刘贵昌:服务于国家战略需求 开启188棋牌最新版 新征程
2019-12-18 10:53:53 作者: 王元 来源:《腐蚀与防护之友》 分享至:

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据统计,全球每90秒钟就有1吨钢铁被锈蚀,每年有1.3亿吨钢铁被腐蚀掉,造成巨大的经济损失。中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”调查结果表明,2014年我国的腐蚀总成本包括腐蚀带来的损失和188棋牌捕鱼 投入,约占当年GDP的3.34%,总额超2.1万亿人民币。


腐蚀是材料的癌症,对各种材料都有可能发生,腐蚀问题遍及国民经济和人民生活的各个领域。一直以来,无数的科研工作者都在为突破这一难题而做着不懈的努力。他们凭着孜孜不倦的探索研究,矢志不移自主创新,砥砺奋进、攻坚克难。在“反腐”的道路上实现着一个又一个新的跨越和突破。大连理工大学的刘贵昌教授就是其中之一,刘贵昌,大连理工大学教授、博士生导师,中国腐蚀与防护学会理事。他在材料腐蚀与防护研究方面颇有造诣,曾获得国家技术发明奖二等奖及省部级奖多项。值此2019第六届海洋材料与腐蚀防护大会来临之际,记者特邀请到刘贵昌教授做相关方面的精彩解读。

记者:21世纪是海洋的世纪,发展海洋装备、建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容,然而在长期恶劣的服役环境下,无法回避材料的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损,严重影响其可靠性和寿命。请您从专业的角度谈谈海洋188棋牌最新版 的重要性和必要性。

刘教授:占地球面积71%的海洋辽阔神秘,不仅是生命的摇篮,而且是取之不尽的资源宝库,人类的未来也寄希望于海洋。海洋中含有丰富的海洋生物资源、海水化学资源、海洋矿产资源以及海洋能源。值得一提的是,据联合国大会报告,海底蕴藏着的矿产十分巨大,如果按现在地面上的铝、锰、锏、镍、钴、钼尚可用100年估算,那么它们在海底的储量分别可用2万年、40万年、5千年、15万年、20万年和3万年。除了蕴藏丰富的海洋资源以外,辽阔的海域还是交通的通道、防御外敌入侵的天然屏障,对人类的生存发展和世界文明的进步有着重大的影响。因此,开发利用海洋、发展海洋事业与人类的文明发展息息相关。然而,遗憾的是,受限于现有的科学技术水平,海洋资源绝大部分目前还不能得到有效的开发与利用。但是,随着社会不断发展,人们对各种资源的需求不断增加,陆地资源逐渐的枯竭将促进海洋资源开发与利用技术的蓬勃发展,开发与利用海洋资源必将成为现实。海上生产、生活空间的开发也是未来海洋开发的重要内容。诸如海上人工岛、海上工厂、海上城市、海上走廊、海上牧场、海上机场、海上油库、海上公园等。科学家预测,到本世纪末,人类将有十分之一的人口移居海洋城市。海洋开发与宇宙开发、原子能开发并列成为了世界三大开发方向,21世纪将是一个“海洋开发的新时代”。


海洋的开发首先要面对恶劣的海洋环境,必须做好“海洋三防”,即防海水腐蚀、防盐雾和防海洋生物污损。海水本身是一种强的腐蚀介质,同时波、浪、潮、流对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。金属材料在海洋中的腐蚀损失相当严重,欲选择适合于海洋工程的金属材料,必须了解它的腐蚀行为。据统计,我国2014年因腐蚀造成的总成本约为2.1万亿元,占当年国内生产总值(GDP)的3.34%,其中海洋腐蚀导致的损失约占总腐蚀损失的1/3,每年海洋腐蚀导致的经济损失比火灾、风灾、水灾、地震等自然灾害导致的损失总和还大。在船舶、舰艇及近海钢结构等因腐蚀造成的破坏屡屡发生,由此造成的人身伤亡和经济损失常常不可弥补。例如,英国北海油田基·兰德号海上钻井平台因海洋腐蚀疲劳开裂造成123人死亡;美国第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号的非再生热交换器所用0Cr18Ni9不锈钢管,1960年出现了氯化物应力腐蚀破裂,造成事故;据1970-1981年统计资料显示,海洋平台有7%~9%出现事故,其中因腐蚀疲劳导致的事故占大多数;在海洋大气环境中工作的舰载飞机以及海面上起飞的水上飞机,出现过由于修复蚀损的费用超过本身造价而提前报废的情况,致使美国空军提出“优先搞好腐蚀控制”的政策;其它,诸如海底输油气管线因腐蚀泄漏引起的事故等都说明了腐蚀的严重后果。因此,加强腐蚀控制-减少金属材料的损耗,防治海洋生物污损,避免没备在海洋环境中过早或意外损坏,防止地球上有限矿产资源过早枯竭等,对人类有着重要的战略意义。

