摘要：隨著社會的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有了很大的進步。我國的海上風能儲量豐富，但是基于我國對海上風電的防腐技術(shù)的研究相對于陸上風電依然處于較低的水平，這在一定程度上限制了海上風電設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用。由于海上環(huán)境的特殊性，海上風電設(shè)備所需的防腐技術(shù)比較復(fù)雜，需要結(jié)合產(chǎn)品的服役環(huán)境、結(jié)構(gòu)、材料、裝配工藝、運輸環(huán)境等分部分、針對性的進行防腐設(shè)計。本文結(jié)合現(xiàn)有海上風電設(shè)備防腐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了有針對性的調(diào)研。
關(guān)鍵詞：海上風電；防腐技術(shù)應(yīng)用；優(yōu)化方案
引言
對于風力發(fā)電來說，風電場選址永遠都是建設(shè)風電場的首要步驟。通過新能源行業(yè)的不斷發(fā)展和不斷摸索，發(fā)現(xiàn)在海上建設(shè)風電場比在陸地建設(shè)風電場更具優(yōu)勢，其優(yōu)勢直接表現(xiàn)在能量效益上。海上風電具有風能資源的能量效益比陸地風電場高，平均空氣密度較高，發(fā)電效率好。并且，海上風受地形和氣候的影響要小，湍流強度小。將風電場建設(shè)在海上，避免了對居民帶來的不必要的麻煩，減少了受噪音等限制。而且減少了對陸地的使用，在沿海地區(qū)的供電量十分巨大，可緩解沿海地區(qū)的用電壓力。目前我國出臺了很多有關(guān)海上風力發(fā)展的政策，鼓勵海上風力的建設(shè)，大大促進了海上風力的發(fā)展。
1腐蝕環(huán)境
在西北地區(qū)，風電設(shè)備主要面臨的腐蝕是大氣磨蝕，風挾帶的顆粒摩擦鋼結(jié)構(gòu)、葉片表面而產(chǎn)生破壞，另外是水滴、冰雹、沙塵暴甚至飛鳥等較大物的撞擊破壞。而海上風電運行環(huán)境則復(fù)雜、惡劣的多:高溫、高濕、高鹽霧和長日照等。海洋性大氣環(huán)流運動的特點就是空氣中含有大量的氯化鈉等鹽組分，這是由于海水蒸發(fā)所造成的。通常在高鹽度的海邊，鹽度的濃度均值可達12．4mg/m3到60mg/m3。而在陸地上大氣中氯化鈉含量均值在0．8mg/m3。在如此高濃度的鹽霧環(huán)境下，金屬被腐蝕的速度由于電化學(xué)的作用也將大幅提高(約為內(nèi)陸大氣環(huán)境的4——5倍)，暴露在外的海上風電設(shè)備各組件聚會遭到不同程度的腐蝕損壞:氯離子會與空氣中的其他顆粒物在設(shè)備金屬外殼靜電作用下，在其表面形成覆蓋層，與設(shè)備電器元件的金屬物發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)后使原有的載流面積減小，生成氧化合物使電氣觸點接觸不良，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障或毀壞;而且對海上風電設(shè)施的螺栓固定結(jié)合部件，鋼體結(jié)構(gòu)部件都會有損壞。海上風電機組不同于海上鉆井平臺，受到腐蝕時可以隨時修補，海上風電機組由于其特殊的地理環(huán)境和技術(shù)要求，維修費用極高。由于上述原因，很容易使海上風電電力傳輸設(shè)施發(fā)生短路故障，甚至釀成火災(zāi)等安全重大事故。因此，海上風機的防護，需要進行系統(tǒng)化的設(shè)計、規(guī)劃、實施。
2目前存在問題
