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[人物] 侯保榮院士:為海洋腐蝕與防護事業奮斗終身

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[復制鏈接] 只看樓主 倒序閱讀 樓主  發表于: 2019-10-13
文章作者:王元 轉自中國腐蝕與防護網

“春江潮水連海平,海上明月共潮生”、“海上濤頭一線來,樓前指顧雪成堆”、“東臨碣石,以觀滄海”……自古以來,文人墨客留下了許多謳歌大海的美麗詩篇。然而,隨著人類的發展,大海卻漸漸地失去了她往日的容光。君不見,浮油片片驚碧潮,龍宮上下共一哭;君不見,巨浪飛起千堆雪,海上設施皆失諧。潮起潮落,浪花飛濺,確實是一道美麗的風景線。但對于海洋工程來說,飛濺的浪花卻是“吃金屬的老虎”,眾多海洋設施如港口碼頭、石油平臺、鋼樁、橋梁等,在海洋環境下遭受著嚴重的腐蝕破壞和生物污損,造成巨大的經濟損失。


有這樣一位科研人員,發誓一輩子都要做海洋的捍衛者,終身與“海洋腐蝕”對抗,他就是中國工程院院士、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮。一直以來,海洋防腐蝕被看作是一個“冷門”學科,侯院士卻對此情有獨鐘,在這個領域深耕了50年,做了許多開拓性的工作,為我國海洋腐蝕環境研究與保護做出了重要貢獻。

下面讓我們一起走進侯院士的科研世界。


侯保榮院士

攻堅克難,投身于海洋腐蝕與防護事業

腐蝕就像身體的“慢性病”,在生產和設備處于“亞健康”時,人們容易忽視防腐蝕問題,但是當腐蝕影響到安全生產、設備壽命時,必然要付出更大的代價。美國學者曾經提出“在結構新建時,如果節省了1美元的腐蝕防護費用,在腐蝕剛發生時進行維護會花掉5美元,在發生輕度腐蝕時進行修復需要25美元,如果腐蝕嚴重威脅安全時,修復就需要125美元。”侯保榮在不同場合反反復復強調防腐蝕的重要性,他希望用畢生所學,為國家的基礎設施和重大裝備都穿上一件有效的防腐蝕“外衣”。



1942年,侯保榮出生于山東曹縣的一個小鄉村,自幼失去父親,與母親相依為命。看著母親省吃儉用供他讀書,懂事的他明白,要撐起整個家,只能靠自己了。天道酬勤,1962年夏天,還在農田里干活的他收到了復旦大學化學系的錄取通知書,迎來了人生的第一個轉折。一個月后,侯保榮帶著親戚幫他拼湊的26元錢,懷揣著對未來的無限憧憬,踏上了求學之路。



“這輩子就是專心干海洋腐蝕與防護這一件事。”侯保榮說。在海洋腐蝕與防護領域,中國起步比較晚,參與科研的人也比較少。1967年,大學畢業后,他進入中國科學院海洋研究所海洋化學室工作,據回憶,當時整個海洋所也只有5-6個人從事該項工作,條件非常艱苦。剛到海洋所,他們面臨的研究問題就是“鋼樁打到海里,哪一部分的腐蝕情況最嚴重”。當時,海洋環境劃分為大氣區、潮差區和海水區三個腐蝕區帶。根據想象,潮差區潮水忽高忽低,加上風吹日曬,大家認為這部分的腐蝕肯定最嚴重。但實際上卻不是這樣,由于當時的研究處于較為落后的狀態,連哪一部分海水腐蝕最嚴重都難以搞清楚。



1970年,剛參加工作沒多久的侯保榮在上海陳山碼頭做防腐試驗。當時,我國要新建上海金山石油化工總廠,油從大慶運到上海,碼頭全是鋼結構的,防腐蝕是整個工程的重要內容,中科院海洋所和上航三海局、南京水利科學院便合作承接了陳山碼頭的陰極保護 (注:一種防腐蝕的電化學保護技術)工作。也就是從這次工作任務開始,侯保榮和同事們潛心研究、科研攻關,研制成功了鋁犧牲陽極,獲得了中科院科技進步二等獎。