记者:您长期从事腐蚀防护领域的科研工作,并取得了诸多重要成果。请您详细谈一下您和您的团队所做的科研工作和取得的进展与成就。并谈谈这些科研工作成果或技术的应用状况及产生的效益。

刘教授:目前,我的团队共有32人,教授1人,副教授2人,讲师1人,博士研究生5人,硕士研究生23人。团队拥有如Bylogic M470微区扫描电化学工作站(如图1)等总价值壹仟万元以上的先进分析仪器与设备,拥有辽宁省烟气余热利用装备188棋牌捕鱼 工程实验室、大连市烟气净化和余热利用重点实验室、辽宁省精细化工产业共性技术创新平台、京博-大工工业腐蚀与防护联合实验室等。团队的科研工作主要围绕石油化工腐蚀诊断与防护对策、工业循环水系统的腐蚀与结垢控制、石墨烯材料、海洋188棋牌最新版 与防污技术、智能工厂腐蚀与防护系统开发、功能表面188棋牌最新版 技术、电化学保护技术等。至2019年9月底,共承担了各类科研项目100多项,其中主持或参与国家重点研究计划、国家自然科学基金、省部级项目20多项,获得竞争性科研经费5000多万元。累计发表论文168篇(其中53篇为SCI论文);获批专利20多件,获得2012年全国188棋牌捕鱼 行业专利金奖、2013中国专利优秀奖、国家技术发明二等奖等奖励;参与国家标准立项2项,研究成果被列入中国工程院咨询项目最佳案例,国家质检总局列入产品推荐目录,工信部产品推荐目录,已与20多家企业建立了卓有成效的合作,实现了烟气余热利用装备、先进阴极保护成套装备、石墨烯及其功能188棋牌捕鱼 涂料等多项科技成果的产业化。


1.天然气烟气冷凝余热深度利用设备的188棋牌捕鱼 技术


“余热余压利用工程”是我国十大重点节能工程之一。目前燃气锅炉的排烟温度均在120~250℃以上,利用烟气冷凝热回收设备,将烟温降到露点以下,可同时回收显热和潜热,大幅度提高燃气的利用效率,并净化烟气。然而,烟气凝结后的露点腐蚀问题一直以来是制约国内外低温烟气余热利用的技术瓶颈。其难点在于:耐腐蚀材料一般传热差;成本高,而传热好的材料往往耐蚀性差;因此,协同高效热回收与188棋牌最新版 问题,成为国际性难题。研究工作得到了多项国家自然科学金、国家重点研发计划、北京市重点实验室开发课题,北京市科委重大科技成果转化落地等项目支持,攻克如下技术难点:


(1)针对传热性能好的材料耐腐蚀性能差的国际性难题,提出了利用水蒸气在低能表面的珠状凝结功能、实现对传壁面酸根离子的自清洁、抑制烟气的露点腐蚀的新思路,开发了功能表面涂镀层,开辟了防止烟气露点腐蚀的新途径;


