20世紀(jì)60年代是一個(gè)特殊的時(shí)期，劉小光老師恰是就在這個(gè)年代之初即1961 年從天津大學(xué)化工系的電化學(xué)專業(yè)畢業(yè)了，他被分配到沈陽化工研究院防腐蝕研究室工作，進(jìn)入到電化學(xué)課題組。又是恰在這個(gè)時(shí)候，中國與前蘇聯(lián)的關(guān)系惡化，為備戰(zhàn)之需，沈陽化工研究院腐蝕研究室與北京化工機(jī)械研究所合并，搬遷到蘭州， 成立蘭州化工機(jī)械研究所（后改為蘭州化工機(jī)械研究院）。劉老師仍然在防腐研究室工作，研究室的主任是中國從事腐蝕與防護(hù)工作最早的一批專家之一的左景伊先生。該單位是一個(gè)工業(yè)研究院，十分強(qiáng)調(diào)工業(yè)應(yīng)用，再加上又屬于化工系統(tǒng)，強(qiáng)腐蝕介質(zhì)很多，所以又強(qiáng)調(diào)非金屬防腐，例如塑料，石墨，橡膠，涂料，膠泥等，因此劉老師所承擔(dān)課題很多都是強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕的防護(hù)課題。

劉小光

    不解之緣——走上探索陽極保護(hù)發(fā)展的歷程

    1965 年，劉老師隨研究室搬遷到蘭州，開始擔(dān)任課題組長，他在1966 年初一次會議上了解到小型化肥廠生產(chǎn)碳酸氫銨的碳化塔腐蝕狀況非常嚴(yán)重，已成為化工系統(tǒng)幾個(gè)較大的難題之一。這次會議后，劉老師回到實(shí)驗(yàn)室開始著手研究這一課題——碳化塔的陽極保護(hù)。

    在60 年初期國內(nèi)搞腐蝕研究的隊(duì)伍并不多，研究的手段也比較落后，例如國內(nèi)沒有恒電位儀生產(chǎn)，從國外進(jìn)口是一種奢侈的想法。在條件不具備的情況下，很多人采用恒電流法測極化曲線，此法測陰極極化曲線尚可，但是對于呈S 形的陽極極化曲線就不行了，因?yàn)橥浑娢幌聦?yīng)的電位有兩個(gè)以上。于是劉小光老師在課題組長老一輩腐蝕專家黎庭樞工程師的領(lǐng)導(dǎo)下， 并在儀表研究室的一位工程師的協(xié)助下，他們又開始研制恒電位儀。當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)上能見到的恒電位儀電路一個(gè)是Hickling 的電子管電路，一個(gè)是Robert 的半導(dǎo)體電路，前者輸入阻抗高，但笨重；后者輕巧，但輸入阻抗低 。最后他們選擇了電子管電路，畢竟高輸入阻抗是一個(gè)很重要的指標(biāo)。

    劉老師回憶說：“我們的電路研究成功后即和當(dāng)?shù)匾粋€(gè)無線電廠合作試制了數(shù)臺恒電位儀，我們使用了其中的兩臺，這兩臺恒電位儀為后來的研究工作立下了汗馬功勞，測試出了大量的極化曲線。”

    就這樣經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室階段，他們?nèi)〉昧艘欢ǖ膶?shí)驗(yàn)效果，后經(jīng)教研室主任同意，1966 年劉老師和其他 4 人組成了一支科研小組抬著笨重的恒電位儀進(jìn)駐到北京化工實(shí)驗(yàn)廠進(jìn)行更結(jié)合實(shí)際的研究。 就在劉小光老師進(jìn)駐北京化工實(shí)驗(yàn)廠不久，文化大革命就開始了，后來全國科研教學(xué)單位都被派駐工宣隊(duì)。劉老師他們在北京化工實(shí)驗(yàn)廠原來是和中央實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)員組成協(xié)作組，因?yàn)槎际侵R分子，所以也被派了工人參加工作以及一個(gè)工段長級別的師傅來領(lǐng)導(dǎo)他們。盡管當(dāng)時(shí)的這種現(xiàn)象在很多單位出現(xiàn)了不少矛盾，但是對劉老師他們來說卻是促進(jìn)了研究工作。劉老師的小組搬出招待所，住進(jìn)工人宿舍，開始與工人“同吃，同住，同勞動”。日子長了，工人們與研究小組打成一片。在實(shí)現(xiàn)全塔保護(hù)時(shí)不論是泵，閥，換熱器的操作，以及塔內(nèi)安裝各種電極及絕緣裝置，劉老師他們都可以在這個(gè)22 米高，80 個(gè)人孔的塔上鉆進(jìn)鉆出，儼然如本廠的職工。有什么不好解決的難題由小組的工人代表上下溝通。施工的高潮時(shí)候，車間出動的工人不下50 人，浩浩蕩蕩，十分壯觀，進(jìn)展之順利是劉老師始料不及的，不然對如此龐大的帶壓設(shè)備，劉老師他們這些外單位來的人哪能如此隨便去動！

