摘要:材料腐蚀对国民经济的发展造成严重的影响,因此腐蚀问题引起广泛关注。本文回顾了国内外在历史上几次主要的腐蚀调查工作,对国际通用的典型腐蚀成本调查统计方法进行了详细解读,并对重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”的主要工作做了重点陈述。腐蚀与防护是安全问题,是经济问题,是国计民生问题,是生态文明问题,更是国家文明发展程度的反映,而全国范围内的腐蚀调查工作的重要意义即在于摸清我国腐蚀状况的总体情况,为腐蚀防护提供针对性的对策建议,并为国家相关政策的制定提供重要的参考依据和数据支撑。
关键词:腐蚀成本;统计方法;腐蚀防护;经济
腐蚀是一种悄悄进行的破坏,据统计估算,全世界每90秒就有一吨钢铁变成铁锈,而每年因腐蚀带来的直接与间接损失已远远大于飓风、地震等自然灾害和其他各类事故损失的总和[1-2]。
众所周知,腐蚀问题是世界各国共同面临的难题,凡是使用材料的地方,都不可避免的存在腐蚀问题。随着“一带一路”的推进,我国各行各业呈现出蓬勃发展的态势,其中材料腐蚀是一个不容忽视的问题,该领域迫切需要腐蚀科学工作者对各种服役材料在不同环境条件下的腐蚀机理和腐蚀控制技术进行更深入的研究。腐蚀调查是世界多国通过一系列调查活动了解各行各业的腐蚀状况,衡量材料腐蚀引起经济、社会等多方面问题的重要途径[3]。通过腐蚀调查工作,不仅可以取得国家腐蚀成本的重要数据,同时提高了全民的腐蚀防护意识,促进了腐蚀防护产业的发展,对国民经济建设具有十分重要的意义。
本文分析了国内外几次典型的腐蚀调查工作和国际通用的腐蚀调查方法,并重点陈述了“我国腐蚀状况及控制战略研究”重大咨询项目的主要情况,对该项目的主要成果进行了总结。
1国际上主要腐蚀调查简介
在1922年,英国的冶金学者Hadfield最早尝试腐蚀成本估算,他的方法是仅基于对全世界钢铁年生锈率的估计。而美国的H.H.Uhlig是首位将腐蚀成本进行科学分类和分析的学者,他在1949年发表“TheCostofCorrosiontotheUnitedStates”,这是最早估算美国腐蚀损失的研究工作[4]。1974年,Revie和Uhlig对澳大利亚的腐蚀成本进行了详细的估算,并预计可达到4.667亿美元。在这期间,日本和印度也采用Uhlig的方法估算了本国的年度腐蚀成本,其分别高达255.093亿美元和153.8亿美元。不过,Uhlig的方法为保守的估计了腐蚀的直接成本,计算的成本显然是被低估的[5]。
Uhlig的方法主要是从制造商收集成本数据,而在1966年3月,T.P.Hoar教授主持成立的英国腐蚀防护委员会,采用了另一种方法,其主要基于与行业的直接互动,包括采访腐蚀领域专家、发放问卷调查和开展专题小组会议等,活动中行业协会和专业团体均参与了收集信息的工作[5]。1969年,该委员会确定了多个行业的腐蚀损失计算方法,并针对200多个企业进行了腐蚀损失调查。结果表明:英国年腐蚀损失为13.65亿英镑,占英国GNP的3.5%。Hoar报告还指出:通过更好地发挥和利用现有腐蚀防护知识和技术,大约20%~25%的腐蚀损失是可以避免的[6]。此外,Hoar的估算方法还计算出了每个单独的工业部门腐蚀损失占国家腐蚀损失的百分比。不过有人提出,按照Hoar方法预测整个国家的腐蚀总成本有很大的不确定性,因为每个行业只有几家公司能够提供腐蚀成本的详细数据,而且这些数字与估计值相差很大[5]。
1975年在美国国会建议下美国国家标准局(NationalBureauofStandards,NBS)进行了全国金属材料腐蚀损失的调查研究,并由Battelle实验室(BattelleColumbusDivision)对腐蚀调研数据进行分析[7-8]。本次调研联合了经济专家采取投入/产出(Input/Output,IO)的经济模型估算了腐蚀对美国经济的影响。不过投入/产出的经济模型也存在一些问题,例如具有在量化方面的不确定性和更新数据获取来源比较单一的问题。
另外,美国联合碳化物公司(UnionCarbideCorporation)的Dillon早在1966年提出的一种净现值和等效统一成本的计算方法,也称生命周期成本方法,该方法的数据来源更加全面和系统,后来被T.P.Hoar的腐蚀防护委员会所采用并被业界广泛认可[5]。
