中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕調(diào)查

摘 要：利用Uhlig方法和Hoar方法調(diào)查了近年來中國工業(yè)和自然環(huán)境腐蝕損失和腐蝕控制的現(xiàn)狀，其中包括能源、交通、建筑、機(jī)械、化工、基礎(chǔ)設(shè)施、水利和軍事設(shè)施等典型的行業(yè)和企業(yè)。用兩種方法所得到的年腐蝕損失結(jié)果相近，分別為2048億元和2288億元人民幣。如果包括間接損失，借鑒國外利用國民經(jīng)濟(jì)投入-產(chǎn)出表的計算結(jié)果進(jìn)行對比，我國每年腐蝕總損失可達(dá)4979億元以上，約占GHP的5％。為了降低腐蝕損失，應(yīng)如同對待醫(yī)學(xué)和環(huán)保一樣重視防腐蝕問題，從國家的層面上加強(qiáng)腐蝕管理，進(jìn)一步制定防腐蝕的國家規(guī)劃和立法；提出了完善防腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系以及加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和腐蝕工程教育的建議

關(guān)鍵詞：腐蝕損失　腐蝕調(diào)查　Uhlig方法　Hoar方法

前 言

腐蝕問題遍及所有行業(yè)。由于腐蝕和為了預(yù)防與減輕腐蝕的危害，不得不付出相當(dāng)沉重的代價，這種代價在國際上稱為Cost of corrosion，在中國通稱為腐蝕損失。腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括：更換設(shè)備和構(gòu)件費(fèi)、修理費(fèi)和防蝕費(fèi)等；間接損失包括：停產(chǎn)損失、事故賠償、腐蝕泄漏引起產(chǎn)品的流失、腐蝕產(chǎn)物積累或腐蝕破損引起的效能降低以及腐蝕產(chǎn)物導(dǎo)致成品質(zhì)量下降等所造成的損失。間接損失遠(yuǎn)較直接損失為大，且難以估計。以化工流程設(shè)備腐蝕導(dǎo)致停產(chǎn)的腐蝕損失為例：30萬噸合成氨生產(chǎn)裝置停產(chǎn)1天經(jīng)濟(jì)損失60萬元；儀征化纖廠35萬噸對苯二甲酸（PTA）生產(chǎn)裝置停產(chǎn)1天損失140萬元；30萬噸乙烯生產(chǎn)裝置停產(chǎn)1天損失750萬元。中原油田1993年管線與容器腐蝕穿孔8345次，更換油管590公里，直接經(jīng)濟(jì)損失7000多萬元，而產(chǎn)品流失、停產(chǎn)、效率下降、環(huán)境污染等的間接損失可達(dá)2億多元。

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家歷來都很重視腐蝕調(diào)查工作，90年代末期美、英、日等國都又一次（第一次是70年代）開展了較大規(guī)模的腐蝕損失調(diào)查。

70年代末在國家科委支持下我國曾對腐蝕較嚴(yán)重的若干行業(yè)進(jìn)行過調(diào)查，并采取了一系列措施加強(qiáng)腐蝕控制，取得了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益。近20年來，隨著改革開放，科技進(jìn)步，我國國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值急劇增長，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和管理模式都發(fā)生了很大變化，各個行業(yè)的腐蝕狀況與過去有了明顯的不同。二十一世紀(jì)，我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)入新的階段，西部大開發(fā)戰(zhàn)略組織實(shí)施，特大型跨世紀(jì)建設(shè)工程一個個上馬，大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)掀起了新的高潮。腐蝕控制工作的優(yōu)劣更加直接關(guān)系到國家建設(shè)的百年大計。

為此，1999年4月中國工程院化工、冶金與材料學(xué)部常委擴(kuò)大會議，決定啟動“中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕問題調(diào)查與對策”咨詢項(xiàng)目。任務(wù)是：搞清我國腐蝕狀況，盡可能對經(jīng)濟(jì)損失做出較準(zhǔn)確的估算，對存在的主要腐蝕問題及采取的防護(hù)措施提出中肯的和可行的建議。

