我國腐蝕成本及其防控策略
材料腐蝕是生產(chǎn)生活中的常見現(xiàn)象,嚴重的腐蝕不僅會造成材料失效,還可能誘發(fā)猝不及防的災難性事故。了解與認識腐蝕問題,是保障人民群眾生命財產(chǎn)安全的必然要求。為此,中國工程院針對我國腐蝕成本進行了調(diào)查研究。數(shù)據(jù)表明,2014年,我國腐蝕成本為 21278.2 億元人民幣,約占當年國內(nèi)生產(chǎn)總值的 3.34%。腐蝕問題可防可控,通過實施防腐蝕頂層設計、加強腐蝕與防護研究、開發(fā)新型防腐蝕技術、推行防腐蝕經(jīng)驗標準、提高全民防腐蝕意識等方式,我國腐蝕防護水平將得以全面提升。材料腐蝕是材料與環(huán)境發(fā)生化學或電化學反應而產(chǎn)生的材料破壞現(xiàn)象。材料腐蝕是生產(chǎn)生活中的常見現(xiàn)象,嚴重的腐蝕不僅會造成材料失效,還可能誘發(fā)猝不及防的災難性事故,給人民群眾生產(chǎn)生活帶來嚴重影響。了解與認識腐蝕問題,不僅是技術研究的需要,更是保障社會各界生命財產(chǎn)安全的必然要求。
一、腐蝕防護的重要性
腐蝕防護事關安全。腐蝕造成的危險物質泄露爆炸以及結構建筑斷裂垮塌,會給人民帶來猝不及防的意外事故,危及群眾財產(chǎn)和人身安全。
腐蝕防護事關節(jié)約。腐蝕會加速已建成的設施和裝備老化退役,縮短其壽命周期,而建造設施裝備過程中使用了大量原材料和能源,因此腐蝕會造成間接浪費。腐蝕會造成水污染、大氣污染、土壤污染等一系列污染問題,使這些珍貴資源更加稀缺。
腐蝕防護事關經(jīng)濟。每個行業(yè)都涉及腐蝕問題,腐蝕問題得到有效控制和解決,對企業(yè)提高生產(chǎn)效率、控制整體成本具有重要作用。
腐蝕防護事關民生。腐蝕造成的液體跑、冒、滴、漏現(xiàn)象和產(chǎn)生的有毒有害物質,會嚴重影響百姓的日常生活和身體健康。
腐蝕防護事關生態(tài)。國外管道腐蝕破裂造成的大量石油泄漏事故,一度使河流、湖泊和上百公頃土地受到嚴重污染,大批植物枯死、動物絕跡。
腐蝕防護事關節(jié)約。腐蝕會加速已建成的設施和裝備老化退役,縮短其壽命周期,而建造設施裝備過程中使用了大量原材料和能源,因此腐蝕會造成間接浪費。
二、腐蝕成本調(diào)查
腐蝕成本調(diào)查活動是了解國家、地區(qū)或行業(yè)腐蝕狀況的具體形式。通過腐蝕調(diào)查不僅能夠了解到該國家、地區(qū)或行業(yè)特定階段由腐蝕現(xiàn)象造成的損失程度,也能夠洞察造成這些腐蝕問題的深層次原因,從而提出有針對性的防護策略,進而實施必要的防護措施,防控腐蝕帶來的危害,降低腐蝕造成的損失。
1、美國腐蝕調(diào)查
美國的 Uhlig開展了全國腐蝕成本最早的研究工作,并于 1949 年發(fā)表“The Cost of Corrosion to TheUnited States”一文,文中指出,美國的年度腐蝕成本約為 55 億美元,約占1949 年該國國民生產(chǎn)總值(GNP)的 2.1%。
1999—2001年,美國CCTechnologies公司聯(lián)合美國交通部、高速公路管理局和美國腐蝕工程師協(xié)會(CEInternational)對該國的腐蝕成本進行了調(diào)查研究,而這已是美國進行的第七次腐蝕成本調(diào)查。
2、日本腐蝕調(diào)查
1976年,日本防銹技術協(xié)會和腐蝕防蝕協(xié)會在通商產(chǎn)業(yè)省機械振興資金資助下,成立了以岡本剛委員長為首的腐蝕調(diào)查委員會,綜合已有調(diào)查方法對多個領域進行了為期 1 年的深入調(diào)研,這是日本開展的第一次腐蝕調(diào)查。調(diào)查表明,1974年日本由腐蝕造成的損失約占日本當年GNP的2%。但這項研究僅僅評估了腐蝕的直接成本,如果將間接成本包括在內(nèi),腐蝕的整體成本會更高。1999年開展了第二次腐蝕成本調(diào)查,該次調(diào)查推算的直接和間接腐蝕成本達到9.7 兆日元,占據(jù)GNP的1.88%。報告指出,如果進行更加詳細的調(diào)查,推算出的腐蝕成本一定比上述數(shù)值更大,甚至可能達到 GNP的3%—4%。2016年,日本第三次腐蝕成本調(diào)查也已啟動,筱原正教授任腐蝕調(diào)查委員會主席。
3、英國腐蝕調(diào)查
