發布時間：2021-07-24所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:材料腐蝕對國民經濟的發展造成嚴重的影響,因此腐蝕問題引起廣泛關注。本文回顧了國內外在歷史上幾次主要的腐蝕調查工作,對國際通用的典型腐蝕成本調查統計方法進行了詳細解讀,并對重大咨詢項目我國腐蝕狀況及控制戰略研究的主要工作做了重點陳述。腐蝕
摘要:材料腐蝕對國民經濟的發展造成嚴重的影響,因此腐蝕問題引起廣泛關注。本文回顧了國內外在歷史上幾次主要的腐蝕調查工作,對國際通用的典型腐蝕成本調查統計方法進行了詳細解讀,并對重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”的主要工作做了重點陳述。腐蝕與防護是安全問題,是經濟問題,是國計民生問題,是生態文明問題,更是國家文明發展程度的反映,而全國范圍內的腐蝕調查工作的重要意義即在于摸清我國腐蝕狀況的總體情況,為腐蝕防護提供針對性的對策建議,并為國家相關政策的制定提供重要的參考依據和數據支撐。
關鍵詞:腐蝕成本;統計方法;腐蝕防護;經濟
腐蝕是一種悄悄進行的破壞,據統計估算,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遠大于颶風、地震等自然災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,我國各行各業呈現出蓬勃發展的態勢,其中材料腐蝕是一個不容忽視的問題,該領域迫切需要腐蝕科學工作者對各種服役材料在不同環境條件下的腐蝕機理和腐蝕控制技術進行更深入的研究。腐蝕調查是世界多國通過一系列調查活動了解各行各業的腐蝕狀況,衡量材料腐蝕引起經濟、社會等多方面問題的重要途徑[3]。通過腐蝕調查工作,不僅可以取得國家腐蝕成本的重要數據,同時提高了全民的腐蝕防護意識,促進了腐蝕防護產業的發展,對國民經濟建設具有十分重要的意義。
本文分析了國內外幾次典型的腐蝕調查工作和國際通用的腐蝕調查方法,并重點陳述了“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”重大咨詢項目的主要情況,對該項目的主要成果進行了總結。
1國際上主要腐蝕調查簡介
在1922年,英國的冶金學者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行科學分類和分析的學者,他在1949年發表“TheCostofCorrosiontotheUnitedStates”,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行了詳細的估算,并預計可達到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據,而在1966年3月,T.P.Hoar教授主持成立的英國腐蝕防護委員會,采用了另一種方法,其主要基于與行業的直接互動,包括采訪腐蝕領域專家、發放問卷調查和開展專題小組會議等,活動中行業協會和專業團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的腐蝕損失計算方法,并針對200多個企業進行了腐蝕損失調查。結果表明: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:通過更好地發揮和利用現有腐蝕防護知識和技術,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,因為每個行業只有幾家公司能夠提供腐蝕成本的詳細數據,而且這些數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準局(NationalBureauofStandards,NBS)進行了全國金屬材料腐蝕損失的調查研究,并由Battelle實驗室(BattelleColumbusDivision)對腐蝕調研數據進行分析[7-8]。本次調研聯合了經濟專家采取投入/產出(Input/Output,IO)的經濟模型估算了腐蝕對美國經濟的影響。不過投入/產出的經濟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據獲取來源比較單一的問題。