美国是腐蚀损失最严重的国家之一,也是一直以来最重视腐蚀调查活动的国家,表1是1995年美国公布的20世纪60—80年代部分国家的腐蚀直接损失调查结果[1]。在1999年到2001年间美国就己经完成了第七次腐蚀调查活动,这次腐蚀调查与以往不同,它联合了多个部门共同参与,由CCTechnologies公司联合美国腐蚀工程师协会(NACE)、美国交通部和高速公路管理局共同完成[7]。目前,其他发达及部分发展中国家,也均进行过不同规模的腐蚀调查,例如在日本正在进行的第三次腐蚀成本调查活动,该项目由筱原正教授和田边弘往研究员分别担任腐蚀调查委员会主席和腐蚀调查委员会分会主席[8]。
最近一次国际性的腐蚀调查活动IMPACT(theInternationalMeasuresofPrevention,Application,andEconomicsofCorrosionTechnologies)在2013年10月份由NACE发起,该项目着重研究腐蚀管理对不同行业和政府产生的影响,并尝试寻求更好的腐蚀控制与管理模式。次年,NACE国际IMPACT项目经理一行到我国进行了全面调研,全球腐蚀调查中国区主席由中国科学院海洋研究所侯保荣院士担任[1]。
2国内腐蚀调查历史
我国较早的关注到腐蚀的问题,1956年的科技发展规划就将腐蚀作为一项专题。尽管如此,相较于美、日、英等国家而言,我国近代各个时期对腐蚀的严重性认识依然相对不足,启动腐蚀调查工作较晚[1]。近40年,我国有几次针对重点行业的腐蚀调查工作。其中,较为有代表性的腐蚀调查工作有四次,即1980年,由国家科委腐蚀学科组施行,针对材料腐蚀严重的行业进行了腐蚀损失调查(包括化学、炼油、冶金、化纤等7个工业部门),调查研究表明:该年度化学工业、炼油工业、冶金工业和化纤工业中的仅70家企业的腐蚀损失就超过了1.2亿元,分别占相应行业总产值的3.97%、0.08%、2.4%和1.5%[9];1986年,武汉材料保护研究所开始对机械工业方面的腐蚀损失开展调研工作,本次调查涉及全国27个省、市、自治区,课题采取函调、重点现场调查、专家座谈咨询、查阅有关资料文献、走访部分省、市国家统计局等方式对机械工业锈蚀损失进行全面调查,统计了机械工业产品制造所需金属材料的锈蚀损失数据,机械工业产品锈蚀损失数据,各类机械工业产品出口商品锈蚀损失数据,生产用机床设备锈蚀报废损失数据。调查结果指出:本年机械行业的腐蚀损失达116.245亿元,占其总产值的5.64%[1];1999年,中国工程院院士柯伟研究员和中国科学院院士曹楚南教授等提出申请,建议开展一次涵盖我国重点行业的腐蚀损失调查工作。随后,依托于中国腐蚀与防护学会,由中国科学院金属腐蚀与防护研究所(现中国科学院金属研究所)具体组织实施了中国工程院咨询项目“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”,具体涉及自然环境(大气、土壤)、工业环境(石油工业、电力、汽车等)和军事装备。调查认为:这些领域的直接腐蚀损失超过2000亿元,加上间接腐蚀损失总成本约为5000亿元,是当年国民生产总值的6%[1,9];2014年初,为深入了解我国现阶段腐蚀状况,中国工程院设立了学部级咨询项目“腐蚀成本经济性分析与防腐策略研究预研”,会议就全国腐蚀调查委员会的人员架构,腐蚀调查的范围等议题展开了研讨。2014年年末,“我国腐蚀状况及控制战略研究”正式立项,相比此前的几次腐蚀状况调查,此次调查涉及更多领域,该项目组针对我国5大关键领域的30多个重点行业腐蚀状况、腐蚀成本及其防控措施进行了为期两年的专题调研。调查指出:2014年的我国腐蚀成本约为21278.2亿元,约占国内生产总值的3.34%[1,10]。
3主要的腐蚀成本统计方法介绍
国际上通用的腐蚀成本调查和统计方法主要有两种,即Uhlig方法和Hoar方法,另外还有一种经济学矩阵分析法,即Battelle-NBS方法。下文将对这三种方法的具体原理及特点进行介绍。
