腐蝕成本及控制策略研究

馬秀敏 , 鄭 萌 , 徐瑋辰 , 路東柱 , 麻福斌 , 侯保榮

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所 海洋腐蝕與生物污損重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室 海洋腐蝕與防護(hù)開放工作室, 山東 青島 266237)

腐蝕是一種悄悄進(jìn)行的破壞, 據(jù)統(tǒng)計估算, 全世界每90 秒就有一噸鋼鐵變成鐵銹, 而每年因腐蝕帶來的直接與間接損失已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于颶風(fēng)、地震等自然災(zāi)害和其他各類事故損失的總和[1-2]。

眾所周知, 腐蝕問題是世界各國共同面臨的難題,凡是使用材料的地方, 都不可避免的存在腐蝕問題。隨著“一帶一路”的推進(jìn), 我國各行各業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢, 其中材料腐蝕是一個不容忽視的問題,該領(lǐng)域迫切需要腐蝕科學(xué)工作者對各種服役材料在不同環(huán)境條件下的腐蝕機(jī)理和腐蝕控制技術(shù)進(jìn)行更深入的研究。腐蝕調(diào)查是世界多國通過一系列調(diào)查活動了解各行各業(yè)的腐蝕狀況, 衡量材料腐蝕引起經(jīng)濟(jì)、社會等多方面問題的重要途徑[3]。通過腐蝕調(diào)查工作,不僅可以取得國家腐蝕成本的重要數(shù)據(jù), 同時提高了全民的腐蝕防護(hù)意識, 促進(jìn)了腐蝕防護(hù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的意義。

本文分析了國內(nèi)外幾次典型的腐蝕調(diào)查工作和國際通用的腐蝕調(diào)查方法, 并重點陳述了“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目的主要情況, 對該項目的主要成果進(jìn)行了總結(jié)。

1 國際上主要腐蝕調(diào)查簡介

在1922 年, 英國的冶金學(xué)者Hadfield 最早嘗試腐蝕成本估算, 他的方法是僅基于對全世界鋼鐵年生銹率的估計。而美國的H. H. Uhlig 是首位將腐蝕成本進(jìn)行科學(xué)分類和分析的學(xué)者, 他在1949年發(fā)表“The Cost of Corrosion to the United States”, 這是最早估算美國腐蝕損失的研究工作[4]。1974 年, Revie 和Uhlig對澳大利亞的腐蝕成本進(jìn)行了詳細(xì)的估算, 并預(yù)計可達(dá)到4.667 億美元。在這期間, 日本和印度也采用Uhlig 的方法估算了本國的年度腐蝕成本, 其分別高達(dá)255.093 億美元和153.8 億美元。不過, Uhlig 的方法為保守的估計了腐蝕的直接成本, 計算的成本顯然是被低估的[5]。

Uhlig 的方法主要是從制造商收集成本數(shù)據(jù), 而在1966 年3 月, T. P. Hoar 教授主持成立的英國腐蝕防護(hù)委員會, 采用了另一種方法, 其主要基于與行業(yè)的直接互動, 包括采訪腐蝕領(lǐng)域?qū)＜?、發(fā)放問卷調(diào)查和開展專題小組會議等, 活動中行業(yè)協(xié)會和專業(yè)團(tuán)體均參與了收集信息的工作[5]。1969 年, 該委員會確定了多個行業(yè)的腐蝕損失計算方法, 并針對200 多個企業(yè)進(jìn)行了腐蝕損失調(diào)查。結(jié)果表明: 英國年腐蝕損失為13.65 億英鎊, 占英國GNP 的3.5%。Hoar 報告還指出:通過更好地發(fā)揮和利用現(xiàn)有腐蝕防護(hù)知識和技術(shù), 大約20%～25%的腐蝕損失是可以避免的[6]。此外, Hoar的估算方法還計算出了每個單獨的工業(yè)部門腐蝕損失占國家腐蝕損失的百分比。不過有人提出, 按照Hoar方法預(yù)測整個國家的腐蝕總成本有很大的不確定性,因為每個行業(yè)只有幾家公司能夠提供腐蝕成本的詳細(xì)數(shù)據(jù), 而且這些數(shù)字與估計值相差很大[5]。