本項(xiàng)目依托中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會、掛靠原中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所9現(xiàn)金屬研究所具體組織實(shí)施。在實(shí)施過程中邀請了能源、交通、建筑、機(jī)械、化工、基礎(chǔ)設(shè)施、水利和軍事設(shè)施與裝備等8個重點(diǎn)行業(yè)部門的30多位腐蝕專家組成調(diào)查組，采用典型調(diào)查和普遍性統(tǒng)計相結(jié)合的方法，選擇腐蝕問題比較普遍或嚴(yán)重、有典型性和代表性、專業(yè)人員基礎(chǔ)好和可用資料較為完整的企業(yè)（或行業(yè)）作為重點(diǎn)，向他們分發(fā)調(diào)查問卷、組織座談和專題討論，統(tǒng)一匯總。為了避免工作重復(fù)，也盡可能收集和利用已發(fā)表的部分行業(yè)的調(diào)查統(tǒng)計資料和文獻(xiàn)，進(jìn)行比較和分析。本次調(diào)查歷時三年，于2001年底基本完成。雖然調(diào)查結(jié)果還不夠完整，但全部資料來自基層，結(jié)論較為可靠。本次調(diào)查中除自然環(huán)境腐蝕狀況外包括了下述工業(yè)環(huán)境腐蝕的典型腐蝕調(diào)查報告:

·     石油天然氣開采與儲運(yùn)腐蝕調(diào)查

·     石油煉化裝置腐蝕調(diào)查

·     中國海洋石油工業(yè)腐蝕調(diào)查分析

·     電力系統(tǒng)的腐蝕與對策

·     大亞灣核電站腐蝕調(diào)查

·     鐵道行業(yè)腐蝕狀況調(diào)查

·     我國汽車腐蝕損失估算

·     重慶市公交車輛腐蝕調(diào)查報告

·     公路、橋梁、港口碼頭、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕調(diào)查

·     廣播電視鋼塔桅的自然環(huán)境腐蝕調(diào)查與對策

·     水利樞紐金屬結(jié)構(gòu)腐蝕初步調(diào)查

·     中國化工與石油化工腐蝕問題調(diào)查與對策

·     瀘州天然氣化學(xué)工業(yè)（集團(tuán)）公司腐蝕調(diào)查

·     儀征化纖股份有限公司化工廠腐蝕調(diào)查

·     上海地區(qū)制藥企業(yè)腐蝕調(diào)查

·     化工系統(tǒng)防腐蝕工作調(diào)查研究成果匯編

·     機(jī)械工業(yè)腐蝕調(diào)查

·     軍事裝備腐蝕

我們相信這些調(diào)查材料的發(fā)表對喚起公眾的防腐蝕意識，對國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和腐蝕學(xué)科的發(fā)展都會有重要的價值。

二次世界大戰(zhàn)后大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和金屬資源消耗逐漸引起世界上工業(yè)先進(jìn)國家對腐蝕的關(guān)注。70年代前后就有美國、英國、日本、西德、前蘇聯(lián)、捷克、波蘭、印度等許多國家進(jìn)行了較為系統(tǒng)的腐蝕調(diào)查。

從國外腐蝕調(diào)查情況來看，至今還沒有確定的統(tǒng)一方法，目前采用的有 Uhlig 法，即從生產(chǎn)制造方面推算防蝕費(fèi)用；Hoar法，即由各使用領(lǐng)域的腐蝕損失和防蝕費(fèi)的總和進(jìn)行推算；此外還有 Battelle 方法，即根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)關(guān)聯(lián)表，用投入/產(chǎn)出矩陣方法進(jìn)行統(tǒng)計。

（1） Uhlig 方法

Uhlig方法是從生產(chǎn),制造方面單純地累加直接防蝕費(fèi)用進(jìn)行評估。例如，算出利用各類防腐蝕措施，包括涂層與涂裝、鍍層與轉(zhuǎn)化膜表面處理、耐蝕材料、防銹油、緩蝕劑、電化學(xué)保護(hù)、腐蝕研究、腐蝕檢測等所需費(fèi)用。

（2） Hoar方法

Hoar方法是按各使用領(lǐng)域的腐蝕損失和防蝕費(fèi)的總和進(jìn)行推算。由于使用領(lǐng)域涉及到許多方面，而且同一使用領(lǐng)域的使用地點(diǎn)分散在全國各地，調(diào)查相當(dāng)困難，于是采用函調(diào)的方法，并進(jìn)行有針對性的訪問，在得到可靠的數(shù)據(jù)后利用統(tǒng)計方法推算。

（3） Battelle 方法

Battelle方法是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)關(guān)聯(lián)表，用投入/產(chǎn)出矩陣方法進(jìn)行統(tǒng)計，他們從概念上把腐蝕世界分成三類：

世界Ⅰ（現(xiàn)實(shí)的有腐蝕的世界）

世界Ⅱ（不存在腐蝕的假想世界）

世界Ⅲ（腐蝕被理想控制的世界）

定義，世界Ⅱ－世界Ⅰ=腐蝕損失

世界Ⅲ－世界Ⅰ=可避免的腐蝕損失

算出各部門 3 類腐蝕世界的費(fèi)用，而后推算腐蝕損失。

1969年英國T.P.Hoar在英國貿(mào)易和工業(yè)部（Department of Trade and Industry）支持下，進(jìn)行了英國的腐蝕調(diào)查，這就是知名的Hoar報告。