更重要的是,侯保榮還利用在陳山碼頭做陰極保護的機會,開展了海洋鋼構筑物腐蝕“重點區”的研究。他們在海邊臨時構建了一個水池子,在海水里放置了許多金屬樣板,以觀測這些樣板自上而下,在海洋大氣區、浪花飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區等不同區域的受腐蝕程度。“那個年代,我們的工作環境條件特別差,吃飯只能在露天,蒼蠅嗡嗡地圍著人轉,一揮手‘呼’地趕走一大群。”他回憶道。相對于簡陋的生活條件,工作條件更加艱辛。現場試驗結束后,需要取樣,侯保榮要從試驗現場把那些金屬樣板背到中科院冶金研究所做檢測分析,先要坐火車趕到市區,再徒步行走大約一兩公里的路程。他一個人背不動總重達五六十公斤的樣板,只能把樣板分成幾份,背一部分走上一段路,然后放下負重,再匆忙折回頭去背剩下的樣板。



“我剛進入海洋腐蝕這一行時,大家一直認為,潮差區腐蝕最嚴重。”侯保榮說,每次他在課堂上提出這個問題,學生的回答通常也是如此“理直氣壯”。但是,經過查找國外文獻,根據當年在上海陳山碼頭啟動的試驗,以及此后又在北海、舟山、青島分別進行的現場實驗反復證實,浪花飛濺區才是鋼結構遭遇海洋腐蝕最嚴重的區域。



據他介紹,海水環境分為海洋大氣區、浪花飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區五個不同的腐蝕區帶。其中,浪花飛濺區是海洋腐蝕最為嚴重的區域。這是因為在這一區域,鋼表面由于受到海水的周期性潤濕,經常處于干濕交替狀態,且氧供應充分,加上陽光、風吹和海水環境等的協同作用導致發生最嚴重的腐蝕。同一種鋼,在浪花飛濺區的腐蝕速度可比海水全浸區中高出3-5倍。

海洋環境不同區帶下鋼鐵設施腐蝕速率規律圖

“事實上,國外早有研究表明,浪花飛濺區是海洋腐蝕最嚴重的區域,此前國內的研究方向是有偏差的,存在認知誤區。我當時剛剛開始學習日語,也是翻看國外資料時發現的。而當時國內證實潮差區腐蝕最嚴重也是因為間斷性的掛片方式,忽略了鋼樁的連續性。”侯保榮解釋說。

        憑借日語的語言優勢,1985年,侯保榮獲得了一次公費留學的機會,赴日本東京工業大學做了三年訪問學者。這三年當中,侯保榮關于浪花飛濺區腐蝕嚴重的理論得到了進一步的深入研究。三年期滿,日方曾以優厚的待遇一再挽留他,但侯保榮卻回來了。歸國兩年后,已經48歲的侯保榮,深刻認識到自己掌握的知識、技術還不足以改變中國在海洋腐蝕防護領域落后的局面,又再赴日本東京工業大學攻讀博士學位。1999年,侯保榮獨立完成的日文專著被日本專家認為是“奠定了海洋腐蝕環境研究的理論基礎,提供了不可多得的一本教科書和指導手冊”。

   回國后,侯保榮院士一直積極推進與日本等國的防腐科技交流和合作。中日雙方實驗室合作交流十分密切,與東京工業大學聯合成立了中日海洋腐蝕環境共同研究中心,與日本DNT涂料有限公司成立了中日海洋防腐涂料研究發展中心,同時也共同承擔了日本文部省和中國科學院國際合作項目。自2000年以來,中日雙方每兩年舉辦一次“海洋腐蝕與控制國際會議(ISMCC)”,至今已經成功舉辦了9屆。在侯保榮院士的支持下,他帶頭成立的海洋所腐蝕實驗室先后有50余人次赴日本進行合作研究和學術交流。

天道酬勤,捂熱海洋防腐冷門學科

腐蝕是材料和環境發生化學或電化學反應而導致的材料破壞現象。腐蝕會造成設施裝備結構損傷、使役壽命縮短,嚴重的腐蝕還可能引發突發性災難事故、污染環境,危及人們的生命財產安全,甚至影響國家安全。其中,海洋環境是腐蝕性最為嚴酷的自然環境,腐蝕最為嚴重。然而,我國的腐蝕防護研究起步較晚,海洋防腐更是一個冷門的學科。