3.1Uhlig方法——直接统计腐蚀防护策略及服务费用
Uhlig方法于1949年由H.H.Uhlig教授首创,用于美国的首次腐蚀调查研究,主要是将生产、制造方面的防腐蚀措施所需费用进行累加[5]。具体来说,该研究通过统计腐蚀防护方法、产品和相关施工、工程服务的总成本来估算美国的腐蚀成本,主要包括涂料和涂装费用、缓蚀剂成本及施工费用、耐蚀材料费用、阴极保护材料及施工费用、用于腐蚀防护研究的费用以及腐蚀监检测费用等。在该方法的理论中,这些费用由企业、运营商以及施工方等承担,被视为由于腐蚀防护或由于发生腐蚀而导致的直接成本,而腐蚀所造成的除此之外的其他一切经济成本都被视为间接成本,包括对环境造成破坏导致的费用,人员伤亡导致的费用以及终端用户所承担的维修更换费用等等,间接腐蚀成本往往大于直接成本,根据不同情况可以进行不同程度的估算。通过将这些成本叠加,最终获得了美国当年由腐蚀导致的成本总额。
这种方法的直接经济成本的组成和分类需要考虑尽量周全,大量数据主要从政府部门、商务局、贸易组织、工业团体和集团公司等渠道获取,很大程度依赖于查阅大量统计资料,并且需要借助于贸易组织、教育机构的统计数据和专家咨询等。
3.2Hoar方法——按照行业统计腐蚀防护策略及服务费用
Hoar方法于1966年由T.P.Hoar教授首创,用于英国的腐蚀调查研究。相较于Uhlig方法,该方法从另外一个角度进行统计分析,即按各行业的腐蚀损失和防蚀费用的总和进行统计推算[5]。具体来讲,该方法的实施需要划分出与腐蚀防护相关的多个行业,并分别从各个领域入手,统计各自的腐蚀防护策略及施工、服务等费用。例如,某行业的某个工厂利用耐蚀材料和涂料涂装作为腐蚀防护措施,并向相关专业的员工支付酬劳,如果此外再没有其他与腐蚀防护相关的支出,那么将这几部分进行叠加,即为该工厂的腐蚀成本。通过对同一个行业的多个具有代表性的典型企业的腐蚀数据进行收集、推算和分析,即可得到该行业的腐蚀成本占其总产值的份额。通过此方法,可以获得与腐蚀防护相关的各个行业的腐蚀成本数据。
Hoar方法的实施采用函调、问卷调查和实地调研等方法,以获得可靠的腐蚀数据。Hoar方法获得不同行业腐蚀数据的难易程度差别较大,各个行业的腐蚀成本数据的差异也十分显著,一些公共部门,例如基础设施和公共事业等,腐蚀成本的相关信息往往是公开的,可以从政府报告和其他公开统计的资料中获得重要的数据,也可以通过咨询特定行业专家,获取相关数据和建议来丰富腐蚀数据。然而,有些企业或部门没有现成的腐蚀数据,或很难统计出与腐蚀相关的成本数据,甚至在某些特殊因素影响下,有一些腐蚀数据涉及商业机密,不方便透露给调查者。在这些情况下,则需要借助专家咨询、会议讨论等方式,根据有限的信息获得具有科学意义的腐蚀数据。
相关期刊推荐：《腐蚀与防护》创刊于1980年，由上海材料研究所和上海腐蚀科学技术学会主办，为上海腐蚀科学技术学会的会刊，是国内腐蚀与防护领域最早创办的专业性刊物之一。报道范围：包括但不限于腐蚀与防护、电化学、电厂化学、电镀、化学镀、转化膜、涂料与涂装、表面改性、激光涂覆、电子电镀、电极材料等。涉及领域：机械，冶金，水利，电力，石油化工、航空航天、建筑等。
与Uhlig方法类似的是,Hoar方法统计的腐蚀成本也可看作直接成本,而间接成本由于涵盖范围宽泛,也无法实现精确统计,只能通过经验和科学推算来获取相关数据。两种方法的差异也十分显著,首先两者的出发点完全不同,获得的腐蚀数据也必将具有差异,最终估算得到的总腐蚀成本也不可能完全一致;其次,两种方法获得的腐蚀数据的科学价值和意义也不相同,通过Uhlig方法,可以横向对比各个腐蚀防护手段及策略的费用情况,而通过Hoar方法则可以对各行业的腐蚀成本情况具有清晰的认识。两种方法均可为国家针对腐蚀防护的政策导向提供非常重要的数据支撑。
3.3Battelle-NBS研究方法(投入-产出分析法)
