日期:2005-3-28作者:侯保榮中國工程院院士、中科院海洋所研究員閱讀:156
一、海洋環境腐蝕研究的意義
隨著人口增加，資源匱乏和環境惡化，人們越來越深刻地認識到，浩瀚的海洋是人類生命源泉、資源寶庫和環境調節器。自人類有文明史以來，從「興漁鹽之利」、「行舟楫之便」的傳統海洋產業的開發，到今天海上運輸、深海採礦、港口碼頭、油氣開發、海洋生物技術等新興海洋產業的興起，人類對海洋的開發利用逐步走向深入，海洋開發的規模不斷擴大，但是海洋環境又是乙個腐蝕性很強的災害環境，各種材料在海洋環境中極易發生劣化破壞，腐蝕損失包括直接損失和間接損失兩大類，它是一種悄悄在進行的破壞，世界各國每年因腐蝕造成的直接經濟損失約佔其國民生產總值的2%-4%，其破壞力之大令人震驚！其中海洋腐蝕的損失約佔總腐蝕的1/3。
美國早在2023年就曾經做過全國腐蝕調查，2023年調查結果表明，2023年美國每年因腐蝕帶來的直接經濟損失達2760億美元，佔國民生產總值的3.1%，其他國家像英國、日本、德國、印度、原蘇聯、法國等也都做過類似的調查。2023年我國國內生產總值突破11萬億元人民幣大關，以此推算，去年我國腐蝕損失約為4000億元人民幣，其災害性事故隱患也是嚴峻的。
儘管如此，如果我們的防護工作做得好，其中25%~40％的損失可以得到有效避免。二、海洋環境因素與海洋腐蝕規律
海洋腐蝕環境研究主要是從環境角度來考察海洋環境對材料的的腐蝕能力問題。
海水不僅是鹽度在32‰～37‰，ph值在8～8.2之間的天然強電解質溶液，更是乙個含有懸浮泥沙、溶解的氣體、生物以及腐敗的有機物的複雜體系。影響海水腐蝕的有化學因素、物理因素和生物因素等三類，而且其影響常常是相互關聯的，不但對不同的金屬影響不一樣，就是在同一海域對同一金屬的影響也因金屬在海水環境中的部位不同而異。
海洋腐蝕環境一般分為海洋大氣區、浪花飛濺區、潮差區、海水全浸區和海泥區五個腐蝕區帶。有三個腐蝕峰值，乙個峰值發生在平均高潮線以上的浪花飛濺區，是鋼鐵設施腐蝕最嚴重的區域，也是最嚴峻的海洋腐蝕環境。這是因為在這一區域海水飛濺、乾濕交替，氧的**最充分，同時，光照和浪花衝擊破壞金屬的保護膜，造成腐蝕最為強烈，年平均腐蝕率為0.
2～0.5公釐；第二個峰值通常發生在平均低潮線以下0.5～1.
0公尺處，因其溶解氧充分、流速較大、水溫較高、海生物繁殖快等，年平均腐蝕率為0.1～0.3公釐；第三個峰值是發生在與海水海泥交界處下方，由於此處容易產生海泥/海水腐蝕電池，年腐蝕率為0.
03～0.07公釐。
影響金屬在海水環境中腐蝕的化學因素中，最重要的是海水中溶解氧的含量。氧是在金屬電化學腐蝕過程中陰極反應的去極化劑，對碳鋼、低合金鋼等在海水中不發生鈍化的金屬，海水中含氧量增加，會加速陰極去極化過程，使金屬腐蝕速度增加；對那些依靠表面鈍化膜提高耐蝕性的金屬，如鋁和不鏽鋼等，含氧量增加有利於鈍化膜的形成和修補，使鈍化膜的穩定性提高，點蝕和縫隙腐蝕的傾向性減小。
海水的鹽度分布取決於海區的地理、水文、氣象等因素。在不同海區、不同緯度、不同海水深度，海水鹽度會在乙個不大的範圍內波動。水中含鹽量直接影響到水的電導率和含氧量，隨著水中含鹽量增加，水的電導率增加而含氧量降低，所以在某一含鹽量時將存在乙個腐蝕速度的最大值。
一般說來，海水的ph值公升高，有利於抑制海水對鋼的腐蝕。海水的ph值主要影響鈣質水垢沉積，從而影響到海水的腐蝕性。ph值公升高，容易形成鈣沉積層，海水腐蝕性減弱。
在施加陰極保護時，這種沉積層對陰極保護是有利的。
流速和溫度是影響金屬在海水中腐蝕速度的物理重要因素。海水的流速以及波浪都會對腐蝕產生影響。隨流速增加，氧擴散加速，陰極過程受氧的擴散控制，腐蝕速度增大；流速的進一步增加，供氧充分，陰極過程受氧的還原控制，腐蝕速度相對穩定；當流速超過某一臨界值時，金屬表面的腐蝕產物膜被沖刷，腐蝕速度急劇增加。