(2)针对现有镀层在冷凝液中耐蚀性差的问题,发明了以钼、铜和稀土合金元素改性的化学复合镀层及制备工艺,提高了镀层的致密性,增强了非晶态程度,促进了在冷凝液中表面富磷钝化膜的形成,提高了镀层的阻抗值,降低了自腐蚀电流密度,对基体兼有屏蔽和电化学保护双重188棋牌捕鱼 功能;


(3)针对涂层缺陷部位易发生孔蚀的问题,发明了一种可封装缓蚀剂的中空微纳容器,微纳容器在冷凝液酸性诱导下具有对涂层的自修复功能,有效延长了涂层的188棋牌捕鱼 寿命;


(4)发明了强化涂镀层之间结合力的新方法,研发了弥散镶嵌 PTFE 微纳粒子的复合过渡层,通过PTFE 的“钉扎”作用,攻克了高分子涂层与金属间结合力差的难题。


发表SCI收录论文30余篇,研究结果被《表面工程手册》收录。获得授权发明专利3项,国际发明专利1项、实用新型专利7项。经过20年的基础和应用研究,以188棋牌捕鱼 技术为基础开发的天然气低温烟气冷凝余热深度利用装备,大幅度降低排烟温度到20~50℃,阻力和体积小,寿命大幅度提高3~5倍以上,实现排烟余热深度利用和友好排放。与国内外同类技术相比,烟温降得最低、节能率最高、阻力最小、寿命最长,实现了烟气冷凝余热深度高效利用,各项指标处于国际领先水平。获得2012年全国188棋牌捕鱼 行业专利金奖,2013中国专利优秀奖,2014国家技术发明二等奖。


以此技术为支撑研发出的新一代系列高效紧凑188棋牌最新版 型烟气冷凝热回收样机于2006年开始试用,跟踪监测和国家质检总局的检测结果表明:热回收装置节能率12%,为国内外同类产品最高,设备无腐蚀,研究成果被列入中国工程院咨询项目《中国2011建筑节能年度发展报告》最佳案例,国家质检总局列入《第一批高耗能特种设备节能技术与产品推荐目录》,列入发改委节能技术推荐目录。在各个工业锅炉余热工程中得到应用,取得了显著的经济效益和社会效益。

2.基于石墨烯的工业锅炉余热利用装备188棋牌捕鱼 技术


与天然气相比,工业锅炉烟气成分复杂得多,燃气中含有CO2、CO、H2、CH4、H2O、H2S、N2、焦油、油、石脑油、酚、腐植酸等复杂成分,其燃烧后的烟气中COx,NOx,SOx等有害气体含量较高,腐蚀性更强,并且,还伴有粉尘结垢影响传热等问题。因此,在天然气锅炉烟气余热深度利用多项研究成果基础上,进一步研发了高性能188棋牌捕鱼 、防污垢的工业烟气余热利用装备的新材料、新方法和新技术,已经取得阶段性成果。 该部分研究得到了国家重点研发计划(2016YFB0601102-02)、宁夏回族自治区重点研发计划重大项目子课题(2018YBZD1376)、国家自然科学基金(51671047,21703026,21978036)、博士后基金面上资助(2017M610177)和博士后基金特别资助(2018T110222)等项目支持。


在换热表面188棋牌捕鱼 涂层开发方面,根据石墨烯等超薄二维结构材料优异的抗分子渗透性、热传导性和大的厚径比等特点,将其作为鳞片材料,探索了一种制备高性能导热188棋牌最新版 涂层的新途径,通过引入包覆改性和分子调控策略,克服了石墨烯的高导电性带来的腐蚀促进效应的技术难题,该策略不仅改善了涂层的防护性能,而且极大的抑制了该涂层在188棋牌捕鱼 应用方面的不足,相关研究成果已获授权国家发明专利并在国际权威期刊发表多篇研究论文。同时,还开发了多种自愈合和疏水、超疏水表面功能涂层,该技术构建的协同导热-188棋牌捕鱼 体系此外,在烟气余热利用装备188棋牌捕鱼 应用方面表现巨大的潜力。近年来,与山东京博石油化工有限公司合作,开展炼油行业工业烟气余热利用技术及装备的示范应用,炼厂加热炉烟气低温余热回收技术于2018年被国家工信部推荐为国家工业节能技术。为烟气余热利用装备188棋牌捕鱼 技术升级奠定了坚实的基础。


