中國工業與自然環境腐蝕調查

摘 要：利用Uhlig方法和Hoar方法調查了近年來中國工業和自然環境腐蝕損失和腐蝕控制的現狀，其中包括能源、交通、建筑、機械、化工、基礎設施、水利和軍事設施等典型的行業和企業。用兩種方法所得到的年腐蝕損失結果相近，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濟投入-產出表的計算結果進行對比，我國每年腐蝕總損失可達4979億元以上，約占GHP的5％。為了降低腐蝕損失，應如同對待醫學和環保一樣重視防腐蝕問題，從國家的層面上加強腐蝕管理，進一步制定防腐蝕的國家規劃和立法；提出了完善防腐蝕的標準和規范體系以及加強基礎研究和腐蝕工程教育的建議

關鍵詞：腐蝕損失　腐蝕調查　Uhlig方法　Hoar方法

前 言

腐蝕問題遍及所有行業。由于腐蝕和為了預防與減輕腐蝕的危害，不得不付出相當沉重的代價，這種代價在國際上稱為Cost of corrosion，在中國通稱為腐蝕損失。腐蝕造成的經濟損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括：更換設備和構件費、修理費和防蝕費等；間接損失包括：停產損失、事故賠償、腐蝕泄漏引起產品的流失、腐蝕產物積累或腐蝕破損引起的效能降低以及腐蝕產物導致成品質量下降等所造成的損失。間接損失遠較直接損失為大，且難以估計。以化工流程設備腐蝕導致停產的腐蝕損失為例：30萬噸合成氨生產裝置停產1天經濟損失60萬元；儀征化纖廠35萬噸對苯二甲酸（PTA）生產裝置停產1天損失140萬元；30萬噸乙烯生產裝置停產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，直接經濟損失7000多萬元，而產品流失、停產、效率下降、環境污染等的間接損失可達2億多元。

經濟發達國家歷來都很重視腐蝕調查工作，90年代末期美、英、日等國都又一次（第一次是70年代）開展了較大規模的腐蝕損失調查。

70年代末在國家科委支持下我國曾對腐蝕較嚴重的若干行業進行過調查，并采取了一系列措施加強腐蝕控制，取得了明顯的社會經濟效益。近20年來，隨著改革開放，科技進步，我國國民經濟生產總值急劇增長，經濟結構和管理模式都發生了很大變化，各個行業的腐蝕狀況與過去有了明顯的不同。二十一世紀，我國現代化建設進入新的階段，西部大開發戰略組織實施，特大型跨世紀建設工程一個個上馬，大規模基礎設施建設掀起了新的高潮。腐蝕控制工作的優劣更加直接關系到國家建設的百年大計。

為此，1999年4月中國工程院化工、冶金與材料學部常委擴大會議，決定啟動“中國工業與自然環境腐蝕問題調查與對策”咨詢項目。任務是：搞清我國腐蝕狀況，盡可能對經濟損失做出較準確的估算，對存在的主要腐蝕問題及采取的防護措施提出中肯的和可行的建議。

本項目依托中國腐蝕與防護學會、掛靠原中國科學院金屬腐蝕與防護研究所9現金屬研究所具體組織實施。在實施過程中邀請了能源、交通、建筑、機械、化工、基礎設施、水利和軍事設施與裝備等8個重點行業部門的30多位腐蝕專家組成調查組，采用典型調查和普遍性統計相結合的方法，選擇腐蝕問題比較普遍或嚴重、有典型性和代表性、專業人員基礎好和可用資料較為完整的企業（或行業）作為重點，向他們分發調查問卷、組織座談和專題討論，統一匯總。為了避免工作重復，也盡可能收集和利用已發表的部分行業的調查統計資料和文獻，進行比較和分析。本次調查歷時三年，于2001年底基本完成。雖然調查結果還不夠完整，但全部資料來自基層，結論較為可靠。本次調查中除自然環境腐蝕狀況外包括了下述工業環境腐蝕的典型腐蝕調查報告:

·     石油天然氣開采與儲運腐蝕調查

·     石油煉化裝置腐蝕調查

·     中國海洋石油工業腐蝕調查分析

·     電力系統的腐蝕與對策

·     大亞灣核電站腐蝕調查

·     鐵道行業腐蝕狀況調查

·     我國汽車腐蝕損失估算

·     重慶市公交車輛腐蝕調查報告

·     公路、橋梁、港口碼頭、建筑等基礎設施腐蝕調查

·     廣播電視鋼塔桅的自然環境腐蝕調查與對策

·     水利樞紐金屬結構腐蝕初步調查

·     中國化工與石油化工腐蝕問題調查與對策

·     瀘州天然氣化學工業（集團）公司腐蝕調查

·     儀征化纖股份有限公司化工廠腐蝕調查

·     上海地區制藥企業腐蝕調查

·     化工系統防腐蝕工作調查研究成果匯編

·     機械工業腐蝕調查

·     軍事裝備腐蝕

我們相信這些調查材料的發表對喚起公眾的防腐蝕意識，對國家經濟建設、國防建設和腐蝕學科的發展都會有重要的價值。

二次世界大戰后大規模的基礎設施建設和金屬資源消耗逐漸引起世界上工業先進國家對腐蝕的關注。70年代前后就有美國、英國、日本、西德、前蘇聯、捷克、波蘭、印度等許多國家進行了較為系統的腐蝕調查。

從國外腐蝕調查情況來看，至今還沒有確定的統一方法，目前采用的有 Uhlig 法，即從生產制造方面推算防蝕費用；Hoar法，即由各使用領域的腐蝕損失和防蝕費的總和進行推算；此外還有 Battelle 方法，即根據企業生產關聯表，用投入/產出矩陣方法進行統計。

（1） Uhlig 方法

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

（2） Hoar方法

Hoar方法是按各使用領域的腐蝕損失和防蝕費的總和進行推算。由于使用領域涉及到許多方面，而且同一使用領域的使用地點分散在全國各地，調查相當困難，于是采用函調的方法，并進行有針對性的訪問，在得到可靠的數據后利用統計方法推算。

（3） Battelle 方法

Battelle方法是根據企業生產關聯表，用投入/產出矩陣方法進行統計，他們從概念上把腐蝕世界分成三類：

世界Ⅰ（現實的有腐蝕的世界）

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 類腐蝕世界的費用，而后推算腐蝕損失。

1969年英國T.P.Hoar在英國貿易和工業部（Department of Trade and Industry）支持下，進行了英國的腐蝕調查，這就是知名的Hoar報告。

1975年美國由議會建議進行腐蝕損失調查，由美國標準局和巴特爾研究所共同進行調查。NBS－Battele成果于1978年公布, 該調查結果推算美國年腐蝕損失為825億美元，相當于GNP的4.9%。

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

70年代這次調查的確對民眾腐蝕防蝕知識的啟蒙,腐蝕科學的發展和推動腐蝕防護技術的進步都起了重要作用。

由這些調查普遍達到一種共識：國民經濟為腐蝕和防治腐蝕付出了巨大的代價，其數值可占各國GNP的1～5％，其中的1/4可通過現有的腐蝕知識和腐蝕控制技術予以避免。

20多年以后，各國的經濟狀況和相應的產業結構都發生顯著變化。從地球資源和環保關系來看，腐蝕控制和管理越來越重要。此外，人們逐漸學會利用系統工程的觀點和方法來看待世界, 進行技術經濟綜合分析。例如利用設備使用壽命期內總費用的全分析(Lifetime Cycle Cost)方法和以風險分析為基礎的檢測（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行腐蝕損失調查。

日本腐蝕防蝕協會受到超級鋼計劃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，并試用國民經濟輸入/產出表方法進行分析。這次調查包括6個部門：能源、運輸、化學、金屬、機械、建設工業。結果表明，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。