    1970 年，劉老師被下放到工廠勞動當(dāng)工人，期間他了解到生產(chǎn)麻醉劑硫酸二甲酯的三氧化硫發(fā)生器腐蝕極其嚴(yán)重，于是又開始著手三氧化硫發(fā)生器陽極保護(hù)的研究。這一次工廠的生產(chǎn)條件十分惡劣，劉老師和另一位小組成員被嗆成支氣管炎。但是技術(shù)條件和60 年代初相比已有了很大進(jìn)步，市場上已大量供應(yīng)可控硅原件，于是他們一邊進(jìn)行電化學(xué)測試，一邊又研制并裝配大電流可控硅恒電位儀。經(jīng)過幾個(gè)月的努力，現(xiàn)場生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)成功了，以后又得到了推廣。

    到了文化大革命后期，劉老師不再搞陽極保護(hù)了。但在1981 年出國進(jìn)修，到1984 年回國時(shí)，看見原來的同事，特別是增加了幾個(gè)年輕的同事開始搞硫酸換熱器的陽極保護(hù)，因?yàn)樾枰纸槿肓岁枠O保護(hù)這個(gè)課題——即用自己加工研制的陽極保護(hù)管殼式換熱器替代原有的噴淋式排管換熱器。后來，劉老師到了北京化工大學(xué)工作，沒想到有一年來了一位不速之客——淄博制酸廠的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，說他們廠的鈦制硫酸鋁蒸發(fā)器腐蝕實(shí)在太嚴(yán)重了，出現(xiàn)嚴(yán)重的氫脆。這樣劉小光老師又再一次卷進(jìn)了陽極保護(hù)。

現(xiàn)場運(yùn)行的兩臺臥式的陽極保護(hù)不銹鋼硫酸冷卻器

加州工業(yè)大學(xué)化學(xué)系為劉小光召開接待會海報(bào)

    陽極保護(hù)反思： 持續(xù)推動陽極保護(hù)發(fā)展更上一層樓

    劉老師認(rèn)為陽極保護(hù)自1954 年Edeleanu 從理論上提出后，經(jīng)歷60 年的發(fā)展歷程并沒有像陰極保護(hù)那樣光輝燦爛地發(fā)展起來，相反，它的路子越來越窄，這是值得需要反思的地方，而最值得反思的是其安全性，這必須從被保護(hù)的體系的特點(diǎn)來進(jìn)行分析， 鑒于金屬在不同腐蝕介質(zhì)中形成不同的腐蝕體系，劉老師認(rèn)為可以大致分為下列幾種：

