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宋玉苏:深入研读南海环境 用防腐技术做好深蓝后盾

2018-01-26 14:30:25
作者:王妮
来源:《腐蚀防护之友》

以海洋为主要活动平台的国际化军种,以船舶为主体的海军装备往往以科技含量高,覆盖全球而著称。而装备的平稳运行,是保证发挥其战斗力的基础,装备在环境中的腐蚀状态,是决定装备使用状态、可靠性和寿命的重要因素之一,达到这样一个认识高度,也是随着海军装备技术的不断发展壮大一步一步加深提高的。我国海军装备的腐蚀与防护技术的发展经历了漫长的认识过程。

    以海洋为主要活动平台的国际化军种,以船舶为主体的海军装备往往以科技含量高,覆盖全球而著称。而装备的平稳运行,是保证发挥其战斗力的基础,装备在环境中的腐蚀状态,是决定装备使用状态、可靠性和寿命的重要因素之一,达到这样一个认识高度,也是随着海军装备技术的不断发展壮大一步一步加深提高的。我国海军装备的腐蚀与防护技术的发展经历了漫长的认识过程。我国海军所处的中国海域具有怎么样的特点,特别是岛礁地区具备怎样的气候特点,在海洋气候特征下,我国海军典型装备的防腐技术取得了哪些关键技术的发展?为此,记者采访了海军工程大学理学院博士生导师宋玉苏教授,宋教授回顾了在海军装备进入电子化、自动化、现代化、信息化建设的新阶段,腐蚀与防护技术取得的长足发展,以典型装备防腐蚀技术的案例,为我们展示了海军装备腐蚀与防护技术已经成为装备建设上的守望者。

 

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宋玉苏教授


    记者:我国海岛环境与大陆环境相比具有怎样的环境特点?对海军装备有哪些影响?


    宋教授:
我国海洋区域辽阔,位于北太平洋西部边缘,南起赤道附近、北至渤海辽东湾,横跨40 个纬度,包括温带、亚热带和热带三种气候带。从北到南有渤海、黄海、东海、南海四大海区,所处环境大部属于海洋性气候,所属的地区为:热带海洋性气候区(包括海南岛、雷州半岛及台湾南部),亚热带海洋性气候区(包括台湾中部、北部,东南沿海口岸及岛屿),温带海洋性气候区(包括华北、东北沿海海口岸及岛屿)。海岛环境与大陆环境相比具有以下特征:


    温度高: 由于海洋性气候的影响,海岛的温度变化与内陆有比较明显的差异,一是海岛地区的日温差小于同纬度内陆地区的日温差;二是海岛地区的气温年温差要小于同纬度内陆地区的年温差;三是我国东南沿海岛屿的月均气温较高,日温差大约5℃ , 气温的最低值最高值也比内陆地区要小,一年的最高气温,海岛地区与内陆相差不超过10℃。


    湿度大: 海岛由于与海洋相邻,空气中水分的含量较大,所以海岛环境中相对湿度较高。某海岛与内陆某地的一年12 个月的平均相对湿度的分布如表1所示:


    从表1 可知,某海岛的月平均相对湿度,与内陆某地区相比平均高出28.4%,可见海岛在长时间相对湿度较高,比较潮湿。


    盐分高: 氯化钠、氯化镁、氯化钙等无机盐离子溶解在海水中,在风力或者其他条件作用下,形成小液滴飞溅进入大气中,水分蒸发,无机盐会变成细小盐粒,随风飘荡,使得沿海地区空气中具有更高的无机盐含量,同时这些盐粒在湿度较大的大气中又会吸湿,形成小液滴,继而形成盐雾。由于海岛长年受到海风的影响,在空气中自然带有大量的含盐的液滴,影响到装备的存储。存储在海岛上一段时间的装备,就会发现在包装箱的内表面有一层白色针状形的无机盐结晶体。海岛某地大气中氯化钠的含量见表2。


    雨雾多:由于与海洋相邻,大量被蒸发的海水被风吹到海岛上形成水蒸气,水蒸气上升遇冷凝结,容易形成区域性降雨。冷暖气流在海岛地区的交锋频率较高、作用时间长,使得海岛地区的雨季长于内陆地区。尤其春夏两季,而有的地区则全年有雾。一般认为距离海岸线200m 以内的区域可称为海洋大气的腐蚀环境,这一环境有着自身特有的环境气候,下表是我国四大海域的主要环境因素数据。

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    上述数据清楚地表明海洋环境的特殊性:大气中含有以氯化钠为代表的盐分,这是海洋与内陆环境的根本差。特别是南海地区,其环境特征突出地体现在“三高一强”上:高温度、高湿度、高盐度和强烈的阳光照射。虽然整体上我国各大海域气候环境年均气温不是特别高,但是南海的气温大于30℃的天数超过160 天;各海域的年平均相对湿度从68% ~ 79% 不等,但是南海地区稳定在80%,其年均降雨量达到1600mm,含盐量除渤海外其他三个海域接近,但是南海地区太阳辐射突出,年辐射总量是其他海域的1.5 倍。高温度、高湿度、高盐度和强烈的太阳辐射,加上多种因素还存在协同加强作用,因此这样的环境条件对各种工程设施材料都面临着严峻的考验,对金属材料而言就是严重的电化学腐蚀问题。因此海军装备的腐蚀与防护工作刻不容缓。


   
 记者:装备的腐蚀与防护工作近年取得的了哪些进展,实现了哪些重要的技术攻关突破?