1975 年在美國國會建議下美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(National Bureau of Standards, NBS)進(jìn)行了全國金屬材料腐蝕損失的調(diào)查研究, 并由Battelle 實驗室(Battelle Columbus Division)對腐蝕調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[7-8]。本次調(diào)研聯(lián)合了經(jīng)濟(jì)專家采取投入/產(chǎn)出(Input/Output, IO)的經(jīng)濟(jì)模型估算了腐蝕對美國經(jīng)濟(jì)的影響。不過投入/產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)模型也存在一些問題, 例如具有在量化方面的不確定性和更新數(shù)據(jù)獲取來源比較單一的問題。

另外, 美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corporation)的Dillon 早在1966 年提出的一種凈現(xiàn)值和等效統(tǒng)一成本的計算方法, 也稱生命周期成本方法, 該方法的數(shù)據(jù)來源更加全面和系統(tǒng), 后來被T. P. Hoar 的腐蝕防護(hù)委員會所采用并被業(yè)界廣泛認(rèn)可[5]。

美國是腐蝕損失最嚴(yán)重的國家之一, 也是一直以來最重視腐蝕調(diào)查活動的國家, 表1 是1995 年美國公布的20 世紀(jì)60—80 年代部分國家的腐蝕直接損失調(diào)查結(jié)果[1]。在1999 年到2001 年間美國就己經(jīng)完成了第七次腐蝕調(diào)查活動, 這次腐蝕調(diào)查與以往不同, 它聯(lián)合了多個部門共同參與, 由CC Technologies 公司聯(lián)合美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)、美國交通部和高速公路管理局共同完成[7]。目前, 其他發(fā)達(dá)及部分發(fā)展中國家, 也均進(jìn)行過不同規(guī)模的腐蝕調(diào)查, 例如在日本正在進(jìn)行的第三次腐蝕成本調(diào)查活動, 該項目由筱原正教授和田邊弘往研究員分別擔(dān)任腐蝕調(diào)查委員會主席和腐蝕調(diào)查委員會分會主席[8]。

最近一次國際性的腐蝕調(diào)查活動 IMPACT(the International Measures of Prevention, Application, and Economics of Corrosion Technologies)在2013 年10 月份由NACE 發(fā)起, 該項目著重研究腐蝕管理對不同行業(yè)和政府產(chǎn)生的影響, 并嘗試尋求更好的腐蝕控制與管理模式。次年, NACE 國際IMPACT 項目經(jīng)理一行到我國進(jìn)行了全面調(diào)研, 全球腐蝕調(diào)查中國區(qū)主席由中國科學(xué)院海洋研究所侯保榮院士擔(dān)任[1]。