1975年美國由議會建議進(jìn)行腐蝕損失調(diào)查，由美國標(biāo)準(zhǔn)局和巴特爾研究所共同進(jìn)行調(diào)查。NBS－Battele成果于1978年公布, 該調(diào)查結(jié)果推算美國年腐蝕損失為825億美元，相當(dāng)于GNP的4.9%。

與此同時，在日本也積極開展腐蝕調(diào)查，由腐蝕防蝕協(xié)會和日本防銹技術(shù)協(xié)會共同組成了腐蝕損失調(diào)查委員會，用Uhlig方法（即從制造和生產(chǎn)方面推算）和Hoar方法（從各個使用領(lǐng)域推算）評估了日本的腐蝕損失，其該調(diào)查結(jié)果在1976年以“我國腐蝕調(diào)查報告書”為題發(fā)表。雖然日本的腐蝕損失調(diào)查僅推算了直接損失，但也達(dá)到GNP的1.8％巨大數(shù)額。

70年代這次調(diào)查的確對民眾腐蝕防蝕知識的啟蒙,腐蝕科學(xué)的發(fā)展和推動腐蝕防護(hù)技術(shù)的進(jìn)步都起了重要作用。

由這些調(diào)查普遍達(dá)到一種共識：國民經(jīng)濟(jì)為腐蝕和防治腐蝕付出了巨大的代價，其數(shù)值可占各國GNP的1～5％，其中的1/4可通過現(xiàn)有的腐蝕知識和腐蝕控制技術(shù)予以避免。

20多年以后，各國的經(jīng)濟(jì)狀況和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都發(fā)生顯著變化。從地球資源和環(huán)保關(guān)系來看，腐蝕控制和管理越來越重要。此外，人們逐漸學(xué)會利用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來看待世界, 進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析。例如利用設(shè)備使用壽命期內(nèi)總費(fèi)用的全分析(Lifetime Cycle Cost)方法和以風(fēng)險分析為基礎(chǔ)的檢測（Risk based inspection）概念處理腐蝕問題。這些因素使人們感到有必要再次進(jìn)行腐蝕損失調(diào)查。

日本腐蝕防蝕協(xié)會受到超級鋼計劃STX-2I的鼓勵，用Uhlig和Hoar兩種方法評估了1997/1998年直接腐蝕損失，并試用國民經(jīng)濟(jì)輸入/產(chǎn)出表方法進(jìn)行分析。這次調(diào)查包括6個部門：能源、運(yùn)輸、化學(xué)、金屬、機(jī)械、建設(shè)工業(yè)。結(jié)果表明，用Uhlig和Hoar兩種方法估算的1997/1998年直接腐蝕損失為39,380億日元和52,580億日元。若同時考慮間接損失，即用輸入/產(chǎn)出分析法，則整個腐蝕損失要比Uhlig方法算的高2倍多。

英國在工業(yè)貿(mào)易部支持下，由涂料研究協(xié)會和材料科學(xué)會聯(lián)合組成了調(diào)查委員會，開展了題為“腐蝕損失，風(fēng)險評估和減少腐蝕損失的研究”的工作，重點(diǎn)調(diào)查化工/石油、食品和飲料工業(yè)、海洋結(jié)構(gòu)物、鋼結(jié)構(gòu)和汽車工業(yè)。在每一部門要調(diào)查腐蝕損失；采用壽命周期成本法（LCC）和檢測風(fēng)險分析（risk based inspection 簡稱RBI）減少腐蝕損失的程度；發(fā)生與腐蝕有關(guān)的重大事故，處理這些事故所采用的方法和所達(dá)到的效果。預(yù)計2000年9月完成，但至今未見調(diào)查報告。