    第一種為熱力學(xué)穩(wěn)定體系，在這種體系中金屬靠自身的熱力學(xué)穩(wěn)定而免疫，如銅在稀硫酸中，鉑在很多介質(zhì)中；第二種體系為活化體系，在這種體系中金屬處于活性溶解區(qū)，會源源不斷遭受腐蝕，如碳鋼和不銹鋼在稀硫酸中；第三種體系為活化- 鈍化體系，在這種體系中金屬具有兩個(gè)穩(wěn)定電位，一個(gè)在活化區(qū)，一個(gè)在鈍化區(qū)，到底處于哪個(gè)區(qū)，要決定于原來的狀態(tài)，一開始是在鈍化區(qū)，它就停在該區(qū)，只要條件不變不會自發(fā)跑到另一個(gè)區(qū)去，它在陽極極化曲線上的鈍化區(qū)內(nèi)會出現(xiàn)一個(gè)典型的負(fù)電流小區(qū)，常被稱為負(fù)環(huán)線（negativeloop）。如不銹鋼在含氧的稀硫酸中；第四種體系為鈍化體系，在這種體系中金屬處于鈍化區(qū)，處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，如不銹鋼在中性和偏堿性的溶液中；第五種為過鈍化體系，在這種體系中金屬處在過鈍化區(qū)，遭到過鈍化腐蝕，生成高價(jià)的腐蝕產(chǎn)物，如不銹鋼在濃硝酸中，對于這種體系的陽極保護(hù)必須通陰極電流將其下拉到鈍化區(qū)，或者也可以不叫陽極保護(hù)而稱為陰極保護(hù)了。

    第六種體系為震蕩體系，這是劉老師在給學(xué)生上課時(shí)臨時(shí)取的名字。它是指金屬的腐蝕電位在活化區(qū)與鈍化區(qū)之間來回震蕩。55 年前即1960 年，Evans在“金屬的腐蝕與氧化”一書中論述不銹鋼在硫酸中的陽極極化曲線時(shí)談到在剛剛超過致鈍電位后曲線呈鋸齒狀，他認(rèn)為可能是生成鹽膜造成的，上海中科院冶金所也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象。劉老師在上世紀(jì)80 年代研究不銹鋼濃硫酸換熱器陽極保護(hù)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室有的人說不銹鋼在濃硫酸中開路電位很高，有的說電位很低。于是他讓一位同志用記錄儀連續(xù)記錄電位，結(jié)果表明腐蝕電位變化呈有規(guī)則的震蕩曲線形式變化。這是在自然腐蝕狀態(tài)下出現(xiàn)的現(xiàn)象，似乎不符合能量不滅定律。他們還是沿用Evans 的判斷，在“化工機(jī)械”上發(fā)表的文章中也提出形成鹽膜的想法。當(dāng)時(shí)曹楚南先生是該雜志的編委，他在審稿意見中也認(rèn)為可能是生成鹽膜。但是始終沒有試驗(yàn)的支持。后來劉小光老師調(diào)北京化工大學(xué)，有一年專門讓一個(gè)學(xué)生做試驗(yàn)，用化學(xué)分析結(jié)合能譜分析在震蕩的波峰和波谷時(shí)快速取樣進(jìn)行深入的研究，結(jié)果完全證實(shí)了低電位時(shí)活性溶解生成硫酸亞鐵鹽，達(dá)到飽和后析出結(jié)晶而覆蓋金屬表面，使真實(shí)表面積大大減小，自身的局部微電池電流促成鈍化，使電位躍升至鈍化區(qū)。躍升后由于停止腐蝕而無亞鐵離子的補(bǔ)充，鹽膜便慢慢溶解而暴露出很大的表面。這時(shí)自身的局部微電池電流不足以維持此大面積的鈍化，于是電位又重新墜落到活化區(qū)，如此循環(huán)往返，形成震蕩。這一現(xiàn)象和EVANS 所談到的不同之處是沒有外部極化，是穩(wěn)定腐蝕電位自動變化的行為。

    在上述的六種體系中，哪種體系最適合陽極保護(hù)？經(jīng)過多年的實(shí)踐和思考，劉老師認(rèn)為是活化- 鈍化體系和震蕩體系。劉老師到北京化工大學(xué)工作后，在90 年代初期與幾位老師到淄博制酸廠研究高溫硫酸鋁鈦蒸發(fā)器的陽極保護(hù)，他發(fā)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室極化曲線上就看出在鈍化區(qū)有一個(gè)負(fù)環(huán)線，因此只需通入少量陽極電流維持金屬處于它在鈍化區(qū)內(nèi)的第二個(gè)穩(wěn)定電位就不至于自發(fā)跑到另一個(gè)在活化區(qū)的穩(wěn)定電位去。這一課題獲化工部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并得到廣泛推廣。