表1 部分國家腐蝕損失統(tǒng)計Tab. 1 Corrosion loss statistics in some countries

2 國內(nèi)腐蝕調(diào)查歷史

我國較早的關(guān)注到腐蝕的問題, 1956 年的科技發(fā)展規(guī)劃就將腐蝕作為一項專題。盡管如此, 相較于美、日、英等國家而言, 我國近代各個時期對腐蝕的嚴(yán)重性認(rèn)識依然相對不足, 啟動腐蝕調(diào)查工作較晚[1]。近40 年, 我國有幾次針對重點行業(yè)的腐蝕調(diào)查工作。其中, 較為有代表性的腐蝕調(diào)查工作有四次, 即1980 年, 由國家科委腐蝕學(xué)科組施行, 針對材料腐蝕嚴(yán)重的行業(yè)進(jìn)行了腐蝕損失調(diào)查(包括化學(xué)、煉油、冶金、化纖等7 個工業(yè)部門), 調(diào)查研究表明: 該年度化學(xué)工業(yè)、煉油工業(yè)、冶金工業(yè)和化纖工業(yè)中的僅70 家企業(yè)的腐蝕損失就超過了1.2 億元,分別占相應(yīng)行業(yè)總產(chǎn)值的 3.97%、0.08%、2.4%和1.5%[9]; 1986 年, 武漢材料保護(hù)研究所開始對機(jī)械工業(yè)方面的腐蝕損失開展調(diào)研工作, 本次調(diào)查涉及全國27 個省、市、自治區(qū), 課題采取函調(diào)、重點現(xiàn)場調(diào)查、專家座談咨詢、查閱有關(guān)資料文獻(xiàn)、走訪部分省、市國家統(tǒng)計局等方式對機(jī)械工業(yè)銹蝕損失進(jìn)行全面調(diào)查, 統(tǒng)計了機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品制造所需金屬材料的銹蝕損失數(shù)據(jù), 機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品銹蝕損失數(shù)據(jù),各類機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品出口商品銹蝕損失數(shù)據(jù), 生產(chǎn)用機(jī)床設(shè)備銹蝕報廢損失數(shù)據(jù)。調(diào)查結(jié)果指出: 本年機(jī)械行業(yè)的腐蝕損失達(dá)116.245 億元, 占其總產(chǎn)值的5.64%[1]; 1999 年, 中國工程院院士柯偉研究員和中國科學(xué)院院士曹楚南教授等提出申請, 建議開展一次涵蓋我國重點行業(yè)的腐蝕損失調(diào)查工作。隨后, 依托于中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會, 由中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所(現(xiàn)中國科學(xué)院金屬研究所)具體組織實施了中國工程院咨詢項目“中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕問題調(diào)查與對策”, 具體涉及自然環(huán)境(大氣、土壤)、工業(yè)環(huán)境(石油工業(yè)、電力、汽車等)和軍事裝備。調(diào)查認(rèn)為: 這些領(lǐng)域的直接腐蝕損失超過2 000 億元, 加上間接腐蝕損失總成本約為5 000 億元,是當(dāng)年國民生產(chǎn)總值的6%[1,9]; 2014 年初, 為深入了解我國現(xiàn)階段腐蝕狀況, 中國工程院設(shè)立了學(xué)部級咨詢項目“腐蝕成本經(jīng)濟(jì)性分析與防腐策略研究預(yù)研”, 會議就全國腐蝕調(diào)查委員會的人員架構(gòu), 腐蝕調(diào)查的范圍等議題展開了研討。2014 年年末, “我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”正式立項, 相比此前的幾次腐蝕狀況調(diào)查, 此次調(diào)查涉及更多領(lǐng)域, 該項目組針對我國5 大關(guān)鍵領(lǐng)域的30 多個重點行業(yè)腐蝕狀況、腐蝕成本及其防控措施進(jìn)行了為期兩年的專題調(diào)研。調(diào)查指出: 2014 年的我國腐蝕成本約為21 278.2億元, 約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%[1,10]。

3 主要的腐蝕成本統(tǒng)計方法介紹

國際上通用的腐蝕成本調(diào)查和統(tǒng)計方法主要有兩種, 即Uhlig 方法和Hoar 方法, 另外還有一種經(jīng)濟(jì)學(xué)矩陣分析法, 即Battelle-NBS 方法。下文將對這三種方法的具體原理及特點進(jìn)行介紹。

3.1 Uhlig 方法——直接統(tǒng)計腐蝕防護(hù)策略及服務(wù)費用

Uhlig 方法于1949 年由H. H. Uhlig 教授首創(chuàng), 用于美國的首次腐蝕調(diào)查研究, 主要是將生產(chǎn)、制造方面的防腐蝕措施所需費用進(jìn)行累加[5]。具體來說, 該研究通過統(tǒng)計腐蝕防護(hù)方法、產(chǎn)品和相關(guān)施工、工程服務(wù)的總成本來估算美國的腐蝕成本, 主要包括涂料和涂裝費用、緩蝕劑成本及施工費用、耐蝕材料費用、陰極保護(hù)材料及施工費用、用于腐蝕防護(hù)研究的費用以及腐蝕監(jiān)檢測費用等。在該方法的理論中, 這些費用由企業(yè)、運營商以及施工方等承擔(dān),被視為由于腐蝕防護(hù)或由于發(fā)生腐蝕而導(dǎo)致的直接成本, 而腐蝕所造成的除此之外的其他一切經(jīng)濟(jì)成本都被視為間接成本, 包括對環(huán)境造成破壞導(dǎo)致的費用, 人員傷亡導(dǎo)致的費用以及終端用戶所承擔(dān)的維修更換費用等等, 間接腐蝕成本往往大于直接成本, 根據(jù)不同情況可以進(jìn)行不同程度的估算。通過將這些成本疊加, 最終獲得了美國當(dāng)年由腐蝕導(dǎo)致的成本總額。

這種方法的直接經(jīng)濟(jì)成本的組成和分類需要考慮盡量周全, 大量數(shù)據(jù)主要從政府部門、商務(wù)局、貿(mào)易組織、工業(yè)團(tuán)體和集團(tuán)公司等渠道獲取, 很大程度依賴于查閱大量統(tǒng)計資料, 并且需要借助于貿(mào)易組織、教育機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和專家咨詢等。