1969 年,英國開展包括建筑、食品、工程機械、政府部門、海洋平臺、金屬冶煉和加工、石油化工、能源、交通和水環(huán)境等多個行業(yè)的腐蝕成本調(diào)查,并于 1971 年發(fā)表了英國腐蝕與防護狀況調(diào)查報告。結果表明,英國年腐蝕成本為 13.65 億英鎊,占英國 GNP 的 3.5%。
4、國際性腐蝕調(diào)查
2013 年 10月,美國腐蝕工程師協(xié)會啟動了一項國際性的腐蝕調(diào)查活動 IMPACT。該調(diào)查由美國腐蝕工程師協(xié)會牽頭,并由挪威船級社-德國勞氏船級社(DNV GL)和美國生產(chǎn)效率與質量中心(APQC)聯(lián)合中國、加拿大、印度等多個國家的企業(yè)和科研機構共同完成。2014 年,IMPACT 項目經(jīng)理一行來中國進行了大量調(diào)研,最終確認由中國工程院院士、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮擔任全球腐蝕調(diào)查中國區(qū)主席。
5、中國腐蝕調(diào)查
我國的腐蝕調(diào)查工作起步相對較晚。1980年7月,原國家科委腐蝕學科組向化學工業(yè)、煉油工業(yè)、冶金工業(yè)、化纖工業(yè)等7個部門發(fā)放了《腐蝕管理與腐蝕損失調(diào)查表》,并進行了實地考察和調(diào)研。
1986 年,由武漢材料保護研究所負責對我國機械工業(yè)的腐蝕成本進行了調(diào)查。1999 年,根據(jù)柯偉院士和曹楚南院士建議,中國工程院進行了“中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕問題調(diào)查與對策”項目研究。
2015年,中國工程院設立了“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目。該項目由中國科學院海洋研究所牽頭,聯(lián)合中國腐蝕與防護學會、北京科技大學、北京航空航天大學、南京水利科學研究院、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院共同開展全國性的腐蝕調(diào)查。
三、腐蝕調(diào)查方法
國際通用的腐蝕成本調(diào)查方法有 Uhlig法、Hoar法和 Battelle法。
1、Uhlig法
Uhlig法是將生產(chǎn)、制造、養(yǎng)護、維修方面的防腐蝕措施所需費用直接累加。。這些防腐蝕措施包括涂料與涂裝、表面處理、耐蝕材料、防銹油、緩蝕劑、電化學保護、腐蝕研究和腐蝕檢測等。Uhlig法通過總結防腐蝕材料、技術和相關服務所需成本得出整體腐蝕成本。防腐蝕材料成本可從政府部門、貿(mào)易組織、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)單位等多種渠道獲得。通過公開資料查閱、專家學者咨詢、組織機構調(diào)研等方式獲取防腐蝕技術和服務成本數(shù)據(jù)。
2、Hoar法
Hoar法考察統(tǒng)計各行業(yè)的腐蝕成本和防蝕費用,繼而進行累加綜合。采用函調(diào)、專家咨詢、實地調(diào)研等多種方式獲得可靠數(shù)據(jù),利用數(shù)學統(tǒng)計方法推算行業(yè)腐蝕成本,然后根據(jù)所得數(shù)據(jù)推算國家整體腐蝕成本。
3、Battelle法
Battelle法是用投入/產(chǎn)出矩陣(企業(yè)生產(chǎn)關聯(lián)表)統(tǒng)計得出國民經(jīng)濟各部門相關腐蝕費用,然后計算腐蝕成
本。該方法提出了 3 種“世界”:
世界Ⅰ——存在腐蝕的真實世界;
世界Ⅱ——沒有腐蝕的假想世界;
世界Ⅲ——假想的能夠通過充分實踐有效防腐的世界。
投入/產(chǎn)出模型被用于描述這 3 種“世界”。然后,這項研究將整體腐蝕成本確定為世界Ⅰ與世界Ⅱ間的差異。并進一步將整體腐蝕成本劃分為可避免和不可避免兩部分。
四、腐蝕調(diào)查結果