    震蕩體系也適合使用陽極保護(hù)，不銹鋼濃硫酸換熱器陽極保護(hù)即是一個(gè)例子。由于該體系自腐蝕電位本身就會震蕩，自己會反復(fù)跳到鈍化區(qū)去，只需小量電流維持它不要再震蕩就行了。這是一個(gè)十分成熟的課題，在美國和加拿大已經(jīng)早已商品化。現(xiàn)在蘭州化工機(jī)械研究院的一批后起之秀將陽極保護(hù)硫酸換熱器發(fā)揚(yáng)光大， 年生產(chǎn)100 多臺，形成大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)壟斷全國了，而且對同一生產(chǎn)系統(tǒng)中的其他性能相近的設(shè)備也添加了陽極保護(hù)。

    陽極保護(hù)最危險(xiǎn)的是活化體系，特別是致鈍電流比維鈍電流大得多的體系，碳化塔就是一個(gè)例子。由于只有一個(gè)在活化區(qū)的穩(wěn)定電位，跑到活化區(qū)是它的本性，而且一旦進(jìn)入活化區(qū)后要很大的電流才能將其重新鈍化。像碳化塔這樣的大型設(shè)備當(dāng)時(shí)雖然采用了一臺由伺服電機(jī)控制的2000 安培的恒電位儀，但是也無法勝任。，只能將溶液排出，然后再泵入，使液面徐徐上升，進(jìn)行局部積分式的鈍化。碳化塔陽極保護(hù)課題雖然已經(jīng)大面積地推廣了，但始終令劉老師戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，因?yàn)樵谶@方面，劉老師曾遭遇過幾次事故。當(dāng)年全塔保護(hù)要開車的前一晚上，劉老師輾轉(zhuǎn)反側(cè)不能入睡，一直在思考萬一出現(xiàn)不能建立鈍化時(shí)如何對付的各種辦法，例如預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)百公斤硫化鈉，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室研究時(shí)，他就發(fā)現(xiàn)添加硫化鈉可以降低致鈍電流。這些都是劉老師為什么會對陽極保護(hù)進(jìn)行反思的原因。后來有人在此基礎(chǔ)上干脆先涂涂料再陽極保護(hù)，雖然傳熱效果降低，但保護(hù)電流小多了，分散能力也得到改善，大大簡化了陽極保護(hù)技術(shù)。

    雖然如此，活化體系也有相對不太危險(xiǎn)的，那就是極化曲線上致鈍電流并不大的那種。如碳鋼三氧化硫發(fā)生器的陽極保護(hù)課題，雖然最高溫度達(dá)300 度，但是介質(zhì)是發(fā)煙硫酸，氧化性極強(qiáng)，由于其致鈍電流并不大，通以適當(dāng)大的電流就能將設(shè)備鈍化。該課題也得到了推廣，并獲中國石化總公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

人物簡介

    劉小光，教授，籍貫，四川，1961年畢業(yè)于天津大學(xué)電化學(xué)專業(yè)，分配到沈陽化工研究院防腐蝕研究室工作。1965年在蘭州化工機(jī)械研究所防腐蝕研究室工作，擔(dān)任蘭州化工機(jī)械研究院副總工程師。1981年去美國加州工業(yè)大學(xué)（Cal State Polytechnic University），后轉(zhuǎn)俄亥俄州立大學(xué)Fontana 腐蝕中心作訪問學(xué)者兩年半，1984年回國后仍在蘭州化工機(jī)械研究所工作。1987年調(diào)北京化工大學(xué)腐蝕教研室。1998年退休。先后承擔(dān)的課題碳化塔陽極保護(hù)獲得全國科學(xué)大會獎(jiǎng)；不銹鋼硫酸冷卻器陽極保護(hù)列“國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”；三氧化硫發(fā)生器陽極保護(hù)獲得中國石化總公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；硫酸鋁蒸發(fā)器的陽極保護(hù)榮獲化工部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)電化學(xué)測試獲得化工部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；雜散電流腐蝕的等電位控制獲得化工部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。合著書籍和手冊5本，發(fā)表論文50余篇。