    宋教授:
装备的腐蚀与防护工作,经过了多年持续不断的努力。围绕着装备的建设开发中,装备的腐蚀与防护技术经历了不同的发展阶段,其中几个重要的技术攻关突破,为装备的防腐技术水平提高奠定了基础:


    1、船舶完整防腐涂料体系的建立:随着我国造船工业发展,在上世纪60-70 年代,对船舶系统化的防腐涂料技术进行了国家级的攻关,有专业院所牵头,组织多家单位通力合作,先后开发了能够基本满足船舶使用要求的配套涂料体系,实现了船舶涂料的国产化。近20 年随着技术水平的不断提高,国际上一流的船舶涂料厂商均先后进入中国,成为船舶涂料的供应商,目前船舶及装备的常规涂料涂装技术基本上与国际接轨,除了长效防污涂料这一世界性难题外,基本上能够满足船舶及装备的使用、维修周期需要。但是在装备所需的功能性涂料方面:如关系船舶安全性的高阻燃内舱涂料、耐高温涂料等等,还存在不小的差距,这些技术只能靠我们自己持续努力力,不断提高产品性能。

 

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    2、攻关管路的“三漏”顽症:船舶上有多种介质油、水、气的管路系统,早期存在“跑、冒、滴、漏”现象,一旦出现问题,必须在现场第一时间应急处理并解决问题,无疑有较大的难度,因此“三漏”问题成为制约船舶运行稳定、安全的“短板”。为此以修理部门为主体,开展了船舶腐蚀的综合治理工作:首先组成了涉及船舶设计、建造、使用、维修、专业院所等多个方面的研究队伍,开展了深入的基层一线部队、维修所、船厂等调查走访、详尽勘察船舶等装备的现场使用状况、运行过程,腐蚀状况,系统的收集、整理复杂的资料,召开专门的腐蚀研讨会,进行专业的总结、分析和评估,开展了系列化的专题研究工作,历时多年,对我军船舶等装备的腐蚀现状及特征有了深入的研究,先后研究、开发、应用了多项防腐技术:如耐蚀材料的研究、开发和应用:开发了不同级别的耐蚀船体钢以满足需要,对复杂的管路系统用材进行了系统的升级换代:紫铜、镍铜合金、双相不锈钢等,对管路的连接部件这类存在典型电偶腐蚀的部位进行系统完善,针对船体保护的阴极保护技术得到普遍的应用,装备腐蚀及防腐技术得到了普及。


    3、引进船舶防腐技术的认识及借鉴:随着先进国家相关船舶的引进,为我国打开了了解国际船舶防腐技术的窗口:船舶全系统、整体化的防腐理念,严谨、规范、复杂的防腐技术措施,极大地震撼了相关人员。从此船舶的腐蚀工作受到极大重视,加之原有多年的防腐工作积累,船舶防腐开启了完整的腐蚀控制及防护的系统设计,促进了防腐工作由修理部门主导转向顶层设计部门入手,贯穿于装备设计、研制、建造、服役使用、状态监测、维护保养、维修等全过程的局面。船舶的腐蚀与防护技术成为了装备可靠性、安全性的重要因素,标志着对船舶的腐蚀问题的认识发生了质的飞跃,全面的防腐工作得到迅速的开展:


    首先全面、系统地研究、分析引进船舶全系统的防腐设计理念,如各种管路均严格地与船体绝缘隔离,有针对性的防腐技术,特别是对关键部位腐蚀状态的监测技术,以及多种技术的复合、匹配等问题均进行深入的研究、分析,掌握、消化引进船舶所运用的防腐关键技术,积极借鉴这些技术,通过国产化研究,开发自主防腐技术,并运用到相关装备,全面提升了我国船舶的防腐技术水平。


    如针对异金属连接件,单个部件之间均需要进行严格的绝缘材料隔离,同时在连接件外部采用胶质装物质整体包覆,彻底隔绝环境腐蚀性介质的浸入,同时此类包覆可以重复进行,保护效果良好。这类可以现场使用、可拆卸、反复使用的产品,效果良好,极好地满足了船舶保护的需求,实际应用也越来越广。在海洋环境中飞行的飞机,壳体为铝合金板材,但是大量使用钢制铆钉固定加强,在连接面要求采用聚硫密封胶做贴合面全部密封作为加强防护,严格防止外界水汽的渗透侵入,通过控制阴极还原剂来减缓金属腐蚀。


