海上风电设施的防腐方法

海上风电设施的防腐方法
班级：风能111 姓名：陈卓学号：30 摘要针对海上风力发电高温度、高盐分干湿交替、浸渍等强度侵蚀环境。

结合目前国际上应用的《IOS 12944—钢结构防腐涂装标准》，为海上风电设施选择正确的防腐系统。

为确保涂装系统能够达到20年以上的设计防腐年限，本文分析了海上风电设施的侵蚀缘故与防侵蚀方法而且参考了NORSOK M-501和IOS 20304对海上风电的防腐系统进行了性能测试要求，以此为海上风电设备防腐系统的选择提供理论依据。

关键词海上风电防腐防腐爱惜防腐系统设计 NORSOK M-501 IOS 20340
风电作为快速进展的绿色可再生能源，慢慢成为许多国家可持续进展战略的重要组成部份。

截止到2021年2月7日，全世界海上风电场累计装机容量达到238，000MW,比上年增加了21%。

世界海上风电技术日趋成熟，进入大规模开发时期，已有国外企业开始设计和制造8－10兆瓦风电机组。

欧洲风能协会最新统计显示，2020年欧洲海上风力产业营业额约为15亿欧元，估量2020年将增加1倍。

在我国，尽管最近几年来国内的风电产业进展如火如荼，但海上风电领域仍在起步时期。

中国气象科学研究院初步探明，我国可开发和利用的陆地上风能储量2．53亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有7．5亿千瓦，海上风能储量远远大于陆上，有广漠的进展空间。

但与陆上风能相较，海上风电运行技术要求更高，施工难度更大而且海上风电的运行环境更为复杂：高湿度、高盐分的海风，盐雾，海水浸泡，海浪飞溅形成的干湿交替区等，从而对海上风电设备的防腐提出了更高的技术、性能要求。

通过10连年的进展，世界海上风电技术日趋成熟，已经进入大规模开发时期。

中国虽处于起步时期，但有着庞大的进展空间。

一方面，中国拥有十分丰硕的近海风资源。

有数据显示，我国近海10米水深的风能资源约1亿千瓦，近海30米水深的风能资源约亿千瓦。

另一方面，东部沿海地域经济发达，能源紧缺，开发丰硕的海上风能资源将有效改善能源供给情形。

因此，开发海上风电已经成为我国能源战略的一个重要内容。

据了解，海上风电场的造价约为陆上风电场的2－3倍，平均发电本钱也远远高于陆上风电，海上风电场初装本钱中的基础建设、并网接线盒安装等费用在总投资本钱中所占的份额要比陆上风电场高，其本钱占比随着风电场的离岸距离和水深程度等情形大幅变更，维修费用和折旧费用占运营本钱比例远大于陆上风电场。

除要冲破研发技术和高本钱瓶颈，加紧研发海上风电设备防侵蚀的新技术也是当务之急。

此前全国两会期间，工信部副部长苗圩曾提出对风电设备寿命的质疑。

因此，与陆上风电相较，海上风电设备所需防腐技术更为复杂、要求更高。

我国海上风能资源测量与评估和海上风组国产化方才起步，海上风电建设技术标准体系也亟需成立。

而其中海上风电防侵蚀技术相关标准的匮乏确实是一个严峻问题。

曾有相关记者在采访中了解到，由于海上含盐分比较高，对设备侵蚀相当严峻。

而风电机组不同于海上钻井平台，受到侵蚀时能够随时修补，海上风电机组由于其特殊的地理环境和技术要求，维修费用极高。

国家能源局可再生能源司副司长史立山以为，海上风电机组面临的最大问题确实是抗侵蚀，他说：“与陆上风电相较，海上风电的运行环境更复杂，技术要求更高，施工难度更大。

关于风机而言最大的问题在于抗侵蚀抗盐雾和海上输配电。

这些技术上的困难只能在实践中解决。

”
钢铁研究总院青岛海洋侵蚀研究所副所长曲政以为，海上风机所处环境恶劣，而且防腐技术比较复杂。

他对记者说明说：“海上风电机组下部承托平台为钢筋混凝土结构，防侵蚀工作重在对钢筋锈蚀的爱惜；海面以上的部份要紧受到盐雾、海洋大气、浪花飞溅的侵蚀，因此，海上风电机组的防侵蚀比较复杂，需要分部份、针对性的进行。

”
常常被讨论的海上风电基础形式要紧涵盖参考海洋平台的固定式基础和处于概念时期的漂浮式基础，世界上的近海风电机组大多数都采纳重力凝土和单桩钢结构基础设计方案。

以下是对海上风电设施的防腐区域层次的划分；
表1 海洋环境中风电机组的侵蚀区域划分
关于海洋环境下钢结构侵蚀，不管是海洋环境下长钢尺挂片实验，仍是在实际生产实践应用中，都具有很强的规律性。