Battelle-NBS研究方法是美国1978年采用的腐蚀成本统计方法,该方法由美国经济学家WassilyLeontief(1973诺贝尔经济学奖获得者)所发明(KochG,2001)[5]。首先需要将经济构成划分为多个行业(1978年美国的研究将其经济构成划分为了130个行业),其统计的各行业的总投入不局限于与腐蚀相关的投入,主要包括设备和建筑的更换、产品损失、维修维护、产能过剩、设备过剩、腐蚀控制措施投入(缓蚀剂、除锈剂、有机涂料、金属涂镀层等)、工程技术研发和测试、设计、保险以及库存成本等等。投入产出模型是一个简化的均衡模型,用于研究经济构成中每个行业把其它行业的投入转化为本行业产出的程度。例如,腐蚀防护需要一定量的油漆,投入产出模型会显示产出这些油漆所需要的其他各行业的总投入。
划分好行业后,某年度的标准投入-产出矩阵由某行业相对于其他各行业的投入和产出组成矩阵的行和列,可体现各个行业的投入与产出之间的关系,其中就包括了该年度的腐蚀成本。该研究需要准确判断出不同领域中代表腐蚀成本的项目,例如钢管所需要的涂料。涂料行业对钢管行业的影响系数可根据实际需求进行调整。如果认为使用涂料的唯一原因就是为了防腐蚀,假设一个“没有腐蚀发生的世界”,那么钢管行业在涂料方面的投入就为零,该系数则需要被调整为零。将钢管行业所在的列中与腐蚀相关的投入的系数均进行相应调整,再进行归一化,那么这个新矩阵就对应于一个“没有腐蚀发生的世界”。在各行业的投入相同的条件下,该矩阵中所有行业所创造的生产总值将高于“有腐蚀发生的世界”。Battelle-NBS方法需要统计由于腐蚀的存在所导致的各种投入的增量,因此其定义了三个“世界”,即世界I——存在腐蚀的真实世界,世界II——腐蚀不存在的理想世界和世界III——腐蚀被有效控制的假想世界。因此,总的腐蚀成本被定义为世界I和世界II的生产总值的差值,可通过合适的手段避免的腐蚀成本是世界I和世界III的生产总值的差值,不可避免的腐蚀成本则是世界II和世界III的生产总值的差值。
有别于上述Uhlig方法和Hoar方法,该方法实际上是借助于经济学理论的一种分析手段,以经济体中某行业对其他行业的投入和产出为基础数据,并把与腐蚀防护产品和技术相关的行业(例如涂料行业)与其他使用腐蚀防护产品或技术的行业放在同一个维度(矩阵)中,分析两类行业之间的投入和产出的关系。因此,Nattelle-NBS研究方法不是严格意义上的腐蚀成本调查方法,而是一种对包括腐蚀成本数据在内的经济学数据的分析方法。通过这种分析方法,进行各个“世界”之间的生产总值的差值计算,得到与腐蚀防护相关的总成本。
3.4几种统计方法的对比
在这三种统计方式中,Uhlig法是从腐蚀防护方法的源头进行统计,因此只要将腐蚀防护方法统计完全,就可以获得腐蚀导致的直接成本,这部分可以通过一些统计部门或行业协会等机构获得,而这些机构一般从属于政府部门或受政府部门监管,自上而下获得数据相对容易,而间接成本则主要是通过推算或经验进行估算而得。
Hoar方法则是按照行业进行腐蚀成本统计,在理想情况下可以把各个行业中典型企业的直接和间接成本进行统计,然后叠加即为全行业的总腐蚀成本,理论上比Uhlig法更为准确。然而,实际调查过程无法满足所谓的理想条件,主要有两个方面的原因,第一是无法对某个企业的各方面成本进行完全统计,特别是间接成本,很难把由于腐蚀导致的成本进行单独核算;第二是很多企业没有意愿为调查者或调查机构提供准确完整的腐蚀数据,或因行业机密问题,或因企业形象问题等,这是在腐蚀调查的实际工作中经常遇到的难题。从获取数据难以程度上来讲,Hoar法的自下而上获取数据要难于Uhlig法的自上而下获取数据。此外,Hoar法无法把各个行业的所有企业全部进行调查,只能通过某行业中具有代表性的部分企业的数据推算该行业的整体腐蚀成本,因此Hoar法和Uhlig法均存在估算环节,对估算的准确度和经验具有一定的要求。
因此,Uhlig法和Hoar法均有各自的优缺点,这两种方法的数据支撑方式不同,获得的数据具有不同的参考价值,比如Uhlig法可以在腐蚀防护技术和行业方面提供宝贵数据,而Hoar法则可以针对不同行业的腐蚀成本进行横向对比,这些数据均可以为摸清整个国家的腐蚀成本特点及为政府制定相关政策提供重要参考,我们在腐蚀成本调查工作中,在条件允许的情况下,建议尽量通过两个方法分别进行。——论文作者：马秀敏1,2,郑萌1,2,徐玮辰1,2,路东柱1,2,麻福斌1,2,侯保荣1,2