存在的主要問題表現(xiàn)在：混凝土承臺運行3——5年后，表面陸續(xù)出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象；鋼構(gòu)基礎(chǔ)潮差區(qū)海生物生長嚴重、涂層破壞大，現(xiàn)場修補難度大、質(zhì)量難保證；同時涂層損壞又引發(fā)犧牲陽極塊消耗大、陰極保護電位正移大，按現(xiàn)有正移速度推算，即將到達陰極保護電位臨界值-0.85mV（銅/硫酸銅參比電極），遠遠滿足不了海上風電機組基礎(chǔ)25年使用壽命的要求；個別塔筒防腐涂層出現(xiàn)粉化。
2.1混凝土承臺表面出現(xiàn)早期銹蝕
運行三、四年后出現(xiàn)鋼筋混凝土承臺表面硅烷涂層破損，受海水的腐蝕，混凝土中的鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。鋼筋混凝土承臺腐蝕電位檢測發(fā)現(xiàn)，自然腐蝕電位檢測結(jié)果在-0.695——-0.845V之間 。根據(jù)標準ASTMC-876，腐蝕電位負于-0.350V時，發(fā)生腐蝕的概率高于90%。
2.2多管樁基礎(chǔ)潮差區(qū)涂層防腐遭遇挑戰(zhàn)、陰極保護有待完善
多管樁基礎(chǔ)設(shè)計了涂層+犧牲陽極陰極保護。鋼構(gòu)基礎(chǔ)潮差區(qū)海生物生長嚴重（圖2），海生物脫落加重涂層破壞、鋼構(gòu)腐蝕。潮水漲落使現(xiàn)場涂層修補難度大、質(zhì)量難保證。潮差區(qū)的涂層防腐遭遇挑戰(zhàn)。多管樁的犧牲陽極陰極保護，則主要存在以下問題：（1）試驗風電場存在因設(shè)計高度偏差、4臺多管樁基礎(chǔ)斜撐桿上陽極塊長時間裸露在空氣中的情況，無法起到保護作用；（2）1臺風電機組因基礎(chǔ)周圍海床沖刷，低潮位期間犧牲陽極塊全部裸露（圖7），無法起到保護作用；（3）1臺多管樁基礎(chǔ)的1個陽極塊完全溶解、只剩下焊腳；1臺風電機組的1個獨樁，僅設(shè)計1個犧牲陽極塊，無冗余，一旦該陽極塊掉落則失去保護。
2.3單管樁基礎(chǔ)沉樁期間涂層損壞大、維護困難
單管樁基礎(chǔ)主要存在兩大問題：一是施工沉樁期間，替打法蘭和樁頭固定位置涂層損壞大，現(xiàn)場維護困難；二是存在部分單管樁陰極保護電位正移太快的情況，存在即將達到保護臨界值的可能，不能滿足設(shè)計壽命的要求。
3優(yōu)化措施分析
3.1風電塔架的防腐設(shè)計
海上風機塔架按照機型可分為近海和沿海灘涂的底座式和近海和深海的浮體式兩種。風電塔架的腐蝕保護主要是基于其腐蝕環(huán)境ISO12944C5——M，對于浸水區(qū)域按Im2。推薦的干膜厚度為320——500μm(大氣腐蝕環(huán)境C5——M)和400——1000μm(海水浸泡環(huán)境Im2)，可以達到15年以上的無需維修使用壽命周期。對于近海的鋼結(jié)構(gòu)還有2003年發(fā)布的ISO20340標準《色漆和清漆用于近海建筑及相關(guān)結(jié)構(gòu)的保護性涂料體系的性能要求》，這個標準是通用型的，對不同的腐蝕環(huán)境都適用，而實際的腐蝕環(huán)境更為復(fù)雜，涂裝時更要注重微觀腐蝕環(huán)境和腐蝕因素。另外NOＲSOK——M501在海洋石油平臺成功應(yīng)用十多年，說明通過了NOＲSOKM——501測試認證的產(chǎn)品，性能更加卓越，對于海上風電設(shè)備的防腐更加有保證，其為海上風電設(shè)備的防腐系統(tǒng)選擇提供了更為科學(xué)的理論判斷依據(jù)。
3.2風電設(shè)備葉片的防腐設(shè)計