图1和图2是金属和钢桩在海洋环境中的侵蚀状况及分区示用意。

1.1.1钢桩在海洋环境中的侵蚀状况示用意
1.1.2在海洋环境中金属侵蚀分区示用意
海上风电钢铁结构的侵蚀在海洋大气环境下与内陆大气环境下有着侵蚀因素和
侵蚀速度的不同。

关于暴露在海洋大气环境中的金属部份，因海洋大气环境中相对湿度大、盐分高，侵蚀介质长期积存后附着在钢铁表面形成导电良好的液态水膜电介质，同时由于钢结组成份中有少量碳原子的存在，极易形成无数个原电池，这是电化学侵蚀的有利条件，从而使金属物体产生侵蚀而生锈，致使其材料的结构和性能显现转变而破坏。

经相关研究和实验证明，海洋大气环境比内陆大气环境对钢铁的侵蚀程度高4~5倍。

海洋飞溅区的侵蚀，除海盐含量、相对湿度、温度等海洋大气环境中的侵蚀阻碍因素外，还要受到海浪飞溅的阻碍，在飞溅区的下部还要受到海水短时刻的浸泡。

飞溅区的海盐粒子含量要大大高于海洋大气区，由于海水浸润时刻长，干湿交替频繁，碳钢在飞溅区的侵蚀速度要远大于其他区域。

在飞溅区，碳钢会显现一个侵蚀峰值，在不同地域的海域，其侵蚀峰值也就在平均高潮位的距离有所不同。

侵蚀最严峻的部位是在平均高潮位以上的飞溅区，在这一区域，由于含氧量比其他区域高，氧元素的去极化作用增进了碳钢的侵蚀，与此同时，飞溅的浪花冲击也有力地破坏了碳钢表面的爱惜膜或覆盖层，因此钢表面的爱惜层在这一区域剥落更快，造成局部侵蚀十分严峻，从而促使侵蚀速度加大。

从平均高潮位到平均低潮位的区域称为潮差区，在潮差区的钢铁表面常常会与含有饱和氧气的海水接触，由于海洋潮差转变的缘故此使钢铁侵蚀加重，在有浮游物体和冬季流冰的海域，潮差区的钢铁还会受到撞击。

全浸区的钢结构全浸于海水中，如风塔管架平台的中下部位，长期浸泡在海水中，钢铁的侵蚀会受到溶解氧、海水流速、盐度、污染物和海生物等因素的阻碍，由于钢铁在海水中的侵蚀反映受到氧的氧化还原反映所操纵，因此溶解氧对钢铁的侵蚀起到主导作用。

在位于平均低潮位以下周围的海水全浸区，其风塔钢桩在海水起伏这一潮间带显现侵蚀最低值，其值乃至小于在海水全浸区和海底土壤的侵蚀率。

这是因为风塔钢桩在这一潮差带的海洋环境中，随着潮位的涨落，水线上方湿润的钢表面供氧总要比浸在海水中的水线下方钢表面充分得多，而且彼此彼此组成一个回路，由此组成一个氧浓差侵蚀电池，在这一侵蚀电池中，富氧区为阴极，相对缺氧区为阳极，总的来讲在那个潮差带中的每一点别离取得了不同程度的爱惜，而在平均潮位以下那么常常作为阳极而显现一个明显的侵蚀峰值。

海泥区位于全浸区以下，要紧由海底沉积物组成。

海底沉积物的物理性质、化学性质和生物特性随着海域和海水深度的不同而不同。

海泥区事实上是饱和的海水土壤，它是一种比较复杂的侵蚀环境，既有土壤的侵蚀特点，又有海水的侵蚀特性。

海泥区含盐度高、电阻率低，可是供氧不足，因此一样的钝性金属的钝化膜是不稳固的。

海泥区含有硫酸盐还原菌，会在缺氧的环境下生长繁衍，会对埋入海泥区的钢铁造成比较严峻的侵蚀。

海生物的污损，如苔藓虫、石灰虫、藤壶和海藻等，对碳钢的侵蚀阻碍较大。

尽管碳钢表面的污损海生物能阻碍氧分子向侵蚀表面扩散，能对碳钢的侵蚀有必然的爱惜作用，可是由于污损层的不渗透性和外污损层中嗜氧菌的呼吸作用，使碳钢表面形成缺氧环境，有利于硫酸盐还原菌的生长，从而促使碳钢产生侵蚀。

依如实验室的防腐涂层测试、海上挂片实验，和海上平台成熟的防腐涂层方案，提出海上风电钢结构防腐涂层设计大体原那么：底漆对基层材料的附着力和防锈能力要强，并具有阴极爱惜功能；中间漆对底漆和面漆的层间附着力必需牢固，并有较好的屏蔽作用，以便有效地阻止氧、水汽及其侵蚀介质的渗入；面漆必需具有专门好的耐候性，耐老化性和耐侵蚀性能，并具有必然的耐沾污性，从而降低保护频率。

