中國工程院院士侯保榮:為海洋設施披上防腐蝕“外衣”

發佈時間:2022-02-14 14:11:22 | 來源:中國自然資源報 | 作者:王晶 | 責任編輯:周舟

跨海大橋、海上航船、作業平臺、科考設備……對於任何工業材料來説,腐蝕都是一名悄悄的破壞者。這種破壞,在海洋環境中則更為嚴重。中國工程院重大諮詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”調研結果表明,2014年我國腐蝕成本約為21278.2億元,約佔當年國內生産總值的3.34%。

隨著海洋活動越來越頻繁,怎樣預防和減少海洋腐蝕帶來的損失,提高我國海洋防腐意識和科技水準,顯得尤為重要。

侯保榮在海上風電施工現場中國科學院海洋研究所供圖

“我就是想專心幹好海洋腐蝕與防護這一件事。”80歲的中國工程院院士、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮這樣説。由他主持研發的復層礦脂包覆防腐蝕技術,仿佛為海洋設施披上了防腐蝕的“外衣”。
1月20日,中國科學院召開2022年度工作會議,侯保榮獲得2021年度中國科學院傑出科技成就獎。

劍指“浪花飛濺區”

1970年3月,年輕的侯保榮正式入職中國科學院海洋研究所,加入了海洋腐蝕與防護研究隊伍。

那時,大家認為海洋環境劃分為大氣區、潮差區和海水區三個腐蝕區帶。潮差區潮水忽高忽低,加上風吹日曬,被認為是腐蝕最嚴重區域。

但事實果真如此嗎?研究團隊在上海石油化工總廠陳山原油碼頭海邊臨時構建了一個水池開展挂片實驗。

“我們的工作環境、條件特別差,吃飯只能在露天,蒼蠅圍著人轉,一揮手‘呼’地趕走一大群。”侯保榮笑著描述。

功夫不負有心人,日復一日的實驗得出結論,浪花飛濺區是腐蝕防護忽視的“大老虎”,它才是海洋鋼結構腐蝕最嚴重的區域,是真正的腐蝕防護“短板”和“痛點”。

摸清海洋環境腐蝕規律後,如何降服浪花飛濺區這個“吃金屬的老虎”,成為縈繞在侯保榮心頭的一大難題。

侯保榮帶領研發小組,翻閱了大量外籍文獻、專利等,發現在浪花飛濺區採用包覆防腐蝕技術效果理想,在中國尚屬空白。

當時,潤滑脂是有效的防腐方法之一,侯保榮先後運用數十種潤滑脂進行實驗,取得了一定效果,但是被潤滑脂包覆的鋼鐵表面始終有少量腐蝕。這是為什麼呢?侯保榮陷入了思考。

實驗、觀察、思考、再實驗……侯保榮終於揭秘:浪花飛濺區的鋼結構表面一直有殘留的海水,即使塗抹潤滑脂,表面的海水也被一併包裹在裏面,是這些殘留海水導致了點蝕的發生。

但是,如何在不改變施工環境的前提下,把鋼鐵表面殘余的水分去除呢?他專程請教了高分子專家,並與日本專家合作,提出在有機大分子極性基團上增加水油置換基團,將金屬表面的水分置換出來,在金屬表面只留下油性基團,避免腐蝕。這種改性防護脂的防護性能大大提高。

在此項突破的基礎上,侯保榮集中精力對防護脂配方、緩蝕劑成分同時改進,多層復配,最終形成了由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩衝層和防蝕保護罩組成的復層礦脂包覆防腐蝕技術(PTC)。

該技術表面處理簡單,施工方便,可帶水帶銹施工,既能夠隔絕海水,外層的密封緩衝層和玻璃鋼防蝕罩還能有效抵禦機械損傷和外界衝擊,兼具防腐、水下施工、環保等多個優點。

生産線上做科研

“實驗室製備只是第一步,科學技術要服務於社會工程必須擴大生産。”侯保榮先後走訪了20多個沿海城市的港口及上百家企業,始終堅持在一線。

沒有正式的中試實驗平臺,侯保榮就借用四面漏風的廢棄大院,加工了簡易的生産設備,熱火朝天地做起實驗來。

儘管條件艱苦,但侯保榮從未想過放棄。

他提交了“我國海洋工程設施浪花飛濺區防腐蝕工作亟待加強”的院士建議,作為首席科學家承擔了“十一五”“十二五”國家科技支撐計劃,獲得連續項目支援,由此完成了 PTC技術擴大生産的關鍵一步。

數十年的探索,侯保榮與高技術企業青島迪恩特新材料科技有限公司合作,共同研發包覆技術生産設備,從Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,到可以批量穩定生産的Ⅳ型,設計建立了一套完整的自動化生産線,打破國外技術壟斷,生産能力最終滿足了防腐工程需要。

院企合作,實現了該技術在國內的首次規模化、標準化生産,保障了産品性能達到國家標準要求,産品品質穩定,具有中國計量認證機構(CMA)的合格檢測報告。

目前,該技術在青島港液體化工碼頭已使用近15年,至今保護狀態完好,無任何破損現象,檢查內部鋼結構無任何腐蝕,光亮如新,預計防護壽命可達30年以上。

在我國東北的極寒極惡劣環境下,PTC技術也能夠有效抵禦海冰碰撞,經受住考驗,在冬季結冰期長達5個月之久的丹東華能電廠煤碼頭,成果已順利應用8年。

目前,PTC技術已經實現了我國全緯度的適用性,紮根我國防腐工程建設。産品在大連北良港碼頭、上海洋山深水港液化天然氣碼頭、杭州灣大橋等近50項國家重大工程中應用。

永不停歇的腳步

科研的腳步是不停歇的。針對不同工程的特殊性,侯保榮又進行個性化 PTC技術升級。利用多片嵌合式防蝕保護罩技術,解決了海上風電超大直徑塔筒的現場包覆和陸地預包覆防腐難題;解決了幾十座橋梁錨室系統和埋地管道的防護難題,實現了PTC技術在多種場景的應用。

針對海洋大氣區異型鋼結構的腐蝕防控難題、海工鋼筋混凝土的腐蝕防控難題,侯保榮率團隊研發出了氧化聚合包覆防腐技術(OTC)、柔韌性鋼筋混凝土涂層防腐技術(FCC)等一系列成果,填補了國內技術空白,並實現産業化。

這些成果在110余項重大工程中得到成功應用,創造了巨大的經濟效益與社會效益。

對侯保榮來説,2021年是個豐收年。他獲得了中國科學院傑出科技成就獎,還獲得了聯合國世界腐蝕組織(WCO)首屆世界“腐蝕成就獎”。這不僅是對侯保榮在世界腐蝕防護領域突出貢獻的高度肯定,更是對侯保榮産學研結合、科研成果應用實際的充分認可。

侯保榮表示:“得到的成績只代表過去,我會繼續奮鬥在腐蝕研究的第一線,儘自己最大的努力,為我國防腐事業做出一點貢獻。”