JB/T10194——2000中指出，設(shè)計和制造葉片時要考慮環(huán)境因素的影響，應(yīng)進行耐環(huán)境設(shè)計，采取相應(yīng)措施，使其具有較高的環(huán)境適應(yīng)性。葉片在一定程度上暴露在腐蝕性環(huán)境條件下并且不容易接近。由于運行條件的原因，在許多情況下不可能重做防腐層，因此重視設(shè)計、材料選擇和防腐保護措施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計對防腐的實施、效果和可修理性具有重大的影響。對于不能通過涂層或鍍層來防腐的部位，可以選用適當?shù)牟牧稀?fù)合材料葉片應(yīng)采用膠衣保護層，但沒有相應(yīng)的指標規(guī)定。標準認定的環(huán)境條件包括溫度、濕度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項。在“MW級風力發(fā)電機組風輪葉片原材料國產(chǎn)化”的“863”計劃中，要求葉片表面保護涂料能提高葉片耐紫外線老化、耐風沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐蝕能力，適應(yīng)我國南
北方不同極端氣候條件下風電場的使用需求，保證風輪葉片20a的設(shè)計使用壽命。
3.3風電設(shè)備其他部件的防腐設(shè)計
（1）底座、輪轂、軸承的防腐設(shè)計一般采用與塔架內(nèi)壁相同的防腐涂料體系。(2)塔架基礎(chǔ)的防腐設(shè)計塔架基礎(chǔ)埋地鋼筋同樣面臨腐蝕，但一般被忽視而未采取防腐措施，一旦出現(xiàn)問題則難以處置。其防腐方法可采用一般建筑用鋼筋防腐涂料，或者針對性設(shè)計和選擇涂料品種，在基礎(chǔ)澆注前進行防腐涂裝。(3)機艙罩、整流罩的防腐設(shè)計一般采用風機葉片涂料體系。(4)變壓器的防腐設(shè)計一般為落地箱式，北方寒旱環(huán)境下沙塵、冰凍、紫外線腐蝕比較嚴重，南方鹽霧濕潤腐蝕嚴重，要采用塔架外防護涂料體系。海上風機的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實現(xiàn)變壓器鐵芯防腐蝕。(5)控制柜、開關(guān)柜的防腐設(shè)計配電箱/電器柜等鈑金結(jié)構(gòu)件目前一般使用粉末涂料，主要是采用提高防護等級隔絕空氣來實現(xiàn)整體防腐蝕。(6)發(fā)電機、齒輪箱的防腐設(shè)計雙饋型風機，因其轉(zhuǎn)速較高，因此發(fā)電機采用常規(guī)的密閉冷卻散熱系統(tǒng)，內(nèi)部構(gòu)造無需考慮防腐，只需利用結(jié)構(gòu)件防腐方法解決外表防腐問題。永磁直驅(qū)型風機，將鐵芯設(shè)計為防腐蝕材料，而轉(zhuǎn)子線包則采用真空浸漆工藝配合氟硅橡膠材料加強防腐，確保散熱和防腐達到一種平衡。
結(jié)語
所有產(chǎn)品的防腐設(shè)計，都應(yīng)當依據(jù)產(chǎn)品自身服役環(huán)境的特點來制定對應(yīng)的產(chǎn)品防腐方案。海上風電設(shè)備的防腐設(shè)計的重點在于其防腐環(huán)境特別惡劣，防腐技術(shù)要求高，且難以進行二次維護。因而，我們在需要對海上風電設(shè)備進行防腐設(shè)計的時候，必須對其服役環(huán)境有具體的了解，并且掌握所使用材料的各種物化性能(耐老化性、耐鹽霧性、導(dǎo)電性等)，結(jié)合公司現(xiàn)有加工能力，掌握一些基本的產(chǎn)品防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識，才能夠進行合理而可靠的產(chǎn)品防腐設(shè)計。
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