当前国内关于海上风电机组的防侵蚀并无相关标准或规定。

海上风电机组防侵蚀，是一个系统的问题，关于机组的每一部份，在设计上、材料上、密闭性上，都应该考虑到防侵蚀问题。

关于海上风电的防腐工作，合理选材是避免和操纵设备侵蚀的最一般和最有效的方式之一。

选材务必做到：①了解环境因素和侵蚀因素，包括介质的种类、浓度、温度、压力、流动状态、杂质种类和数量、含氧量，和有无固体悬浮物和微生物等；②研究有关资料数据；③按实际条件进行模拟实验，以取得选材的靠得住数据。

由此了解材料的耐蚀性能及其工艺特性；④综合考虑材料的耐蚀性和经济性；
⑤考虑适合的防侵蚀方法。

，
.具体能够考虑的防侵蚀方法如下：
1.2.1 关于基础中的钢结构，大气区的防侵蚀一样采纳涂层爱惜或喷涂金属层加封锁涂层爱惜；如塔筒外壁，能够采纳经常使用的防腐涂料体系，中间漆采纳环氧云铁漆，即环氧富锌底漆+环氧云铁漆+脂肪族聚氨酯面漆的三层复合防腐涂层系统。

1.2.2 浪溅区和水位变更区的平均潮位以上部位的防侵蚀一样采纳重防蚀涂层或喷涂金属层加封锁涂层爱惜，亦可采纳包覆玻璃钢、树脂砂浆和包覆合金进行爱惜；塔筒的桩基基础部份处在潮差区和浪溅区是防腐的重点区域，采纳环氧玻璃鳞片涂料或无溶剂环氧涂料，干膜厚度在1500μm左右，玻璃鳞片涂料在操纵漆膜下的侵蚀蔓延稍差一些，可是能够采纳具有良好阴极爱惜作用的环氧富锌底漆作为底涂层。

依照海上平台的防腐应用体会，完全能够达到25a以上的防腐防护寿命
1.2.3 水位变更区平均潮位以下部位，一样采纳涂层与阴极爱惜联合防侵蚀方法；
1.2.4 水下区的防侵蚀应采纳阴极爱惜与涂层联合防侵蚀方法或单独采纳阴极爱惜，当单独采纳阴极爱惜时，应考虑施工工期的防腐方法；
1.2.5 关于深切海泥区的基础钢结构，能够不考虑涂装防腐涂层，只依托阴极爱惜方法或二者相组合的防腐方式，但涂层厚度在500μm左右，设计上不用太厚。

这种阴极爱惜方式属于电化学防腐，分为外加电流的阴极爱惜和捐躯阳极的阴极爱惜，前者要紧用高硅铸铁作为阳极材料，被爱惜的钢铁作为阴极，在外加电流的阻碍下，形成电位差进而阻止侵蚀；后者要紧用锌、铝等活性比铁高的阳极材料，焊接在钢铁结构物上，形成原电池而阻止侵蚀。

这两种方式都需要由侵蚀介质做为原电池导电回路，因此适用于海水区、海泥区的钢结构材质防腐。

1.2.6 关于混凝土墩体结构，能够采纳高性能混凝土加采纳表面涂层或硅烷浸渍的方式；能够采纳高性能混凝土加结构钢筋采纳涂层钢筋的方式；也能够采纳外加电流的方式。

关于混凝土桩，可采纳防腐涂料或包覆玻璃钢防腐。

目前国内海上风电进展方才起步，因此在防侵蚀技术进展的各方面都有所欠缺。

防侵蚀技术的研发周期也并非太长，从单项的防侵蚀技术来看，我国的研发水平与国际水平是大体同步的。

目前国内所欠缺的，是技术的整合，即如何把各类防腐技术整合到一个设备上。

而国外有统一的标准，对防侵蚀技术的各方面都有规定，国外那个系统已经比较完整了，而国内目前还缺乏。

因为我国幅员辽阔，南北方气候各有不同，因此，所要求的防侵蚀技术也不同。

以汽车制造防侵蚀技术的整合为例。

这关于我国的海上风电机组防侵蚀进展，也是专门好的借鉴。

参考文献
【1】Brian Snyder, Mark J Kaiser. Ecological and Economic cost benefit analysis of offshore wind energy[J]. Renewable Energy, 2020, 34(6):1567 – 1578
【2】Simorr Phlippe Breton, Geir Moe. Status plans and technologies for offshore wind turbines in Europe and North America[J]. Renewable Energy, 2020, 34(3): 646 – 656.
【3】IOS 12944 –1998. Paints and varnishes corrosion protection of steel stuctures by protective paint systems[S].
【4】李爱贵，纬文礼，王雪莹，等。

海洋平台涂层防侵蚀系统设计【J】。

石油化工侵蚀与防护，2020, 26（1）：48 - 51。