3.海水腐蚀与海洋生物污损的电化学防治技术研究


① 海水腐蚀与阴极保护的数值模拟:大连理工大学腐蚀与表面工程研究所的阴极保护技术传承了火时中、殷正安等老先生的研究成果,火时中教授出版了国内第一本阴极保护专著-《电化学保护》,经过数十年的发展,开发了一系列先进技术。采用有限元移动网格技术对海水介质下阴极保护过程中发生的物理化学现象进行动态模拟,真实再现了表面发生钙镁盐沉积、生成腐蚀产物、存在杂散电流干扰和电力线受到屏蔽等复杂环境下金属构筑物表面的电荷分布情况,这些成果发表在Electrochimical Acta、Corrosion Science等期刊上,开辟了优化阴极保护设计、探索机理的一条崭新途径,对阴极保护实际应用具有重要指导意义。


② 长寿命高效辅助阳极的研制:研制了高效长寿命析氯电极,在国内外多家大型海水电厂得到应用,研究成果获得国家发明专利1项(201010149339.X),在EI及核心杂志发表论文12篇。


③ 开发了可用于油田井下高温环境的高效牺牲阳极:在80℃环空保护液中,电流效率超过80%,获国家发明专利(ZL201110140455X)。


④ 海洋生物污损的电化学防治新技术的开发:发明了“阴极电流防止海洋生物污损”的新方法,克服了传统方法的缺点,被评价为“从实质上开辟了一条防止生物污损的新途径”。获得发明专利一项(200810010228.3),获国家海洋重大专项“阴极保护188棋牌最新版 技术的防污作用研究”项目一项(201005028-3)。


⑤ 深刻揭示了交流杂散电流腐蚀机理,找出了一种可以准确评价交流杂散电流腐蚀的检测方法。


⑥ 开发了远程控制恒电位仪,在100多个强制电流阴极保护系统中成功应用,有效提高了阴极保护运行管理水平,深受用户好评。(见图2)


以上科学与技术问题的解决,提升了阴极保护技术水平,促进了产学研合作,在国内外多个大型海水电厂和石油化工企业得到应用,为企业的安全运营发挥了重要作用。


4.石油石化腐蚀诊断与防护对策


随着我国高硫原油的大量进口和开采,石油石化设备的腐蚀问题日益严重,轻则造成物料流失、环境污染,重则引起火灾、爆炸等灾难性事故。针对石油、石化工业中的腐蚀问题,开展了系列的腐蚀诊断分析及防护对策研究,研究成果在各大油田和炼厂得到应用,累计完成大型腐蚀诊断案例160多项,开发了针对炼厂的腐蚀专家管理系统,承担一项国家重大专项《大型油气田及煤层气开发》子课题,开发了可用于油田井下的固型缓蚀剂,实现了固型缓蚀剂的可控释放。


5.工业循环水净化与利用技术


循环水系统是冶金、能源、化工企业生产必不可少的介质之一。在工业循环水系统中,腐蚀与结垢往往相伴而生且相互影响,尽管人们对腐蚀诱导结垢的现象有了一定了解,但与结垢对腐蚀的影响作用相比,对腐蚀促进结垢作用并没有形成统一的认识和引起足够的重视,以往的研究中大都忽略了受热壁面与介质的两相界面物化性质非均一性的现实,这种非均一性将导致腐蚀原电池的形成进而影响结垢,本团队对这一问题进行了深入的探索,取得重要研究成果。另外,为了解决传统阻垢方法投加化学药剂费用高、二次污染等弊端,开发了新一代绿色电化学除垢、杀菌一体化技术,针对目前市场上该技术普遍存在除垢速率低、水处理量小、能耗高、电极再生困难等缺点,开发了新型三维电极和高效电解池结构,在350 ppm(以CaCO3计)硬度的水中,除垢速率为29.16 g/(m2·h),能耗仅为6 kW·h/(kg CaCO3),除垢效率为国内外已公开数据中最高,专利已获批准,为这一新型电化学除垢装置的开发奠定了基础。

记者:贵单位作为本届大会的联合主办单位及合作承办单位,请您谈谈贵单位为本次大会的顺利召开做了哪些方面的准备工作?