50多年來,侯保榮院士一直堅守在腐蝕和防護工作的第一線,中國漫長的海岸線上,中國一大半的海港城市里,都留下過他和團隊的足跡。



乘風破浪會有時,直掛云帆濟滄海。侯保榮院士從事腐蝕和防護研究,科學地提出“海洋腐蝕環境”的概念,指出海洋腐蝕過程不僅是一種自然現象,而且是一種環境特性;建立了海洋腐蝕環境的理論體系;發現了鋼鐵銹層的自氧化作用是造成浪花飛濺區鋼鐵腐蝕峰形成的根本原因;發現了海水/海泥界面的電偶效應和極性逆轉現象;提出了不同海洋腐蝕區帶合金元素對低合金鋼耐蝕性能影響的回歸方程式;發現了硫酸鹽還原細菌在海泥和海水中的加速腐蝕新機理,微生物加速腐蝕的原因是鐵能夠作為電子供體而發生腐蝕。

2009年,侯保榮院士獲得山東省科學技術最高獎,讓海洋防腐這一原本冷門的學科開始熱起來。因此,有媒體把他稱為“防腐蝕教父”。問及此事,他連連擺手說:“當然算不上‘教父’,我不過是一個普通的科技工作者。”

   但這位自稱為“普通科技工作者”的院士絕不普通。他是我國海洋腐蝕環境研究和海洋腐蝕與防護的學科帶頭人之一,也是海洋腐蝕界領軍人物。他首創了“電連接模擬海洋環境腐蝕實驗裝置與方法”;開發了新型環保型鋁基犧牲陽極的制造技術;開發了適用于海洋環境中鋼鐵設施的鋅鋁合金與有機涂層結合的復合防腐新技術;引進、消化吸收并發明建立了浪花飛濺區海洋鋼結構包覆防腐蝕修復成套技術;研制了海洋環境腐蝕狀態自動跟蹤掃描系統,實現了腐蝕狀態的實時監測、腐蝕狀態評定及報警;與國外合作開發并發明了適合大氣環境鋼結構異型部位的氧化聚合性包覆防腐蝕技術。2015年,他獲得了中國腐蝕與防護最高工程成就獎,2019年度還獲得美國國際腐蝕工程師協會(NACE)頒發的科技成就獎(Technical Achievement Award )。



   在多年研究基礎上,他和團隊成員一起出版有《海洋腐食環境と防食の科學》(日文版)《海洋腐蝕與防護》《海洋腐蝕環境理論及其應用》《腐蝕研究與防護技術》《海洋工程結構浪花飛濺區腐蝕與控制研究》《海洋鋼筋混凝土腐蝕修復與補強技術》等專著,起草制定了《鋼結構氧化聚合型包覆防腐蝕技術》《海洋鋼鐵構筑物復層礦脂包覆防護技術》《礦脂防蝕帶低溫可操作性檢測方法》《礦脂防蝕帶耐高溫流動性實驗方法》等四項國家標準且已頒布實施,主編了海洋腐蝕研究與防護技術系列論文集8本,發表論文400余篇。

開創先河,完成我國全面腐蝕成本調查
我國的腐蝕調查工作起步較晚,一直沒有充分意識到腐蝕給經濟發展帶來的損害,近些年來,國內許多單位都先后做過腐蝕調查工作,取得了很好的成績。美國自1949年就開始做全球腐蝕調查,已經全面系統地做了7次。日本也做過兩次,而且由于腐蝕預防措施做得比較到位,日本腐蝕損失大約不到其GDP的2%。


“主動防腐比被動防腐更重要,‘黃島11•22’事故的直接原因,就是輸油管道與排水暗渠交匯處管道因腐蝕減薄造成管道破裂,最終經濟損失達7.5億多元,應該引起人們的反思了。”侯保榮一再強調,腐蝕具有隱蔽性、突發性特點,不僅消耗資源、污染環境,還容易引發各種事故災害。這次調查的腐蝕成本數據僅占了全部工作的20%,怎么預防、減少腐蝕,才是接下來的工作重點。


2014年,侯保榮作為首席科學家,帶領專家學者們在全國啟動了“中國腐蝕狀況及控制戰略研究”項目,研究領域涉及公路橋梁、港口碼頭、水利工程、海洋平臺、化工等5大領域30多個行業。2016年,該項目成果發布會在北京召開,侯保榮向全國通報了一組觸目驚心的調查數據:2014年我國腐蝕總成本(包括腐蝕帶來的損失和防腐蝕投入)約占當年GDP的3.34%,總額超過2.1萬億元,相當于每個中國人當年要承擔大約1555元的腐蝕成本。


該項目最重大的意義在于,專家們圍繞基礎設施、交通運輸、能源、水環境、生產制造及公共事業等領域腐蝕狀況開展的調查研究,能夠揭示我國腐蝕控制領域存在的問題及制約其發展的主要因素,提出解決問題的戰略建議和對策。


