随着陆地资源开发的限制增多,人类逐渐重视起向海洋进军。并且随着海洋油气资源、潮汐能源、风力资源的发现,以及海洋在国防战略中的地位凸显,大量的海工建筑,海工装备不断涌现。它们在海洋领域广泛分布,大致分为:海岸工程、近海工程、深海工程、海水淡化、舰船等。而每一领域,又涵盖诸多种类的工程设施与装备。
但海洋成分的复杂性以及海洋运动特点的复杂性,导致海洋中的工程结构极易发生失效。其主要失效形式包括:均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀 / 磨损、海洋大型生物污损、微生物腐蚀、海水冲蚀等。其实,海洋一直在哭泣,今天一起去聆听海哭的声音。
01海洋腐蚀之:安全事故频发
海洋环境是腐蚀性最为严酷的自然环境,海水中含有大量的盐类,包括氯化钠以及含有钾、溴、碘等元素的盐类。海洋工程结构在这样的电化学环境中极易发生腐蚀,从而产生安全隐患。
1980年,英国北海“亚历山大基定德”号钻井平台桩腿上的焊缝被海水腐蚀,裂纹在波浪载荷的反复作用下不断扩展,导致倾倒,123人遇难。
2010年4月20日夜间,位于墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台因海底阀门失效发生爆炸并引发大火,大约36小时后沉入墨西哥湾,11名工作人员死亡。事发半个月后,各种补救措施仍未有明显突破,沉没的钻井平台每天漏油达到大约5000桶,受漏油事件影响,美国路易斯安那州、亚拉巴马州、佛罗里达州的部分地区以及密西西比州先后宣布进入紧急状态。2010年12月13日,微型博客Twitter评出了2010年10大热门趋势,英国石油墨西哥湾漏油事件高居榜首。
2013年11月22日,山东青岛经济开发区排水暗渠发生爆炸,造成62人死亡,直接经济损失超过7.5亿元。国务院特别重大事故调查组调查报告指出,该事故直接原因是“输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂、原油泄漏”。
02海洋腐蚀之:经济损失严重
海洋腐蚀除了造成极大的安全隐患之外,其导致经济损失也是相当惊人的。
自2015年来,依托中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况与控制战略研究”,针对基础设施、水环境等5大领域,开展了一次腐蚀成本和防护策略的调查研究。结果表明,2014年我国腐蚀总成本约为2.1万亿元,占当年国内生产总值的3.34%。
另外,2016年3月的全球腐蚀调查报告表明,世界平均腐蚀损失约占全球国民生产总值的3.4%。一般认为,海洋腐蚀损失约占腐蚀损失的三分之一。
03海洋污损之:加剧海水腐蚀
除了海水腐蚀之外,由于海洋中大量的生物物种的存在,其附着在海洋结构表面,会产生生物污损问题。生物污损根据其在基体上的附着形式可分为两类:第一类污损是由各种细菌和微型动植物等微观有机体吸附在材料表面并繁殖引起的,称之为微生物污损;第二类污损是各类大型藻类及原生动物个体附着在基体表面并逐渐繁殖而形成的,称为大型生物污损,是肉眼可见、最为常见也是最为广泛的一类污损。
通常,造成船体污损的三大关键海生物分别是生物粘液或者淤泥,海藻海草类和甲壳类。
生物污损最直接的危害就是加速金属件的海水腐蚀。主要原因如下:
■硫酸盐还原细菌、铁细菌的作用,使金属的腐蚀加剧;
■污损生物会破坏金属表面的涂层,使金属裸露而导致金属的腐蚀;
■有石灰外壳的污损生物覆盖在金属表面,改变了金属表面的局部供氧,形成氧浓差电池而加速腐蚀;
■一些藻类由于光合作用产生氧气,增加水中的溶解氧的浓度,从而加速金属的腐蚀。
04海洋污损之:增加船体阻力
海洋生物污损将会导致船体的航行阻力大大提高、航行速度急剧降低,进而货物中转周期大大延长,船舶进坞维修周期也会随之增大,船底污损清理成本提高、船舶占坞时间增加且有效的航行时间大大缩短,燃油消耗及其对应的污染排放相应提高。
美国海军研究室称,黏性的表层生物膜形式的细微污损会给船的航行增加高达20%的阻力。而由大一些的有机物,一般来说是藤壶,所造成的大面积的污损则能将航行阻力增大超过60%。美国海上作战中心推测这将使船的航行速度下降10%。对美国海军而言,这意味着他们得在年度军费上额外增加十亿美元用于计划外的燃料和保养。
所以,海洋腐蚀与污损的危害如此之大,让我们聆听海哭的声音,防微杜渐,减少海洋腐蚀与污损带来的安全隐患与经济损失!
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