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(jìn)步。我國的海上風(fēng)能儲量豐富，但是基于我國對海上風(fēng)電的防腐技術(shù)的研究相對于陸上風(fēng)電依然處于較低的水平，這在一定程度上限制了海上風(fēng)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(fēng)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(yùn)輸環(huán)境等分部分、針對性的進(jìn)行防腐設(shè)計。本文結(jié)合現(xiàn)有海上風(fēng)電設(shè)備防腐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了有針對性的調(diào)研。
關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；防腐技術(shù)應(yīng)用；優(yōu)化方案
引言
對于風(fēng)力發(fā)電來說，風(fēng)電場選址永遠(yuǎn)都是建設(shè)風(fēng)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(fēng)電場比在陸地建設(shè)風(fēng)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(fēng)電具有風(fēng)能資源的能量效益比陸地風(fēng)電場高，平均空氣密度較高，發(fā)電效率好。并且，海上風(fēng)受地形和氣候的影響要小，湍流強(qiáng)度小。將風(fēng)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(fēng)力發(fā)展的政策，鼓勵海上風(fēng)力的建設(shè)，大大促進(jìn)了海上風(fēng)力的發(fā)展。
1腐蝕環(huán)境
在西北地區(qū)，風(fēng)電設(shè)備主要面臨的腐蝕是大氣磨蝕，風(fēng)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(fēng)電運(yùn)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(yùn)動的特點(diǎn)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(dá)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(fēng)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(diǎn)接觸不良，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障或毀壞;而且對海上風(fēng)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(fēng)電機(jī)組不同于海上鉆井平臺，受到腐蝕時可以隨時修補(bǔ)，海上風(fēng)電機(jī)組由于其特殊的地理環(huán)境和技術(shù)要求，維修費(fèi)用極高。由于上述原因，很容易使海上風(fēng)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(fēng)機(jī)的防護(hù)，需要進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計、規(guī)劃、實(shí)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(yùn)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(yán)重、涂層破壞大，現(xiàn)場修補(bǔ)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(hù)電位正移大，按現(xiàn)有正移速度推算，即將到達(dá)陰極保護(hù)電位臨界值-0.85mV（銅/硫酸銅參比電極），遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了海上風(fēng)電機(jī)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(yùn)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(biāo)準(zhǔn)ASTMC-876，腐蝕電位負(fù)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(hù)有待完善
多管樁基礎(chǔ)設(shè)計了涂層+犧牲陽極陰極保護(hù)。鋼構(gòu)基礎(chǔ)潮差區(qū)海生物生長嚴(yán)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(bǔ)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(hù)，則主要存在以下問題：（1）試驗(yàn)風(fēng)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(hù)作用；（2）1臺風(fēng)電機(jī)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(hù)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(fēng)電機(jī)組的1個獨(dú)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(hù)。
2.3單管樁基礎(chǔ)沉樁期間涂層損壞大、維護(hù)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(hù)困難；二是存在部分單管樁陰極保護(hù)電位正移太快的情況，存在即將達(dá)到保護(hù)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(fēng)電塔架的防腐設(shè)計
海上風(fēng)機(jī)塔架按照機(jī)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(fēng)電塔架的腐蝕保護(hù)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆用于近海建筑及相關(guān)結(jié)構(gòu)的保護(hù)性涂料體系的性能要求》，這個標(biāo)準(zhǔn)是通用型的，對不同的腐蝕環(huán)境都適用，而實(shí)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(rèn)證的產(chǎn)品，性能更加卓越，對于海上風(fēng)電設(shè)備的防腐更加有保證，其為海上風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(yùn)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(hù)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(shí)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(dāng)?shù)牟牧稀?fù)合材料葉片應(yīng)采用膠衣保護(hù)層，但沒有相應(yīng)的指標(biāo)規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國產(chǎn)化”的“863”計劃中，要求葉片表面保護(hù)涂料能提高葉片耐紫外線老化、耐風(fēng)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(fēng)電場的使用需求，保證風(fēng)輪葉片20a的設(shè)計使用壽命。
3.3風(fēng)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(jìn)行防腐涂裝。(3)機(jī)艙罩、整流罩的防腐設(shè)計一般采用風(fēng)機(jī)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(yán)重，南方鹽霧濕潤腐蝕嚴(yán)重，要采用塔架外防護(hù)涂料體系。海上風(fēng)機(jī)的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實(shí)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(hù)等級隔絕空氣來實(shí)現(xiàn)整體防腐蝕。(6)發(fā)電機(jī)、齒輪箱的防腐設(shè)計雙饋型風(fēng)機(jī)，因其轉(zhuǎn)速較高，因此發(fā)電機(jī)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(fēng)機(jī)，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(qiáng)防腐，確保散熱和防腐達(dá)到一種平衡。
結(jié)語
所有產(chǎn)品的防腐設(shè)計，都應(yīng)當(dāng)依據(jù)產(chǎn)品自身服役環(huán)境的特點(diǎn)來制定對應(yīng)的產(chǎn)品防腐方案。海上風(fēng)電設(shè)備的防腐設(shè)計的重點(diǎn)在于其防腐環(huán)境特別惡劣，防腐技術(shù)要求高，且難以進(jìn)行二次維護(hù)。因而，我們在需要對海上風(fēng)電設(shè)備進(jìn)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(jìn)行合理而可靠的產(chǎn)品防腐設(shè)計。
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