3.2 Hoar 方法——按照行業(yè)統(tǒng)計腐蝕防護(hù)策略及服務(wù)費用

Hoar 方法于1966 年由 T. P. Hoar 教授首創(chuàng), 用于英國的腐蝕調(diào)查研究。相較于Uhlig 方法, 該方法從另外一個角度進(jìn)行統(tǒng)計分析, 即按各行業(yè)的腐蝕損失和防蝕費用的總和進(jìn)行統(tǒng)計推算[5]。具體來講,該方法的實施需要劃分出與腐蝕防護(hù)相關(guān)的多個行業(yè), 并分別從各個領(lǐng)域入手, 統(tǒng)計各自的腐蝕防護(hù)策略及施工、服務(wù)等費用。例如, 某行業(yè)的某個工廠利用耐蝕材料和涂料涂裝作為腐蝕防護(hù)措施, 并向相關(guān)專業(yè)的員工支付酬勞, 如果此外再沒有其他與腐蝕防護(hù)相關(guān)的支出, 那么將這幾部分進(jìn)行疊加,即為該工廠的腐蝕成本。通過對同一個行業(yè)的多個具有代表性的典型企業(yè)的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、推算和分析, 即可得到該行業(yè)的腐蝕成本占其總產(chǎn)值的份額。通過此方法, 可以獲得與腐蝕防護(hù)相關(guān)的各個行業(yè)的腐蝕成本數(shù)據(jù)。

Hoar 方法的實施采用函調(diào)、問卷調(diào)查和實地調(diào)研等方法, 以獲得可靠的腐蝕數(shù)據(jù)。Hoar 方法獲得不同行業(yè)腐蝕數(shù)據(jù)的難易程度差別較大, 各個行業(yè)的腐蝕成本數(shù)據(jù)的差異也十分顯著, 一些公共部門,例如基礎(chǔ)設(shè)施和公共事業(yè)等, 腐蝕成本的相關(guān)信息往往是公開的, 可以從政府報告和其他公開統(tǒng)計的資料中獲得重要的數(shù)據(jù), 也可以通過咨詢特定行業(yè)專家, 獲取相關(guān)數(shù)據(jù)和建議來豐富腐蝕數(shù)據(jù)。然而,有些企業(yè)或部門沒有現(xiàn)成的腐蝕數(shù)據(jù), 或很難統(tǒng)計出與腐蝕相關(guān)的成本數(shù)據(jù), 甚至在某些特殊因素影響下, 有一些腐蝕數(shù)據(jù)涉及商業(yè)機(jī)密, 不方便透露給調(diào)查者。在這些情況下, 則需要借助專家咨詢、會議討論等方式, 根據(jù)有限的信息獲得具有科學(xué)意義的腐蝕數(shù)據(jù)。

與Uhlig 方法類似的是, Hoar 方法統(tǒng)計的腐蝕成本也可看作直接成本, 而間接成本由于涵蓋范圍寬泛, 也無法實現(xiàn)精確統(tǒng)計, 只能通過經(jīng)驗和科學(xué)推算來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。兩種方法的差異也十分顯著, 首先兩者的出發(fā)點完全不同, 獲得的腐蝕數(shù)據(jù)也必將具有差異, 最終估算得到的總腐蝕成本也不可能完全一致; 其次, 兩種方法獲得的腐蝕數(shù)據(jù)的科學(xué)價值和意義也不相同, 通過Uhlig 方法, 可以橫向?qū)Ρ雀鱾€腐蝕防護(hù)手段及策略的費用情況, 而通過Hoar方法則可以對各行業(yè)的腐蝕成本情況具有清晰的認(rèn)識。兩種方法均可為國家針對腐蝕防護(hù)的政策導(dǎo)向提供非常重要的數(shù)據(jù)支撐。