刘教授:大连理工大学作为本次大会的合作承办单位,我们对本次会议非常重视。专门成立了会务筹备工作组,第一时间向校领导做了汇报,得到校、院两级领导的支持与资助;为参加本次大会做了充分的准备,派出有教师和博士生组成的5人团队参会并做学术报告,全面展示我团队在海洋188棋牌最新版 防污方面的科研成果。此外,为大会的召开进行了宣传工作,包括:邀请国内外海洋材料与腐蚀防护方面相关专家,邀请我校其它院系科研团队参会,邀请相关企业参会,邀请电化学分析仪器供应商参会等。


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图1.微区扫描电化学工作站Bylogic M470

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图2. 基于工业4.0的 远程监测、远程调节与控制阴极保护系统.jpg

记者:据悉,您受邀参加2019第六届海洋材料与腐蚀防护大会,并将在大会上做主会场报告,请问您有何重要的研究成果要与我们分享,请您简要谈谈这些研究的最新进展和应用。

刘教授:“大力发展蓝色经济,保护海洋环境,建设海洋强国”是21世纪我国的重要战略,工程装备是“建设海洋强国”的基础,材料是支撑;由于海水高盐分、空气湿度高、海浪冲击等苛刻复杂的环境,金属材料极易遭受海水腐蚀、生物污损、磨损等,因此海洋材料及其腐蚀防护问题是我们“建设海洋强国”必须面对的问题。


大连理工大学腐蚀与表面工程研究所在海洋材料及腐蚀防护方面做了一些研究工作,并取得了一定的研究成果。实验室的在海洋188棋牌最新版 领域主要研究方向包括:海水电化学保护技术;高效析氯DSA阳极材料;耐蚀材料与腐蚀防护;海洋绿色防污188棋牌最新版 技术;海洋功能材料与装备等。


本次会议,我们将安排部分研究人员就以上几个方面与大家分享我们的最新研究进展和应用。拟安排的报告为《石墨烯分子改性及其功能涂层》、《基于主动化学转化增加屏蔽机制的防护涂层》、《石墨纳米片的制备及其导热188棋牌最新版 性能研究》、《腐蚀产物沉积对局部腐蚀行为影响的数值模拟》和《氟化二元醇改性聚硫氨酯海洋防污涂层》。

记者:2019第六届海洋材料与腐蚀防护大会,您是参会特邀嘉宾及主旨报告专家,请您谈谈对本届会议的看法和期许?

刘教授:响应国家“建设海洋强国”战略的号召,助力海洋强国建设,每年举办一次“海洋材料与腐蚀防护大会”十分必要。本届会议汇聚了国内众多知名专家学者、企业精英以及多个领域的代表,联袂登台分享海洋188棋牌最新版 材料与腐蚀防护领域最新技术及最新实践。本届会议将为科研人员、企业提供一个很好的相互交流平台,让科研人员更好地了解企业的需求、及时与同行交流科研经验,同时也让企业了解更多的最新科研成果。


辽宁省海域广阔,辽东半岛的西侧为渤海,东侧临黄海。辽宁大连更是一个海洋经济发达的沿海城市,涉及海洋的产业非常多,包括渔业、不锈钢、造船、涂料、188棋牌最新版 工程等。由于近些年东北地区经济不景气、现存的企业面临转型升级,如何利用最新科技成果提高生产效率、提升产品质量、增强产品竞争力是关键。希望未来海洋材料与腐蚀防护大会有机会能在大连召开,为东北相关企业提供一个了解和学习新技术的机会,助力东北经济的复苏。