據了解,我國啟動的這次全面腐蝕調查實際上是全球調查的一部分。中國于2014年加入了全球腐蝕成本調研項目,該項目啟動后,全球在同一時間采用統一的方法和標準展開工作,研究成果向社會公布,并在全球范圍內免費共享。

矢志不渝,為國研發新型防腐技術

據統計,腐蝕造成的損失大約25-40%是可以避免的,如何減少腐蝕損失是我們的重要任務。重大海洋工程設施通常設計有50年甚至上百年的服役壽命,但實際上,我國部分海港碼頭設施在建成十幾年到20年已出現鋼筋銹蝕。據估計,鋼筋混凝土年腐蝕損失大于1000億元。
為解決海洋中的腐蝕問題,侯保榮院士積極研究和開發海洋工程設施防腐蝕方法和監測技術,目前已經成功研發復層礦脂包覆防腐蝕技術、氧化聚合包覆防腐蝕技術、鋼筋混凝土表面涂層技術、雜散電流腐蝕和防護技術、陰極保護監測與檢測技術、海洋仿生防腐蝕新材料技術等腐蝕和防護技術。其中,多項技術已經成功應用于重大海洋工程設施。比如,他開發的浪花飛濺區包覆修復技術已在中石化勝利油田采油平臺、青島港液體化工碼頭、日照港煤碼頭等成功進行了工程示范。
此外,作為青島海洋科學與技術國家實驗室學術委員會的一員,侯保榮院士和他的團隊還積極承擔建設海洋國家實驗室海洋多功能材料平臺,設立海洋腐蝕與防護開放工作室,開展海洋多功能材料研究工作,力爭建成海洋環境腐蝕與生物污損領域研究、測試、評價和技術服務公共平臺,為各類海洋工程設施的腐蝕和污損領域的重大科學和工程技術問題提供技術支撐和解決方案。
侯保榮院士說:“未來,我們希望國家能把基礎設施和重大裝備腐蝕防護安全納入國家戰略,從國家層面上重視海洋腐蝕與防護,推動我國海洋防腐蝕產業發展。”

高瞻遠矚,指出我國未來海洋防腐關鍵


隨著“一帶一路”建設推進,發展海洋經濟和海洋科技已經被我國提升到前所未有的戰略高度,海岸工程、海洋開采、水下工程等戰略性新興海洋產業正在迅速興起,發展和建造各類新型高水平深海鉆井設備、艦艇、深潛器和海洋空間站等設施是海洋資源開發和維護國防安全的根本物質保障。另外,我國海岸線長,隨著近年來經濟高速發展,海岸工程、碼頭、跨海橋梁建設體量迅猛擴張,使用了大量各類結構材料。我國正在開展包括環渤海經濟區、黃三角經濟區、山東半島藍色經濟區、江蘇沿海經濟區、長三角經濟區、珠三角經濟區、海峽西岸經濟區、粵港澳大灣區的鏈式經濟區帶的建設。在開展近海海洋工程建設的同時,海上設施也不斷在向遠海和深海拓展,目前,我國在海洋油氣田開發、港口建設、跨海大橋、海底管線、船舶工程和深海勘探等領域已建和在建大量的各種海洋鋼結構及鋼筋混凝土結構設施。這些海上設施廣泛分布在我國沿海一線和南海、東海等重點海域,貫穿海洋大氣區、浪花飛濺區、海洋潮差區、海水全浸區和海底泥土區等不同的海洋腐蝕環境,遭受十分嚴重的腐蝕破壞。海洋腐蝕及生物污損嚴重威脅著這些重大工程設施安全運行。然而,目前多數海洋工程結構處于裸露或欠保護狀態,海洋工程結構安全堪憂,腐蝕損失巨大。保證各種海洋工程設施的耐久性和安全性,降低重大災害性事故發生,延長這些重大工程設施使用壽命,是我國經濟發展中需要迫切解決的關鍵性問題和共性問題。


不同水位區域的海洋腐蝕狀況比對圖

侯保榮院士指出,在國際海洋資源處于激烈競爭狀態的今天,有必要針對我國海洋工程設施腐蝕污損防護重大需求,開展海洋腐蝕與生物腐蝕機理及防護技術的開發研究,解決海洋工程腐蝕防護的共性及關鍵性問題,同時將我國海洋工程設施腐蝕防護納入國家戰略,提高海洋腐蝕防護的重視程度,從國家層面上推動我國海洋防腐蝕產業發展。我們須做好以下幾個方面:


    (1)在不同海洋環境因子對腐蝕作用的過程和機理研究方面。有必要圍繞海洋環境腐蝕影響因子對常用工程材料腐蝕過程的作用機制進行研究。研究干濕交替、合金元素、防護涂層、光照、腐蝕產物結構等因素對于鋼結構和鋼筋混凝土結構腐蝕機理的影響因素。揭示海洋環境5個腐蝕區帶(海洋大氣區、浪花飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區)誘發腐蝕機理,掌握腐蝕防護核心要素,為海洋采油平臺、海底管線等的設計和防腐提供科學依據和對策。


    (2)在海洋污損生物腐蝕的關鍵過程、機理和防護技術研究方面。有必要針對海洋環境中微生物腐蝕與生物污損問題,開展不同海域微生物腐蝕機理研究。重點分析材料表面生物膜組成與結構演化過程與機制,提出腐蝕微生物誘發典型海洋工程金屬材料腐蝕機制;分析海洋陰極保護下鋼結構表面生成的鈣質沉積層與污損生物群落的相互促進和抑制的過程,揭示微生物活動對金屬材料局部腐蝕的作用機制,并在分子水平闡明材料類型、表面物理化學性質、生物活性分子對生物附著過程的影響機理,實現對生物附著過程的調控。基于上述理論研究,開發基于材料表面物理化學性質、表面微觀結構、光催化性質等的海洋生物腐蝕及污損防護技術。


    (3)在海洋腐蝕防護與監檢測技術開發及應用方面。有必要針對海洋腐蝕防護的需求,開發包含鋼結構浪花飛濺區腐蝕防護技術、海洋鋼筋混凝土結構腐蝕防護與修復補強技術、海洋腐蝕監測技術、腐蝕探測預警技術在內的集成化海洋環境腐蝕防護技術。制定防腐技術性能檢測規范、現場施工質量規范、現場質量檢測規范,形成一套先進的防腐設計規范和質量管理體系。并以此為基礎,建立近海腐蝕監測實驗站和腐蝕防護技術示范基地,加速成果推廣與轉化。


    (4)在海洋腐蝕防護標準與防護意識方面。在海洋防腐防污技術研究基礎上,有必要加快建立海洋腐蝕防護技術企業、地方及國家標準,引導腐蝕產業健康發展,保障海洋工程設施安全運行,減低經濟損失。同時加強海洋腐蝕教育以及科普宣傳力度,通過強化對相關專業領域技術人員的教育,提升專業人員對海洋腐蝕防護的重視程度;并通過媒體宣傳等方式,提高全民腐蝕防護意識。
后記

潮起潮落,大海賦予人類豐富的資源寶藏的同時,也以它特有的自然規律考驗著人類的智慧。我們防腐科技工作者肩負著時代艱巨的使命,任重而道遠。路漫漫其修遠矣,吾將上下而求索,我們起步雖晚,但可以走得更遠!大家一起努力,乘風破浪,勇往直前!

人物介紹:

侯保榮,中國工程院院士,中國科學院海洋研究所研究員,中國腐蝕與防護學會榮譽理事長,國家海洋環境腐蝕防護工程技術中心主任,“海洋防腐蝕產業技術戰略聯盟”理事長。


他主要從事海洋腐蝕與防護技術研究,主持了我國近海腐蝕環境調查與研究,明確提出“海洋腐蝕環境”的概念,建立了海洋腐蝕環境的理論體系,獨立撰寫日文專著《海洋腐食環境と防食の科學》,可作為教科書使用。致力于海洋浪花飛濺區腐蝕機理與防護技術研究、海洋鋼筋混凝土結構腐蝕防護與修復技術的研究,主持了“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”重大項目,調查表明2014年我國腐蝕成本達到21278.2億人民幣,占當年GDP的3.34%,作為總編輯,他完成了《我國腐蝕狀況及控制戰略研究叢書》,出版了170萬字中英文版的《中國腐蝕成本》和32本系列叢書專著。


作為首席科學家承擔了“十一五”、“十二五”國家科技部支撐計劃項目、973、863等國家重大項目30余項。


他共出版專著10部,主編論文集9部。發表論文640余篇,授權專利70余項。曾獲“國家科技進步二等獎”、“山東省科學技術最高獎”、“山東省科學技術發明一等獎”等省部級以上獎項16項。2019年度還獲得美國國際腐蝕工程師協會(NACE)頒發的科技成就獎(Technical Achievement Award )。


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