另外,美國聯合碳化物公司(UnionCarbideCorporation)的Dillon早在1966年提出的一種凈現值和等效統一成本的計算方法,也稱生命周期成本方法,該方法的數據來源更加全面和系統,后來被T.P.Hoar的腐蝕防護委員會所采用并被業界廣泛認可[5]。
美國是腐蝕損失最嚴重的國家之一,也是一直以來最重視腐蝕調查活動的國家,表1是1995年美國公布的20世紀60—80年代部分國家的腐蝕直接損失調查結果[1]。在1999年到2001年間美國就己經完成了第七次腐蝕調查活動,這次腐蝕調查與以往不同,它聯合了多個部門共同參與,由CCTechnologies公司聯合美國腐蝕工程師協會(NACE)、美國交通部和高速公路管理局共同完成[7]。目前,其他發達及部分發展中國家,也均進行過不同規模的腐蝕調查,例如在日本正在進行的第三次腐蝕成本調查活動,該項目由筱原正教授和田邊弘往研究員分別擔任腐蝕調查委員會主席和腐蝕調查委員會分會主席[8]。
最近一次國際性的腐蝕調查活動IMPACT(theInternationalMeasuresofPrevention,Application,andEconomicsofCorrosionTechnologies)在2013年10月份由NACE發起,該項目著重研究腐蝕管理對不同行業和政府產生的影響,并嘗試尋求更好的腐蝕控制與管理模式。次年,NACE國際IMPACT項目經理一行到我國進行了全面調研,全球腐蝕調查中國區主席由中國科學院海洋研究所侯保榮院士擔任[1]。
2國內腐蝕調查歷史
我國較早的關注到腐蝕的問題,1956年的科技發展規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重性認識依然相對不足,啟動腐蝕調查工作較晚[1]。近40年,我國有幾次針對重點行業的腐蝕調查工作。其中,較為有代表性的腐蝕調查工作有四次,即1980年,由國家科委腐蝕學科組施行,針對材料腐蝕嚴重的行業進行了腐蝕損失調查(包括化學、煉油、冶金、化纖等7個工業部門),調查研究表明:該年度化學工業、煉油工業、冶金工業和化纖工業中的僅70家企業的腐蝕損失就超過了1.2億元,分別占相應行業總產值的3.97%、0.08%、2.4%和1.5%[9];1986年,武漢材料保護研究所開始對機械工業方面的腐蝕損失開展調研工作,本次調查涉及全國27個省、市、自治區,課題采取函調、重點現場調查、專家座談咨詢、查閱有關資料文獻、走訪部分省、市國家統計局等方式對機械工業銹蝕損失進行全面調查,統計了機械工業產品制造所需金屬材料的銹蝕損失數據,機械工業產品銹蝕損失數據,各類機械工業產品出口商品銹蝕損失數據,生產用機床設備銹蝕報廢損失數據。調查結果指出:本年機械行業的腐蝕損失達116.245億元,占其總產值的5.64%[1];1999年,中國工程院院士柯偉研究員和中國科學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的腐蝕損失調查工作。隨后,依托于中國腐蝕與防護學會,由中國科學院金屬腐蝕與防護研究所(現中國科學院金屬研究所)具體組織實施了中國工程院咨詢項目“中國工業與自然環境腐蝕問題調查與對策”,具體涉及自然環境(大氣、土壤)、工業環境(石油工業、電力、汽車等)和軍事裝備。調查認為:這些領域的直接腐蝕損失超過2000億元,加上間接腐蝕損失總成本約為5000億元,是當年國民生產總值的6%[1,9];2014年初,為深入了解我國現階段腐蝕狀況,中國工程院設立了學部級咨詢項目“腐蝕成本經濟性分析與防腐策略研究預研”,會議就全國腐蝕調查委員會的人員架構,腐蝕調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略研究”正式立項,相比此前的幾次腐蝕狀況調查,此次調查涉及更多領域,該項目組針對我國5大關鍵領域的30多個重點行業腐蝕狀況、腐蝕成本及其防控措施進行了為期兩年的專題調研。調查指出:2014年的我國腐蝕成本約為21278.2億元,約占國內生產總值的3.34%[1,10]。
3主要的腐蝕成本統計方法介紹