    电子电气装备的腐蚀:随着信息化、智能化的发展,电子电气装备的可靠性、安全性的依赖程度越来越高,美军曾经做过系统的调研论证,装备出现故障中有近50-60% 的几率是与电子电气类设备的腐蚀有关联。作为装备的使用者,只能够在装备使用中建立规范化的操作流程,及时的巡查状态监测、定期的维护保养,尽可能控制环境的湿度、盐度、光照、温度等因素对电子类装备的影响,抑制和降低电子电气的故障率。


    与此同时随着研究的深入,对相关问题有了新的认识:如大型水面船舶的阴极保护系统,不仅仅是单一的防腐功能,还关系到船舶特征电场的特性,船舶水中电场的产生、探测和控制,这方面研究的意义大大超越了防腐技术本身,为开展船舶电场特种技术研究指明了方向。


    4、走向深蓝的迫切需求:随着我国海洋战略的发展,一系列的出访、远洋航行、国际上的护航、维稳行动,特别是岛礁建设,对装备的防腐提出了更高的要求:海洋环境的严酷,装备的适应性、日常使用、维护保养、维修工作等等都面临新的考验。有了前面装备防腐工作的经验,组成了以国家级的专业研究院所为主,涵盖了设计、施工、使用、维护、维修等等多方面的攻关团队,大力借鉴国内外先进的海洋长效防腐技术,在先期设计阶段就将腐蚀防护问题并入装备全系统、全寿命设计范围,千方百计保证装备的可靠性、安全性和技战术性能的发挥。与此同时依托专业的腐蚀研究单位,先后开展了海洋环境下材料的腐蚀特性、装备的腐蚀特征、相关防腐技术的有效评估等工作,这些基础性的研究工作,也为我国的岛礁建设工程奠定了重要的技术基础。


 
   记者:请您展望一下,未来海军装备防腐蚀领域里,未来创新发展的方向有哪些?


    宋教授:
海军装备的发展伴随着腐蚀与防护问题,必须持续关注,不断跟进,按照个人浅显的认识,下面这些方面还有大量的工作需要开展:


    装备在南海环境下的腐蚀影响因素缺乏准确的把握:为此需要进一步深入了解海洋环境下装备的腐蚀行态及特征研究,积累系统的数据信息。掌握决定装备腐蚀主要因素及不同因素之间的复杂制约关系,国家、海军等方面已经开展了相关工作。


    装备腐蚀状态的检监测方法研究:腐蚀是装备运行状态的指标之一,但是缺乏原位监检测的手段,这是腐蚀研究领域的难题,在实际装备中使用更加有难度,需要逐步开展工作,积累经验。


    建立专门的腐蚀管理机制:据报道,美军建立了涵盖海、陆、空多军种的联席腐蚀管理部门,统一管理、协调装备的腐蚀工作。建立了 “腐蚀控制救援团队”:集中开展防腐相关的工作,包括:提供工具:防腐需要的材料、工具、技术等的保障,部队工具的维护维修。培训:对部队人员进行腐蚀控制及工具使用方面的培训,正确选择腐蚀控制工作中所需的材料和涂料。技术专家:腐蚀防护专家到一线为部队提供技术指导和监督,为腐蚀控制维修计划的制定提供帮助。工艺引入:向部队引入舰员适用的先进防腐工艺。


    由此可见美军已经建立了完整的装备腐蚀控制体系,从人、材、物多个方面开展系统、全面的防腐工作,这无疑为我们提供了今后装备防腐工作的努力方向。目前相关单位也已经开展了初步的规划设计,还需要各方面的努力推进,海军装备的防腐工作任重而道远。


    后记:近几年,随着船舶完整防腐涂料体系的建立、攻关管路的“三漏”顽症以及引进国外先进的船舶防腐技术,使得我国海军装备防腐蚀获得了长足发展!但是解决海军装备防腐蚀问题是一项长期、艰巨的任务,有待各界人士共同做出努力!


    人物简介

 

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    宋玉苏,博士生导师。中国腐蚀与防护协会电化学委员会委员。1989 年2 月起在海军工程学院化学教研室任教至今。先后承担了化学、材料学、腐蚀与防护、电化学原理等多门课程教学。编著出版教材2 部:《涂装金属腐蚀》和《船舶化学技术》。培养硕士、博士多名。长期从事电化学应用技术、腐蚀与防护技术研究。先后主持和承担了各类研究项目20 多项。作为项目负责人获得军队科技进步二等奖、三等奖,国家发明专利1 项。军队育才银奖。

标签: 宋玉苏, 海军工程大学理学院, 海军装备, 腐蚀, 南海环境

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