3.3 Battelle-NBS 研究方法(投入-產(chǎn)出分析法)

Battelle-NBS 研究方法是美國1978 年采用的腐蝕成本統(tǒng)計方法, 該方法由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Wassily Leontief(1973 諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎獲得者)所發(fā)明(Koch G,2001)[5]。首先需要將經(jīng)濟(jì)構(gòu)成劃分為多個行業(yè)(1978年美國的研究將其經(jīng)濟(jì)構(gòu)成劃分為了130 個行業(yè)),其統(tǒng)計的各行業(yè)的總投入不局限于與腐蝕相關(guān)的投入, 主要包括設(shè)備和建筑的更換、產(chǎn)品損失、維修維護(hù)、產(chǎn)能過剩、設(shè)備過剩、腐蝕控制措施投入(緩蝕劑、除銹劑、有機(jī)涂料、金屬涂鍍層等)、工程技術(shù)研發(fā)和測試、設(shè)計、保險以及庫存成本等等。投入-產(chǎn)出模型是一個簡化的均衡模型, 用于研究經(jīng)濟(jì)構(gòu)成中每個行業(yè)把其它行業(yè)的投入轉(zhuǎn)化為本行業(yè)產(chǎn)出的程度。例如, 腐蝕防護(hù)需要一定量的油漆, 投入-產(chǎn)出模型會顯示產(chǎn)出這些油漆所需要的其他各行業(yè)的總投入。

劃分好行業(yè)后, 某年度的標(biāo)準(zhǔn)投入-產(chǎn)出矩陣由某行業(yè)相對于其他各行業(yè)的投入和產(chǎn)出組成矩陣的行和列, 可體現(xiàn)各個行業(yè)的投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系,其中就包括了該年度的腐蝕成本。該研究需要準(zhǔn)確判斷出不同領(lǐng)域中代表腐蝕成本的項目, 例如鋼管所需要的涂料。涂料行業(yè)對鋼管行業(yè)的影響系數(shù)可根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)整。如果認(rèn)為使用涂料的唯一原因就是為了防腐蝕, 假設(shè)一個“沒有腐蝕發(fā)生的世界”, 那么鋼管行業(yè)在涂料方面的投入就為零, 該系數(shù)則需要被調(diào)整為零。將鋼管行業(yè)所在的列中與腐蝕相關(guān)的投入的系數(shù)均進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整, 再進(jìn)行歸一化, 那么這個新矩陣就對應(yīng)于一個“沒有腐蝕發(fā)生的世界”。在各行業(yè)的投入相同的條件下, 該矩陣中所有行業(yè)所創(chuàng)造的生產(chǎn)總值將高于“有腐蝕發(fā)生的世界”。Battelle-NBS 方法需要統(tǒng)計由于腐蝕的存在所導(dǎo)致的各種投入的增量, 因此其定義了三個“世界”, 即世界I——存在腐蝕的真實世界, 世界II——腐蝕不存在的理想世界和世界III——腐蝕被有效控制的假想世界。因此, 總的腐蝕成本被定義為世界I 和世界II 的生產(chǎn)總值的差值, 可通過合適的手段避免的腐蝕成本是世界I和世界III 的生產(chǎn)總值的差值, 不可避免的腐蝕成本則是世界II 和世界III 的生產(chǎn)總值的差值。

有別于上述Uhlig 方法和Hoar 方法, 該方法實際上是借助于經(jīng)濟(jì)學(xué)理論的一種分析手段, 以經(jīng)濟(jì)體中某行業(yè)對其他行業(yè)的投入和產(chǎn)出為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并把與腐蝕防護(hù)產(chǎn)品和技術(shù)相關(guān)的行業(yè)(例如涂料行業(yè))與其他使用腐蝕防護(hù)產(chǎn)品或技術(shù)的行業(yè)放在同一個維度(矩陣)中, 分析兩類行業(yè)之間的投入和產(chǎn)出的關(guān)系。因此, Nattelle-NBS 研究方法不是嚴(yán)格意義上的腐蝕成本調(diào)查方法, 而是一種對包括腐蝕成本數(shù)據(jù)在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)學(xué)數(shù)據(jù)的分析方法。通過這種分析方法, 進(jìn)行各個“世界”之間的生產(chǎn)總值的差值計算,得到與腐蝕防護(hù)相關(guān)的總成本。

3.4 幾種統(tǒng)計方法的對比

在這三種統(tǒng)計方式中, Uhlig 法是從腐蝕防護(hù)方法的源頭進(jìn)行統(tǒng)計, 因此只要將腐蝕防護(hù)方法統(tǒng)計完全, 就可以獲得腐蝕導(dǎo)致的直接成本, 這部分可以通過一些統(tǒng)計部門或行業(yè)協(xié)會等機(jī)構(gòu)獲得, 而這些機(jī)構(gòu)一般從屬于政府部門或受政府部門監(jiān)管, 自上而下獲得數(shù)據(jù)相對容易, 而間接成本則主要是通過推算或經(jīng)驗進(jìn)行估算而得。

