化工和制药以及国防装备。例如美国有60万座高速公路桥梁,典型的寿命是50-60年。在今后15-20年将要花费维修成本300亿美元 。更换桥板的平均成本为$400m-2,桥梁涂装每年花费1-1.3亿。美国有410000英里的油气输运管线, 60%40年以上的老管线,主要考虑外腐蚀:28%的外腐蚀失效是涂层的破坏引起的,16%属阴极保护不良 。操作和维修的年度成本估计为40-120亿美元。管线失效造成的间接损失可能很大,在中等敏感区每次溢油估计损失为1亿美元。给排水系统需要大量维修工作 ,给水花费10亿,废水为9亿。美国有7000架飞机,其中4000架涡轮喷气机,有一些飞机已超过20年设计寿命。每架波音777的腐蚀成本设计阶段为2500万美元 ,加工和装配阶段为45000美元,每年的维护费用为100-250万美元。美国有道路车辆2亿台 ,工程和材料费估计为25亿,维护修理的费用达到42亿,由于腐蚀价格的下降为140亿。近30年来汽车工业有了很大的进步 。汽车至少要用到10年以上才发现明显的腐蚀问题。广泛采用镀锌和更好的磷化预处理,车身下密封由沥青换成PVC材料,排气系统大量用不锈钢,车身用铝合金与塑料引入近代控制方法仍要花去总加工费的45%。近数十年来由于对腐蚀过程认识的深入以及采用了更好的材料和防护方法腐蚀损失有所降低 ,但在近海油气开采及腐蚀性较强的化工企业仍会遇到严重的腐蚀损失。化工企业估计出来的腐蚀损失范围很宽,取决于被加工介质的腐蚀性,从小于0.1%9%。绝缘保温层下的腐蚀居于榜首。海工结构的均匀腐蚀仍然常常遇到,化工和石化部门金属的粉化成为一种新的威胁。RBRLCC之类的分析方法已经得到广泛应用。虽然由RBI得到有关成本节约的意见有所不同,以及LCC的分析结果受到基建投资的限制不能完全得到应用,这意味着有一部分潜在的节约失掉了。今后操作条件会变得更加苛刻,而且现存工厂的老化,腐蚀损失的压力会进一步上升 ,需要继续努力。根据网页上最近的资料 ,美国FHWA支持项目Cost of Corrosion study的报道,1998年美国腐蚀间接损失为1379亿,外推到美国经济的腐蚀损失为2757亿美元。