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海洋工程材料腐蚀监测与防护技术

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海洋工程材料腐蚀监测与防护技术

引言

随着我国航运和海洋工程事业的迅速发展，船舶、海洋平台及港口设施等海洋工程结构使用了大量的金属材料，而且投入量逐年增加。这些海洋结构材料的大量使用和海洋构筑物的建设，要求人们对钢铁等海洋结构材料在海洋环境下的腐蚀行为有正确的认识。金属材料在海洋中的腐蚀相当严重。目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失高达数万亿美元。[1-5]研究腐蚀的目的是为了防腐，本文综述了海洋工程材料监测技术和腐蚀监测的基本要求，介绍了腐蚀防护的基本方法。

1腐蚀监测技术

1.1腐蚀监测技术简介

腐蚀监测技术，就是对设备的腐蚀速度和某些与腐蚀速度密切相关的参数进行连续或断续测量，同时根据这测量对生产过程的有关条件进行控制的一种技术。可以了解腐蚀控制的效果，迅速、准确的判断设备的腐蚀情况和存在隐患，以便研究制定出恰当的防腐措施。[6]

腐蚀监测是腐蚀防护的基础工作，对材料的防腐起到非常重要的作用，但长期以来发展比较慢。从20世纪80年代起，国际上对腐蚀监测有了更清楚的认识，逐步发展起来了可用于工业生产的监测技术。它是由实验室腐蚀试验方法和设备的无损检测技术发展而来的，从时间上可分为传统监测技术和现代监测技术。传统的腐蚀监测方法从原理上可分为物理测试（失重挂片法、电阻法、氢监测）、电化学测试（线性极化电阻法）、化学分析（分析铁离子、氯离子、硫化氢、二氧化碳、PH值、细菌等）。现代监测技术如：超声波法、声发射法、电位法、电阻法、电偶法、热象法、射线技术及各种探针技术[7]。近年来又出现了许多新的监测技术，如交流阻抗技术、恒电量技术、电化学噪声技术，并在这些技术基础上相应的研制了各类的腐蚀监测仪器。[8-13]

1.2腐蚀监测方法的要求

由于腐蚀监测的目的是实现腐蚀检测，并进而实现对腐蚀的控制，所以腐蚀监测的方法应满足一下几项要求。

（1）使用可靠，可以长期进行测量，有适当的精度和测量重现性，以便确切的判定腐蚀速率。

（2）应当是无损检测，测量不需要停车。这对于高温、高压和具有放射性等工艺特别重要。

（3）具有足够高的灵敏度和反应速率，测量过程要尽可能短，以满足自动报警和自动控制的要求。

（4）操作维护简单

1.3腐蚀监测方法的选择

选择腐蚀监测方法时，首先要明确需要获得的信息，其中包括设备管理方面需要的信息。根据这些要求，可以按下述几种情况来进行选择。表1为几种常见检测方法的比较。

（1）如果是对一种新的腐蚀情况进行判断，在腐蚀过程的本质和控制因素未知或不完全清楚的情况下，可以通过实验室模拟实验来确定某项最重要的影响因素，以确定选择某一种监测技术，解释由设备监测获得的结果。

（2）如果是监测已知系统的腐蚀行为，对于腐蚀过程的本质和控制因素已经通过相似装置成功监测明确。基于成功经验，可直接移植使用。

2腐蚀控制技术

研究腐蚀的目的是为了防腐。实践证明，如果充分利用现有的防腐技术，广泛开展防腐教育，并采用严格的防腐设计与科学的管理，因腐蚀造成的经济损失中有20%—40%是可以避免的。[14]大的方向来说，腐蚀控制技术应从五个方面入手：

（1）材料本身方面，合理选材，提高金属纯度，添加合金元素或进行热处理。

（2）改变环境介质的腐蚀性，如从系统腐蚀介质中除去H、溶解O2等去极化剂；

（3）采用防腐层，如涂料、塑料、橡胶等有机材料覆盖层或玻璃、陶瓷等无机材料，隔绝金属与腐蚀介质的接触；

（4）电化学保护，包括阴极保护和阳极保护；

（5）工艺控制，包括除砂除杂、调节温度、压力、流速、流动状态、金属结构尺寸、增大腐蚀余量等措施。

2.1合理选材

（1）钢铁材料

常用的钢铁材料根据组成可分为三种：铸铁、碳钢和不锈钢。普通铸铁在碱性环境中具有相当好的耐腐蚀性能，在工程上得到广泛的应用，尤其是各类海水泵、阀门等部件。在铸铁中加入不同的合金元素，可生产出各类耐腐蚀合金铸铁，主要有低合金铸铁、高镍铸铁、高铬铸铁、高硅铸铁等。碳钢和普通低合金钢在海洋工程用金属材料中占80%以上，价格低廉、使用方便、加工性能好、使用经验丰富、可靠性高。不锈钢的耐腐蚀性在海洋大气、飞溅带、潮差带较好，在海水全浸区不锈钢的主要腐蚀特征是局部腐蚀。目前不锈钢主要应用于在海水淡化工程中的容器、管道、海水泵；海水养殖工业中的网箱、海水潜水泵等，不锈钢配件如阀门、螺栓、网等在海洋工程中也广泛使用。

（2）铜与铜合金

铜与铜合金具有良好的力学性能、可成型性、导热性，同时在海洋环境中具有优良的耐腐蚀性。在海洋环境中，铜和铜合金常见的腐蚀类型有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和成分选择性腐蚀等，此外还有应力腐蚀和疲劳腐蚀发生。白