Hoar 方法則是按照行業(yè)進(jìn)行腐蝕成本統(tǒng)計, 在理想情況下可以把各個行業(yè)中典型企業(yè)的直接和間接成本進(jìn)行統(tǒng)計, 然后疊加即為全行業(yè)的總腐蝕成本, 理論上比Uhlig 法更為準(zhǔn)確。然而, 實際調(diào)查過程無法滿足所謂的理想條件, 主要有兩個方面的原因, 第一是無法對某個企業(yè)的各方面成本進(jìn)行完全統(tǒng)計, 特別是間接成本, 很難把由于腐蝕導(dǎo)致的成本進(jìn)行單獨核算; 第二是很多企業(yè)沒有意愿為調(diào)查者或調(diào)查機(jī)構(gòu)提供準(zhǔn)確完整的腐蝕數(shù)據(jù), 或因行業(yè)機(jī)密問題, 或因企業(yè)形象問題等, 這是在腐蝕調(diào)查的實際工作中經(jīng)常遇到的難題。從獲取數(shù)據(jù)難以程度上來講, Hoar 法的自下而上獲取數(shù)據(jù)要難于Uhlig法的自上而下獲取數(shù)據(jù)。此外, Hoar 法無法把各個行業(yè)的所有企業(yè)全部進(jìn)行調(diào)查, 只能通過某行業(yè)中具有代表性的部分企業(yè)的數(shù)據(jù)推算該行業(yè)的整體腐蝕成本, 因此Hoar 法和Uhlig 法均存在估算環(huán)節(jié), 對估算的準(zhǔn)確度和經(jīng)驗具有一定的要求。

因此, Uhlig 法和Hoar 法均有各自的優(yōu)缺點, 這兩種方法的數(shù)據(jù)支撐方式不同, 獲得的數(shù)據(jù)具有不同的參考價值, 比如Uhlig 法可以在腐蝕防護(hù)技術(shù)和行業(yè)方面提供寶貴數(shù)據(jù), 而Hoar 法則可以針對不同行業(yè)的腐蝕成本進(jìn)行橫向?qū)Ρ? 這些數(shù)據(jù)均可以為摸清整個國家的腐蝕成本特點及為政府制定相關(guān)政策提供重要參考, 我們在腐蝕成本調(diào)查工作中, 在條件允許的情況下, 建議盡量通過兩個方法分別進(jìn)行。

第三種方法, 即 Battelle-NBS 法, 建立在投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)學(xué)模型理論基礎(chǔ)之上, 與Uhlig 法和Hoar法區(qū)別較大, 目前在各國的腐蝕成本調(diào)查研究工作中應(yīng)用較少。

4 “我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目介紹

進(jìn)入21 世紀(jì)后我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)較快發(fā)展, 在2003—2011 年間國內(nèi)的生產(chǎn)總值年均實際增長超過10%(中華人民共和國國家統(tǒng)計局2012 年數(shù)據(jù)), 這遠(yuǎn)高于世界經(jīng)濟(jì)同期3.9%的年均增速。其中, 在2008 年和2010 年分別超過了當(dāng)時位居世界第三的德國和當(dāng)時位居世界第二的日本, 經(jīng)濟(jì)總量連續(xù)跨上新臺階, 如今我國僅次于美國已經(jīng)多年穩(wěn)居世界第二大經(jīng)濟(jì)體[11]。

最近幾年, 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和管理模式均發(fā)生了巨大的的變化。具體到行業(yè)領(lǐng)域, 各行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都在持續(xù)更新, 生產(chǎn)流程也在不斷優(yōu)化。2013 年, 以習(xí)近平同志為核心的黨中央歷史性地提出了“一帶一路”戰(zhàn)略, 為中國的改革開放注入新的生機(jī)活力, 對我國基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域的發(fā)展提出了新的要求。其中, 缺乏服役材料腐蝕防護(hù)認(rèn)識, 在大規(guī)模建設(shè)的同時暴露出的材料耐久性不足及設(shè)施安全性威脅, 是最值得重點關(guān)注問題之一。