在水輪機葉片、螺旋槳推進器等裝置中，由於高速運動，會形成流體空泡，產生高壓衝擊波，造成空泡腐蝕。海水溫度公升高，氧的擴散速度加快，這將促進腐蝕過程進行，同時，海水中氧的溶解度降低，促進保護性鈣質水垢生成，這又會減緩金屬在海水中的腐蝕。溫度公升高的另一效果是促進海洋生物的繁殖和覆蓋導致缺氧，或減輕腐蝕（非鈍化金屬），或引起點蝕、縫隙腐蝕和區域性腐蝕（鈍化金屬）。
海洋環境中存在著多種動物、植物和微生物，與海水腐蝕關係較大的是附著生物。最常見的附著生物有兩種：硬殼生物（軟體動物、藤壺、珊瑚蟲等）和無硬殼動物（海藻、水螅等）。
海生物對腐蝕的影響很複雜，但仍會造成以下幾種腐蝕破壞：海生物的附著並非完整均
勻，內外形成氧濃差電池；區域性改變了海水介質的成分，造成富氧或酸性環境等；附著生物穿透或剝落破壞金屬表面的保護層和塗層。在海底缺氧的條件下，厭氧細菌，主要是硫酸鹽還原菌是導致金屬腐蝕的主要原因。
對於海底沉積物環境來說，沉積物的型別是影響腐蝕的另一重要因素。海底沉積物和陸地土壤相比，相同之處都為多項非均相體系。不同之處是前者是固液兩相組成的非均勻體系，後者為氣、液、固三相組成的非均勻體系。
海底沉積物腐蝕實際是海水封閉下被海水浸漬的土壤腐蝕，是土壤腐蝕的特殊形式。三、海洋環境腐蝕調查和控制技術
隨著海洋產業，包括臨海工業、海洋大通道工程、濱海旅遊業及運輸業的發展，特別是為海洋資源和能源開發建造的跨海大橋、港口碼頭、人工島、海上平台、海底油氣輸送管線等鋼鐵設施將成倍增加，這些鋼鐵構築物在海洋環境中會遭受到嚴重的腐蝕破壞，引發的災難性事故以及環境汙染和人員**。因此
作為加快海洋經濟發展、建設海洋強國的戰略選擇,開展海洋環境腐蝕調查和進行控制腐蝕高技術研究是的關鍵措施之一。1海洋腐蝕環境調查
海洋環境是乙個特定的極為複雜的腐蝕環境。海洋資源的開發和利用，離不開海上基礎設施建設。其中防腐蝕設計是保證工程使用壽命的重要環節，而相關的設計引數則**於海洋腐蝕環境調查和相應材料在海洋環境中的腐蝕破壞規律的研究結果。
海洋腐蝕環境調查分為海水環境調查和海底沉積物調查，目前我國主要對渤海、南海的近海石油開發區進行了幾次一定範圍的腐蝕調查，系統分析了我國近海石油開發區的環境腐蝕因子，**了這些環境因子與鋼鐵腐蝕失效的相關性，建立了海洋腐蝕資料庫及區域性腐蝕圖譜，大尺度地綜合評估了幾個海域的腐蝕環境，如渤海海洋石油開發區的遼東灣、埕島海區、南海西部和東部海洋石油公司的北部灣、珠江口、鶯歌海區、潿洲島海區等。另外，我國還建立了由青島站（中心試驗站）、舟山站、廈門站和榆林站組成的海水腐蝕試驗**，它們分布在我國黃海、東海和南海，代表著不同海域海洋腐蝕環境特徵。2海洋環境腐蝕防護技術
處於不同海洋環境下的金屬構築物，特別是在處於前述的五個不同海洋腐蝕區帶的鋼鐵設施，由於其所處工作介質的不同或者工作狀態的不同，常常會遇到電偶腐蝕、孔蝕（點蝕）、潰瘍腐蝕、溝狀腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、沖刷腐蝕和空泡腐蝕等腐蝕形態。因此要對這些腐蝕現象進行有效的控制往往要採用不同的防腐方法。海洋大氣區
對於海洋大氣的防腐方法，目前世界各國採用最多的是塗刷防腐塗料，如油性塗料、水溶性塗料、氯化橡膠、環氧瀝青、乙烯系塗料。特別是無機富鋅底漆上再塗厚膜塗料的方法在國外應用較多。，並且已獲得了良好的使用效能。
浪花飛濺區
浪花飛濺區是指在海洋中海水平均高潮位以上，海水浪花和海水微粒飛濺能波及的部分，是海洋鋼結構腐蝕最為嚴重的部位，防腐手段也是多種多樣。對鋼管樁而言，大致有如下幾種方法可供選擇。