Uhlig法調(diào)研結果表明,2014年中國直接腐蝕成本總計約10639.1億元人民幣。直接腐蝕成本中,防腐涂料占比最大,其次為防腐材料和表面處理費用。值得注意的是,由于難以獲得腐蝕監(jiān)檢測行業(yè)確切數(shù)據(jù)等原因,腐蝕監(jiān)檢測成本未計算在內(nèi)。參考國內(nèi)外腐蝕調(diào)查經(jīng)驗,間接腐蝕成本包含腐蝕誘發(fā)的產(chǎn)量下降、信譽降低、環(huán)境污染、生態(tài)破壞、人員傷亡等因素導致的成本,間接腐蝕成本一般是直接腐蝕成本的1至數(shù)倍。保守估算,間接腐蝕成本與直接腐蝕成本相同。這樣,采用 Uhlig 法計算的2014年中國腐蝕總成本為21278.2億元人民幣,占 2014年中國國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的3.34%,即每位中國公民當年需承擔約1555元人民幣的腐蝕成本。
五、關于進一步提升我國腐蝕防護水平的建議
腐蝕防護科學是研究和保護人類文明賴以存在和發(fā)展的物質基礎,即研究和保護各類材料、設備、設施的一門關鍵科學。但由于腐蝕防護是跨行業(yè)、跨部門、共性的,且不直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益,它的被關注程度較低。然而,腐蝕防護安全關系到國家經(jīng)濟健康發(fā)展和國防建設長治久安,具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。因此,必須全面提升我國腐蝕防護水平保障社會生產(chǎn)生活安全。
1、推進防腐蝕工作頂層設計,加強腐蝕防護管理
目前,缺乏專門機構及人員負責我國腐蝕防護工作的戰(zhàn)略指導和總體規(guī)劃。鑒于腐蝕防護領域重要性及其跨行業(yè)、跨部門的特點,可由科學技術部牽頭,組織國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、國家市場監(jiān)督管理總局等相關部門共同成立腐蝕防護領導小組和常設機構,加強我國腐蝕防護工作頂層規(guī)劃、設計、協(xié)調(diào)、管理,促進我國腐蝕防護水平穩(wěn)步提升。
2、設立科技專項,加大腐蝕防護技術研究,推動我國腐蝕防護技術創(chuàng)新發(fā)展
腐蝕防護是國民經(jīng)濟各行業(yè)面臨的共性科學問題,應圍繞我國基礎設施和裝備腐蝕防護重大科技問題及重大工程需求,在腐蝕規(guī)律、耐蝕機制、數(shù)值模擬、專用設備、腐蝕大數(shù)據(jù)、安全監(jiān)檢測、防腐新材料、長效防腐技術、安全管理體系等方面充分認知腐蝕破壞規(guī)律,突破腐蝕防護安全領域難點核心技術、關鍵共性技術和專用防護技術,推動各行業(yè)設施與裝備安全延壽。
3、盡快建立健全腐蝕防護安全相關法律法規(guī)及標準體系
建立健全腐蝕防護法律法規(guī)及相關安全標準體系,強化腐蝕防護安全管理和監(jiān)管力度。促使企事業(yè)單位在工程設計、選材、建設、運行、維護等各階段,采取針對性腐蝕防護標準,保障工程長久安全。
4、加大先進腐蝕防護技術的融合、示范、推廣和應用
經(jīng)過多年的發(fā)展,我國在腐蝕防護領域已建立了一批研究和應用開發(fā)隊伍,研發(fā)了一批具有國際領先水平的技術。應圍繞我國基礎設施和重大裝備建設發(fā)展,推動先進腐蝕防護安全技術在新建和在役設施裝備上的示范、推廣和應用,推動“中國制造”由量向質的跨越。
5、加強教育和科普宣傳,提高全民腐蝕防護意識
此次腐蝕調(diào)查結果表明,各行業(yè)開展腐蝕防護工作的最大困難是腐蝕防護專業(yè)人才的缺乏。因此,腐蝕防護安全國家戰(zhàn)略除了需要在先進腐蝕防護技術研究、腐蝕安全法規(guī)和腐蝕安全管理上加大力度外,更需要在腐蝕教育與科普等方面大力開展工作。應通過公共媒體宣傳、社會公益活動等多種途徑,豐富加強普通民眾的腐蝕防護知識和全壽命周期成本意識,讓公眾、政府部門、企業(yè)家、青年學生等各類群體認識到腐蝕危害和防腐的重要性。
六、結語
腐蝕問題是客觀存在的,但這并不意味著可以不重視腐蝕問題。腐蝕問題造成材料破壞,帶來突發(fā)性災難事故,造成難以挽回的重大損失。腐蝕問題可防可控,通過深入認識腐蝕規(guī)律,掌握腐蝕防護技術,推行防腐蝕設計管理,加強防腐蝕意識理念,就可以緩解腐蝕問題,提升設施裝備安全性。
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