美國Battelle Columbus Lab以產(chǎn)業(yè)關(guān)連表（Input-Output Matrix）為基準(zhǔn)進(jìn)行計算，1975年的損失是820億美元（占GNP的4.9%），其中可避免的是330億美元。NBS（現(xiàn)為NIST）重新研討了這個報告，向議會報告為年損失700億美元，能避免的是100億美元。1996年Battelle重新計算了相隔20年后的腐蝕損失，算出的損失值為3000億美元，可避免的損失為1000億美元。可避免損失比例所以降低是由于從設(shè)計到維修過程中普及了耐蝕材料和適宜的防蝕方法。20年來美國的GNP約增長了4倍，腐蝕研究和防蝕技術(shù)的進(jìn)步使整體損失由占GNP4.9％減少到4.2％。為了進(jìn)一步查明這些結(jié)果，有必要對各領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)分析，并依據(jù)上次結(jié)果進(jìn)行正式調(diào)查。1999年，議會認(rèn)定了正式的調(diào)查 ，以NACE為主體，成立腐蝕損失調(diào)查委員會。1999年議會委托撥款100萬美元。要在2年內(nèi)由CC Technologies Laboratories和NACE International執(zhí)行一個評估美國金屬腐蝕的計劃。其目的是要提供一個在經(jīng)濟(jì)上有效，能減少腐蝕損失的策略，以減少腐蝕對公共安全、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響。該項(xiàng)研究主要針對美國經(jīng)濟(jì)有重要影響的36個部門 ，如橋梁、地下管線、機(jī)場、汽車、飛機(jī)、水、衛(wèi)生系統(tǒng)和電力等部門，采用經(jīng)濟(jì)效益和風(fēng)險分析方法，評估防蝕戰(zhàn)略的經(jīng)濟(jì)效益。最終報告預(yù)計在2001年4月完成，現(xiàn)已公布了部分調(diào)查結(jié)果（材料性能雜志，Materials Performance）報導(dǎo)了這次調(diào)查。最近在Federal Highway Administration 支持下 CC Technology的調(diào)查提出的報告指出，美國各種腐蝕控制措施和服務(wù)花費(fèi)的總和為450億美元 ，其中涂料占350億，進(jìn)而估算若干關(guān)鍵性的企業(yè)，然后再外推出總損失。所研究的領(lǐng)域包括:高速公路、橋梁、苛刻介質(zhì)的儲運(yùn)、機(jī)場、水道和港口、機(jī)動車輛、管線、鐵路和車輛、船舶、油氣裝備、造紙業(yè)、煉油、化工和制藥以及國防裝備。例如美國有60萬座高速公路橋梁，典型的壽命是50-60年。在今后15-20年將要花費(fèi)維修成本300億美元 。更換橋板的平均成本為$400m-2，橋梁涂裝每年花費(fèi)1-1.3億。美國有410000英里的油氣輸運(yùn)管線, 60%是40年以上的老管線，主要考慮外腐蝕：28%的外腐蝕失效是涂層的破壞引起的，16%屬陰極保護(hù)不良 。操作和維修的年度成本估計為40-120億美元。管線失效造成的間接損失可能很大，在中等敏感區(qū)每次溢油估計損失為1億美元。給排水系統(tǒng)需要大量維修工作 ，給水花費(fèi)10億，廢水為9億。美國有7000架飛機(jī)，其中4000架渦輪噴氣機(jī)，有一些飛機(jī)已超過20年設(shè)計壽命。每架波音777的腐蝕成本設(shè)計階段為2500萬美元 ，加工和裝配階段為45000美元，每年的維護(hù)費(fèi)用為100-250萬美元。美國有道路車輛2億臺 ，工程和材料費(fèi)估計為25億，維護(hù)修理的費(fèi)用達(dá)到42億，由于腐蝕價格的下降為140億。近30年來汽車工業(yè)有了很大的進(jìn)步 。汽車至少要用到10年以上才發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕問題。廣泛采用鍍鋅和更好的磷化預(yù)處理，車身下密封由瀝青換成PVC材料，排氣系統(tǒng)大量用不銹鋼，車身用鋁合金與塑料引入近代控制方法仍要花去總加工費(fèi)的4－5％。近數(shù)十年來由于對腐蝕過程認(rèn)識的深入以及采用了更好的材料和防護(hù)方法腐蝕損失有所降低 ，但在近海油氣開采及腐蝕性較強(qiáng)的化工企業(yè)仍會遇到嚴(yán)重的腐蝕損失。化工企業(yè)估計出來的腐蝕損失范圍很寬，取決于被加工介質(zhì)的腐蝕性，從小于0.1%到9%。絕緣保溫層下的腐蝕居于榜首。海工結(jié)構(gòu)的均勻腐蝕仍然常常遇到，化工和石化部門金屬的粉化成為一種新的威脅。RBR和LCC之類的分析方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。雖然由RBI得到有關(guān)成本節(jié)約的意見有所不同，以及LCC的分析結(jié)果受到基建投資的限制不能完全得到應(yīng)用，這意味著有一部分潛在的節(jié)約失掉了。今后操作條件會變得更加苛刻，而且現(xiàn)存工廠的老化，腐蝕損失的壓力會進(jìn)一步上升 ，需要繼續(xù)努力。根據(jù)www.NACE.org網(wǎng)頁上最近的資料 ，美國FHWA支持項(xiàng)目Cost of Corrosion study的報道，1998年美國腐蝕間接損失為1379億，外推到美國經(jīng)濟(jì)的腐蝕損失為2757億美元。