包覆蒙乃爾合金，確切地說應稱作蒙乃爾400合金，這種合金具有較高的耐蝕性，但易形成電偶腐蝕，且造價昂貴。
熱噴塗金屬（鋅鋁及其合金和不鏽鋼）覆蓋層在海洋浪花飛濺區的應用，必須要注意增加金屬覆蓋層的厚度，施加長效優質封閉塗料，防腐效果是十分明顯的。
重防蝕塗層，環氧重防腐塗料對鋼管樁浪花飛濺區、潮差區的防腐在國內應用比較普遍，已經顯示出優良的防腐特性。
包敷防腐繃帶，纏繞防腐繃帶大多是由塗底漆、纏繞繃帶、最後安裝加強外套等三部分組成。目前國外應用相對比較成功的是美國的防腐套技術，另外，防腐套本身的高強度織物外覆以聚氨酯塗層，柔韌性好，強度大，非常抗衝擊、潮汐、海流、紫外線，臭氧等的影響，可抵禦長期海水浸泡及各種外力所帶來的破壞，但是該產品的首期使用成本較高。潮差區
潮差區也稱潮水位變動區，陰極保護對該區具有一定的保護作用，有外加電流法和犧牲陽極法兩種。結合該區域的工作特點，選用重防蝕塗層加陰極保護聯合防腐，應該說是比較合理的保護方法，它發揮了兩種保護技術的優勢：在無水的情況下，塗層起到了保護作用；而在有水時，塗層又使得鋼基體的電位快速極化到陰極保護電位，從而提高了該區域的保護效果。
海水全浸區和海泥區
在這兩個區帶可以單獨採用陰極保護，包括犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護；也可以實施塗層和陰極保護聯合防腐。具體採用哪一種方法取決於結構物的工況條件、保護效果的可靠性、經濟性和管理成本等諸多因素。3海洋環境腐蝕檢測和監測技術
海洋腐蝕環境的研究及規律的探索離不開海洋腐蝕檢測和監測技術的發展。從早期的現場掛片、定期人工檢測，到現在的與計算機和自動化技術的廣泛結合，海洋腐蝕檢測技術已發展成乙個涉及多學科的技術。近年來由於計算機網路技術的發展，腐蝕監測由原來對單一點、線的監測，逐步向整個系統內面上的聯合監控發展，如應用於區域網的intranet技術和應用於廣域網internet技術，可以在整個企業系統內甚至分布在全世界的某個組織內方便共享、統籌評價控制以及遠端的實時控制等。
根據船級社的規定，在海上平台建成之後必須對平台的腐蝕狀態定期進行常規檢測和特別檢測。中國科學院海洋研究所研製的海洋鋼鐵設施腐蝕狀態跟蹤掃瞄系統為勝利油田海上平台、海底管線陰極保護的引數設計提供了重要的依據，延長了海洋鋼鐵構造物的服役壽命，是一種新型的海洋腐蝕監測技術。其推廣應用將為「海上山東」建設，提供相應的技術支撐。
(2004.5期)
海洋環境學習題
根據下表統計結構計算weibull函式三引數，並求解設計波高。一 計算原理 海上定點波浪觀測短期子樣的統計特徵，有義波高的長期累計子樣為 大量觀測分析表明，子樣代表的隨機過程仍然是乙個平穩的隨機過程，可以尋求適當的概率密度函式來擬合觀測結果，而三引數的 weibull 函式就能用來恰當的擬合觀測結果...
防治船舶汙染海洋環境條例
中華人民共和國 令第561號 防治船舶汙染海洋環境管理條例 已經2009年9月2日 第79次常務會議通過，現予公布，自2010年3月1日起施行。總理溫家寶 二 九年九月九日 防治船舶汙染海洋環境管理條例 第一章總則 第一條為了防治船舶及其有關作業活動汙染海洋環境，根據 中華人民共和國海洋環境保 制定...
海洋經濟發展與海洋環境保護問題
摘要隨著沿海經濟的迅猛發展，近海海域遭到越來越嚴重的汙染，使海域環境質量明顯下降，生態環境日趨惡化，並對生物資源和人體健康產生有害影響。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境，精確預報海洋災害的發生 發展和應該採取何種防災減災工程措施，也成為嚴重關注的環境問題。為了開發海洋資源，需要在海上進行各類工...