國際上通用的腐蝕成本調查和統計方法主要有兩種,即Uhlig方法和Hoar方法,另外還有一種經濟學矩陣分析法,即Battelle-NBS方法。下文將對這三種方法的具體原理及特點進行介紹。
3.1Uhlig方法——直接統計腐蝕防護策略及服務費用
Uhlig方法于1949年由H.H.Uhlig教授首創,用于美國的首次腐蝕調查研究,主要是將生產、制造方面的防腐蝕措施所需費用進行累加[5]。具體來說,該研究通過統計腐蝕防護方法、產品和相關施工、工程服務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、陰極保護材料及施工費用、用于腐蝕防護研究的費用以及腐蝕監檢測費用等。在該方法的理論中,這些費用由企業、運營商以及施工方等承擔,被視為由于腐蝕防護或由于發生腐蝕而導致的直接成本,而腐蝕所造成的除此之外的其他一切經濟成本都被視為間接成本,包括對環境造成破壞導致的費用,人員傷亡導致的費用以及終端用戶所承擔的維修更換費用等等,間接腐蝕成本往往大于直接成本,根據不同情況可以進行不同程度的估算。通過將這些成本疊加,最終獲得了美國當年由腐蝕導致的成本總額。
這種方法的直接經濟成本的組成和分類需要考慮盡量周全,大量數據主要從政府部門、商務局、貿易組織、工業團體和集團公司等渠道獲取,很大程度依賴于查閱大量統計資料,并且需要借助于貿易組織、教育機構的統計數據和專家咨詢等。
3.2Hoar方法——按照行業統計腐蝕防護策略及服務費用
Hoar方法于1966年由T.P.Hoar教授首創,用于英國的腐蝕調查研究。相較于Uhlig方法,該方法從另外一個角度進行統計分析,即按各行業的腐蝕損失和防蝕費用的總和進行統計推算[5]。具體來講,該方法的實施需要劃分出與腐蝕防護相關的多個行業,并分別從各個領域入手,統計各自的腐蝕防護策略及施工、服務等費用。例如,某行業的某個工廠利用耐蝕材料和涂料涂裝作為腐蝕防護措施,并向相關專業的員工支付酬勞,如果此外再沒有其他與腐蝕防護相關的支出,那么將這幾部分進行疊加,即為該工廠的腐蝕成本。通過對同一個行業的多個具有代表性的典型企業的腐蝕數據進行收集、推算和分析,即可得到該行業的腐蝕成本占其總產值的份額。通過此方法,可以獲得與腐蝕防護相關的各個行業的腐蝕成本數據。
Hoar方法的實施采用函調、問卷調查和實地調研等方法,以獲得可靠的腐蝕數據。Hoar方法獲得不同行業腐蝕數據的難易程度差別較大,各個行業的腐蝕成本數據的差異也十分顯著,一些公共部門,例如基礎設施和公共事業等,腐蝕成本的相關信息往往是公開的,可以從政府報告和其他公開統計的資料中獲得重要的數據,也可以通過咨詢特定行業專家,獲取相關數據和建議來豐富腐蝕數據。然而,有些企業或部門沒有現成的腐蝕數據,或很難統計出與腐蝕相關的成本數據,甚至在某些特殊因素影響下,有一些腐蝕數據涉及商業機密,不方便透露給調查者。在這些情況下,則需要借助專家咨詢、會議討論等方式,根據有限的信息獲得具有科學意義的腐蝕數據。
相關期刊推薦：《腐蝕與防護》創刊于1980年，由上海材料研究所和上海腐蝕科學技術學會主辦，為上海腐蝕科學技術學會的會刊，是國內腐蝕與防護領域最早創辦的專業性刊物之一。報道范圍：包括但不限于腐蝕與防護、電化學、電廠化學、電鍍、化學鍍、轉化膜、涂料與涂裝、表面改性、激光涂覆、電子電鍍、電極材料等。涉及領域：機械，冶金，水利，電力，石油化工、航空航天、建筑等。
與Uhlig方法類似的是,Hoar方法統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,也無法實現精確統計,只能通過經驗和科學推算來獲取相關數據。兩種方法的差異也十分顯著,首先兩者的出發點完全不同,獲得的腐蝕數據也必將具有差異,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據的科學價值和意義也不相同,通過Uhlig方法,可以橫向對比各個腐蝕防護手段及策略的費用情況,而通過Hoar方法則可以對各行業的腐蝕成本情況具有清晰的認識。兩種方法均可為國家針對腐蝕防護的政策導向提供非常重要的數據支撐。
3.3Battelle-NBS研究方法(投入-產出分析法)