4.1 我國腐蝕成本調(diào)查涉及領(lǐng)域、調(diào)查形式及成員

2014 年年底開展的中國工程院環(huán)境與重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”是我國最近一次的腐蝕成本調(diào)查。本次腐蝕成本調(diào)查涉及基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸、能源、水環(huán)境、生產(chǎn)制造及公共事業(yè)等五大領(lǐng)域, 涵蓋鐵路、機(jī)場、公路橋梁、港口碼頭、水利工程、建筑、船舶、飛機(jī)、軌道交通、汽車、石油天然氣工業(yè)、煤炭工業(yè)、火力發(fā)電、清潔能源、城市供水、海水淡化、海水養(yǎng)殖、海洋平臺及開發(fā)、海底管道、海洋石油裝備、造紙業(yè)、化工、制藥業(yè)、采礦業(yè)、冶金、電子工業(yè)、電信、家電、食品加工、文物古跡、醫(yī)療器械、農(nóng)業(yè)等30 多個行業(yè)和部門。項目通過發(fā)放問卷、實地調(diào)研、專家咨詢、電話訪談、學(xué)術(shù)討論、大會交流、查閱文獻(xiàn)、國外考察等多種形式對我國現(xiàn)階段腐蝕狀況進(jìn)行了深入調(diào)查。

本次腐蝕成本調(diào)查是由中國科學(xué)院海洋研究所牽頭, 聯(lián)合中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會、北京科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院共同開展全國性的腐蝕調(diào)查[3], 成員主要為包括30 位院士在內(nèi)的200 多位科技工作者, 其中侯保榮院士擔(dān)任總負(fù)責(zé)人。此外,項目進(jìn)行期間也得到了中國工程院、中國科學(xué)院、中華人民共和國工業(yè)和信息化部等國家機(jī)關(guān)的大力支持, 如中國工程院辦公廳、中國科學(xué)院辦公廳針對“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目聯(lián)合發(fā)表了《關(guān)于商請協(xié)助“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”項目開展調(diào)研活動的函》, 號召相關(guān)單位積極組織、認(rèn)真參與, 協(xié)助完成好調(diào)研工作, 并提出寶貴的意見和建議; 工信部發(fā)出了《關(guān)于支持開展“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”調(diào)研活動的函》以支持本次調(diào)研活動。由此可見, 在我國經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展的背景下, 腐蝕成本調(diào)查這項工作已經(jīng)得到了全國多部門的重視和大力支持。

4.2 我國腐蝕成本調(diào)查主要統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2014 年我國的直接腐蝕損失可通過主要防腐技術(shù)所需費用來估算, 具體包括: 涂料和涂層、表面處理、防腐蝕材料、緩蝕劑、防銹劑、防銹膏和電化學(xué)保護(hù)。

調(diào)研結(jié)果如表 2 所示, 直接腐蝕成本總計約10 639.1 億元。其中, 防腐涂料占比最大, 為66.15%,其次為防腐材料和表面處理費用, 分別占19.34%和13.23%[1]。參考以往國內(nèi)外腐蝕調(diào)查, 間接腐蝕成本包含腐蝕誘發(fā)的產(chǎn)量下降、產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染、人員傷亡等因素導(dǎo)致的成本, 間接腐蝕成本一般是直接腐蝕成本的1 至數(shù)倍。所以保守估算, 腐蝕總成本至少為21278.2億元, 占2014年中國國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的3.34%[1]。

表2 主要防腐技術(shù)所需費用統(tǒng)計Tab. 2 Corrosion cost statistics of major anticorrosion technologies

此外, 此次調(diào)查還基于收回的調(diào)查問卷統(tǒng)計了基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸、能源、水環(huán)境、生產(chǎn)制造及公共事業(yè)五大主要經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的腐蝕成本, 調(diào)研結(jié)果如表3 所示, 可見生產(chǎn)制造及公共事業(yè)領(lǐng)域占比最高, 為47%[1]。幾個重點行業(yè)所占相應(yīng)領(lǐng)域的比例的統(tǒng)計如圖1 所示, 可見腐蝕成本最高的行業(yè)為交通運輸和電子行業(yè)[1]。

表3 主要經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的腐蝕成本統(tǒng)計Tab. 3 Corrosion cost statistics in major economic fields

圖1 重點行業(yè)腐蝕損失及所占相應(yīng)領(lǐng)域的比例Fig. 1 Corrosion losses in key industries and their proportions in corresponding areas