英國在工業貿易部支持下，由涂料研究協會和材料科學會聯合組成了調查委員會，開展了題為“腐蝕損失，風險評估和減少腐蝕損失的研究”的工作，重點調查化工/石油、食品和飲料工業、海洋結構物、鋼結構和汽車工業。在每一部門要調查腐蝕損失；采用壽命周期成本法（LCC）和檢測風險分析（risk based inspection 簡稱RBI）減少腐蝕損失的程度；發生與腐蝕有關的重大事故，處理這些事故所采用的方法和所達到的效果。預計2000年9月完成，但至今未見調查報告。

美國Battelle Columbus Lab以產業關連表（Input-Output Matrix）為基準進行計算，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的進步使整體損失由占GNP4.9％減少到4.2％。為了進一步查明這些結果，有必要對各領域進行詳細分析，并依據上次結果進行正式調查。1999年，議會認定了正式的調查 ，以NACE為主體，成立腐蝕損失調查委員會。1999年議會委托撥款100萬美元。要在2年內由CC Technologies Laboratories和NACE International執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濟上有效，能減少腐蝕損失的策略，以減少腐蝕對公共安全、環境和經濟的影響。該項研究主要針對美國經濟有重要影響的36個部門 ，如橋梁、地下管線、機場、汽車、飛機、水、衛生系統和電力等部門，采用經濟效益和風險分析方法，評估防蝕戰略的經濟效益。最終報告預計在2001年4月完成，現已公布了部分調查結果（材料性能雜志，Materials Performance）報導了這次調查。最近在Federal Highway Administration 支持下 CC Technology的調查提出的報告指出，美國各種腐蝕控制措施和服務花費的總和為450億美元 ，其中涂料占350億，進而估算若干關鍵性的企業，然后再外推出總損失。所研究的領域包括:高速公路、橋梁、苛刻介質的儲運、機場、水道和港口、機動車輛、管線、鐵路和車輛、船舶、油氣裝備、造紙業、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1-1.3億。美國有410000英里的油氣輸運管線, 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，在中等敏感區每次溢油估計損失為1億美元。給排水系統需要大量維修工作 ，給水花費10億，廢水為9億。美國有7000架飛機，其中4000架渦輪噴氣機，有一些飛機已超過20年設計壽命。每架波音777的腐蝕成本設計階段為2500萬美元 ，加工和裝配階段為45000美元，每年的維護費用為100-250萬美元。美國有道路車輛2億臺 ，工程和材料費估計為25億，維護修理的費用達到42億，由于腐蝕價格的下降為140億。近30年來汽車工業有了很大的進步 。汽車至少要用到10年以上才發現明顯的腐蝕問題。廣泛采用鍍鋅和更好的磷化預處理，車身下密封由瀝青換成PVC材料，排氣系統大量用不銹鋼，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的4－5％。近數十年來由于對腐蝕過程認識的深入以及采用了更好的材料和防護方法腐蝕損失有所降低 ，但在近海油氣開采及腐蝕性較強的化工企業仍會遇到嚴重的腐蝕損失。化工企業估計出來的腐蝕損失范圍很寬，取決于被加工介質的腐蝕性，從小于0.1%到9%。絕緣保溫層下的腐蝕居于榜首。海工結構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得到廣泛應用。雖然由RBI得到有關成本節約的意見有所不同，以及LCC的分析結果受到基建投資的限制不能完全得到應用，這意味著有一部分潛在的節約失掉了。今后操作條件會變得更加苛刻，而且現存工廠的老化，腐蝕損失的壓力會進一步上升 ，需要繼續努力。根據www.NACE.org網頁上最近的資料 ，美國FHWA支持項目Cost of Corrosion study的報道，1998年美國腐蝕間接損失為1379億，外推到美國經濟的腐蝕損失為2757億美元。