Battelle-NBS研究方法是美國1978年采用的腐蝕成本統計方法,該方法由美國經濟學家WassilyLeontief(1973諾貝爾經濟學獎獲得者)所發明(KochG,2001)[5]。首先需要將經濟構成劃分為多個行業(1978年美國的研究將其經濟構成劃分為了130個行業),其統計的各行業的總投入不局限于與腐蝕相關的投入,主要包括設備和建筑的更換、產品損失、維修維護、產能過剩、設備過剩、腐蝕控制措施投入(緩蝕劑、除銹劑、有機涂料、金屬涂鍍層等)、工程技術研發和測試、設計、保險以及庫存成本等等。投入產出模型是一個簡化的均衡模型,用于研究經濟構成中每個行業把其它行業的投入轉化為本行業產出的程度。例如,腐蝕防護需要一定量的油漆,投入產出模型會顯示產出這些油漆所需要的其他各行業的總投入。
劃分好行業后,某年度的標準投入-產出矩陣由某行業相對于其他各行業的投入和產出組成矩陣的行和列,可體現各個行業的投入與產出之間的關系,其中就包括了該年度的腐蝕成本。該研究需要準確判斷出不同領域中代表腐蝕成本的項目,例如鋼管所需要的涂料。涂料行業對鋼管行業的影響系數可根據實際需求進行調整。如果認為使用涂料的唯一原因就是為了防腐蝕,假設一個“沒有腐蝕發生的世界”,那么鋼管行業在涂料方面的投入就為零,該系數則需要被調整為零。將鋼管行業所在的列中與腐蝕相關的投入的系數均進行相應調整,再進行歸一化,那么這個新矩陣就對應于一個“沒有腐蝕發生的世界”。在各行業的投入相同的條件下,該矩陣中所有行業所創造的生產總值將高于“有腐蝕發生的世界”。Battelle-NBS方法需要統計由于腐蝕的存在所導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濟學理論的一種分析手段,以經濟體中某行業對其他行業的投入和產出為基礎數據,并把與腐蝕防護產品和技術相關的行業(例如涂料行業)與其他使用腐蝕防護產品或技術的行業放在同一個維度(矩陣)中,分析兩類行業之間的投入和產出的關系。因此,Nattelle-NBS研究方法不是嚴格意義上的腐蝕成本調查方法,而是一種對包括腐蝕成本數據在內的經濟學數據的分析方法。通過這種分析方法,進行各個“世界”之間的生產總值的差值計算,得到與腐蝕防護相關的總成本。
3.4幾種統計方法的對比
在這三種統計方式中,Uhlig法是從腐蝕防護方法的源頭進行統計,因此只要將腐蝕防護方法統計完全,就可以獲得腐蝕導致的直接成本,這部分可以通過一些統計部門或行業協會等機構獲得,而這些機構一般從屬于政府部門或受政府部門監管,自上而下獲得數據相對容易,而間接成本則主要是通過推算或經驗進行估算而得。
Hoar方法則是按照行業進行腐蝕成本統計,在理想情況下可以把各個行業中典型企業的直接和間接成本進行統計,然后疊加即為全行業的總腐蝕成本,理論上比Uhlig法更為準確。然而,實際調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的各方面成本進行完全統計,特別是間接成本,很難把由于腐蝕導致的成本進行單獨核算;第二是很多企業沒有意愿為調查者或調查機構提供準確完整的腐蝕數據,或因行業機密問題,或因企業形象問題等,這是在腐蝕調查的實際工作中經常遇到的難題。從獲取數據難以程度上來講,Hoar法的自下而上獲取數據要難于Uhlig法的自上而下獲取數據。此外,Hoar法無法把各個行業的所有企業全部進行調查,只能通過某行業中具有代表性的部分企業的數據推算該行業的整體腐蝕成本,因此Hoar法和Uhlig法均存在估算環節,對估算的準確度和經驗具有一定的要求。
因此,Uhlig法和Hoar法均有各自的優缺點,這兩種方法的數據支撐方式不同,獲得的數據具有不同的參考價值,比如Uhlig法可以在腐蝕防護技術和行業方面提供寶貴數據,而Hoar法則可以針對不同行業的腐蝕成本進行橫向對比,這些數據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政策提供重要參考,我們在腐蝕成本調查工作中,在條件允許的情況下,建議盡量通過兩個方法分別進行。——論文作者：馬秀敏1,2,鄭萌1,2,徐瑋辰1,2,路東柱1,2,麻福斌1,2,侯保榮1,2
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