4.3 我國腐蝕成本調(diào)查專著及論文成果

調(diào)查結(jié)果匯聚成一本170 萬字的《中國腐蝕成本》, 該書全面系統(tǒng)地梳理了我國現(xiàn)階段腐蝕狀況和防腐蝕措施, 并對行業(yè)未來發(fā)展進(jìn)行了分析和展望,在國內(nèi)外得到了極大關(guān)注, 并被全文翻譯為英文由國際出版巨頭Springer·Nature(斯普林格·自然)和科學(xué)出版社共同出版, 全球發(fā)行[1-2]。美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE International)主席、歐洲腐蝕聯(lián)盟主席、日本腐蝕防護(hù)學(xué)會代表等極具影響力的同行都對該書給予了高度評價。侯保榮院士還榮獲科學(xué)出版社成立65 周年優(yōu)秀作者榮譽稱號。項目同時出版《中國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究叢書》一套, 含32 部專著, 該叢書是科學(xué)出版社中國工程院重大咨詢項目成果文庫之一, 并成功入選了國家“十三五”重大出版工程規(guī)劃。

此外, 關(guān)于中國腐蝕成本的研究成果以“The cost of corrosion in China”為題發(fā)表在了Nature子刊npj Materials Degradation[12]。

4.4 提高我國防腐蝕水平的建議

腐蝕防護(hù)安全關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和國防建設(shè)長治久安, 具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。為此, 項目組建議將我國基礎(chǔ)設(shè)施和重大裝備腐蝕防護(hù)安全納入國家戰(zhàn)略, 建立國家層面的腐蝕防護(hù)安全體系。

首先, 要盡快著手編制基礎(chǔ)設(shè)施及重大裝備腐蝕防護(hù)指導(dǎo)意見和規(guī)劃, 將腐蝕防護(hù)安全問題納入國家戰(zhàn)略, 使腐蝕防護(hù)成為社會共識, 使我國的基礎(chǔ)設(shè)施和重大裝備走上安全防護(hù)新軌道。建議成立專門機(jī)構(gòu), 定期監(jiān)測重點行業(yè)及重大工程的腐蝕狀況和腐蝕成本, 督促相關(guān)企業(yè)或法人對重大公共設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施實施全壽命周期腐蝕控制管理, 敦促相關(guān)單位成立專業(yè)團(tuán)隊管控和處理腐蝕問題。

其次, 要加強(qiáng)腐蝕防護(hù)技術(shù)研究, 設(shè)立國家科技重大專項, 推動我國腐蝕防護(hù)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。腐蝕防護(hù)是國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)面臨的共性科學(xué)問題, 應(yīng)圍繞我國基礎(chǔ)設(shè)施和裝備腐蝕防護(hù)重大科技問題及重大工程需求, 全方位、系統(tǒng)性認(rèn)知腐蝕破壞規(guī)律, 突破腐蝕防護(hù)安全領(lǐng)域難點核心技術(shù)、關(guān)鍵共性技術(shù)。

第三, 要建立健全腐蝕防護(hù)法律法規(guī)及相關(guān)腐蝕防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)體系, 強(qiáng)化腐蝕安全管理和監(jiān)管力度。組建既懂防腐蝕技術(shù)又懂標(biāo)準(zhǔn)制定執(zhí)行的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)化人才隊伍, 通過教育培訓(xùn)提高管理人員、技術(shù)人員、施工人員的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)化意識, 以適應(yīng)國內(nèi)外市場規(guī)范化需求, 提高各類工程防腐蝕質(zhì)量。

5 結(jié)論

“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目是我國歷史上規(guī)模最大、涵蓋范圍最廣的一次腐蝕調(diào)研工作, 同時是美國國際腐蝕工程師協(xié)會發(fā)起的全球腐蝕調(diào)研項目The International Measures of Prevention, Application, and Economics of Corrosion Technologies 的重要組成部分。腐蝕成本相關(guān)工作占整個項目的20%, 80%的工作用于根據(jù)不同行業(yè)的特點, 提出相應(yīng)的腐蝕防護(hù)對策和建議, 用于減少腐蝕損失。材料腐蝕廣泛存在于社會的各個領(lǐng)域, 是廣泛存在的共性問題, 各類由腐蝕引起的事故觸目驚心。然而腐蝕成本調(diào)查只是一個開端, 更重要的弄清腐蝕原理, 針對性研發(fā)防腐蝕技術(shù), 提出科學(xué)的防腐蝕對策, 這些對策不僅可以為企業(yè)提供解決方案,節(jié)省損失, 還可以為政府部門提供相關(guān)立法建議及決策參考。