最后,高校作为人才第一资源、科技第一生产力、创新第一动力和文化第一软实力这“四个第一”的重要结合点,学科优势突出,高端人才集聚,各类信息汇聚,创新要素集中,科研成果丰硕,国际交流频繁,在服务经济社会发展方面发挥特殊重要的作用,提供强有力的智力支持和人才支撑。大连理工大学是新中国共产党一手创办的教育部直属的全国重点大学,是世界一流大学建设高校(A类),国家“985工程”、“211工程”重点建设高校,在振兴辽宁经济发挥着举足轻重的作用。欢迎各位与有志于科研、教育的青年才俊加入我们学校。另外,本人所在电化学工程专业原名为金属腐蚀与防护专业,隶属于大连理工大学化工学院(A类),由国内腐蚀界著名的火时中教授于1971年创建,每年招收一个本科班,延续至今。本人带领的团队——大连理工大学腐蚀与表面工程研究所近几年发展势头良好,但团队学术骨干力量严重不足,希望腐蚀界的优秀博士研究生、博士后能够加入我们的团队,充实师资队伍、共谋发展大业。

记者:您在腐蚀防护学科领域的研究涉及面较广,且颇有造诣。请您从专业的角度谈谈腐蚀防护科学技术研究未来的发展方向。

刘教授:我们正在经历第四次工业革命,即所谓的“工业4.0”。“互联网+制造”就是“工业4.0”。“工业4.0”是德国推出的概念,美国叫“工业互联网”,我国叫“中国制造2025”,这三者本质内容是一致的,都指向一个核心,就是智能制造。智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能进行智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。


在这种时代背景下,腐蚀防护科学技术研究未来的发展方向必然也是“智能制造”。传统的腐蚀防护科学技术是“经验式”的、“被动式”的。一方面,由于缺乏经验,新环境中的腐蚀、新材料的腐蚀、新形式的腐蚀往往难于等到较好的防治;另一方面,缺少适宜的腐蚀监检测设备,设备的突然失效、腐蚀事故仍时有发生。我认为,未来的腐蚀防护科学技术将是“主动式”的。依托人工智能领域的最新研究成果,基于丰富的腐蚀与材料数据库,未来开发智能腐蚀专家系统,可以实现远程的腐蚀诊断、腐蚀分析、防治对策提出、腐蚀失效预测与腐蚀事故预警等,届时腐蚀防护科学与技术将“毕其功于一役”。


最后,材料是21世纪发展的物质基础。我认为,智能化、功能化的188棋牌最新版 或耐蚀新材料开发也是未来腐蚀防护科学技术研究不可或缺的一部分。


后记


习近平总书记说,广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。天下兴亡,匹夫有责。我们相信,在千千万万像刘贵昌老师这样的科研学者的不懈努力下,我们科技事业必将走向更辉煌的明天! 

人物简介


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刘贵昌,男,教授、博士、博士生导师。1984年留校至今一直在大连理工大学任教,现任大连理工大学腐蚀与表面工程研究所所长,中国腐蚀与防护学会理事,全国188棋牌捕鱼 标准化委员会委员,石油化工腐蚀与安全专业委员会委员,中国海洋188棋牌捕鱼 产业技术创新战略联盟理事,辽宁省烟气余热利用装备188棋牌捕鱼 工程实验室主任、大连市烟气净化和余热利用重点实验室主任。主要研究方向为:①化工及海水介质的腐蚀与防护②。烟气深度净化与余热利用一体化技术及装备;③。高级电催化材料及其应用;④。智能工厂腐蚀与防护专家管理系统;⑤。受热壁面高性能188棋牌捕鱼 涂镀层设计与开发;⑥油田188棋牌最新版 缓蚀剂的封装及可控释放⑦。先进电化学188棋牌最新版 、防污工程技术与装备。主持或参与国家自然科学基金、重点专项等10余项,省部级6项,企业项目60多项,完成科研经费5000多万元;发表论文168多篇,其中SCI收录53篇;获授权专利20项,获得2012年首届中国188棋牌捕鱼 行业发明专利金奖,2013中国发明专利优秀奖, 2014年获得国家技术发明奖二等奖。

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