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海上升壓站平臺(tái)的腐蝕與防護(hù)

2018-12-04 12:04:41 作者：王鑫來(lái)源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

根據(jù)國(guó)家能源局印發(fā)的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，海上風(fēng)電裝機(jī)500萬(wàn)千瓦，開(kāi)工在建1000萬(wàn)千瓦，2016年底投產(chǎn)的海上風(fēng)電僅163萬(wàn)千瓦，海上風(fēng)電發(fā)展前景廣闊。然而在開(kāi)發(fā)和利用海上風(fēng)電的過(guò)程中，會(huì)遇到許多與陸上風(fēng)電不同的技術(shù)難題。海上風(fēng)電機(jī)組必須承受高濕、高鹽霧、長(zhǎng)日照等海洋環(huán)境，此外還受到不同季節(jié)高溫、大風(fēng)等的影響，如果不進(jìn)行腐蝕防護(hù)處理，海上風(fēng)電設(shè)備腐蝕必定非常嚴(yán)重。

海上升壓站平臺(tái)承載著變壓器、地學(xué)信息系統(tǒng)（GIS）以及其他配套的電氣設(shè)備，作為海上風(fēng)電的“心臟”，匯合風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)輸送的電流，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)起著電力傳輸、中轉(zhuǎn)的重要作用，海上升壓站平臺(tái)的防腐性能對(duì)海上升壓站的可靠運(yùn)行具有重要的影響。

國(guó)外研究表明，在海上對(duì)海上風(fēng)電防腐蝕系統(tǒng)進(jìn)行維修的成本是制造成本的50倍，故而，本文將圍繞海上升壓站平臺(tái)的腐蝕與防護(hù)展開(kāi)研究與探討。

海上升壓站平臺(tái)的腐蝕特征

海上升壓站平臺(tái)一般由多層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)組成，包含甲板、立柱、欄桿、爬梯護(hù)籠、梁、斜撐管等部件，以及配合設(shè)備安裝的管件、緊固件、支架。主要由低合金鋼或者碳鋼焊接而成，重要附件采用不銹鋼制成，爬梯及欄桿等會(huì)選擇熱浸鍍鋅鋼。

海上升壓站平臺(tái)外部直接暴露在海上大氣環(huán)境中，根據(jù)ISO 12944-2標(biāo)準(zhǔn)中的腐蝕環(huán)境分類，海上升壓站平臺(tái)外表面處于C5-M腐蝕環(huán)境，即非常高的海洋腐蝕環(huán)境。

根據(jù)海上環(huán)境腐蝕特點(diǎn)，海上升壓站平臺(tái)處于海洋大氣區(qū)，海洋大氣區(qū)具有濕度高、鹽分高、干、濕循環(huán)效應(yīng)明顯等特點(diǎn)。由于海洋大氣濕度大，水蒸氣在毛細(xì)管作用、吸附作用、化學(xué)凝結(jié)作用的影響下，會(huì)附著在鋼材表面上形成一層水膜，CO2、SO2和一些鹽分溶解在水膜中，使之成為導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，鐵作為陽(yáng)極在電解質(zhì)溶液中被氧化而失去電子，變成鐵銹。另外，Cl-有穿透作用，能加速鋼材的點(diǎn)蝕、不銹鋼的應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，低碳鋼暴露1a后的腐蝕大于80-200μm，鍍鋅層一年腐蝕速率為4.2μm -8.4μm/a 。腐蝕嚴(yán)重影響了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，從而影響到海洋平臺(tái)的使用安全，海洋大氣區(qū)的防腐措施主要采用涂層或金屬鍍層。

海上升壓站平臺(tái)的防腐蝕體系

1 防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

海洋工程經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和有效的防腐蝕設(shè)計(jì)。

目前國(guó)外使用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)有：ISO 12944-2007《色漆和清漆-防護(hù)漆體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)》；NORSOK M-501《表面處理和防護(hù)涂料》；NACE SP 0180《使用防護(hù)涂層對(duì)海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕控制》。

國(guó)內(nèi)使用較多的海洋鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)防腐標(biāo)準(zhǔn)有：JTS 153-2003《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》和SY/T 4094-2012《淺海鋼質(zhì)固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)規(guī)范》等。

2 涂料性能試驗(yàn)

在選擇涂層體系前，應(yīng)先對(duì)涂料性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，ISO 12944-2007標(biāo)準(zhǔn)給出的實(shí)驗(yàn)室鹽霧性能檢測(cè)為靜態(tài)試驗(yàn)，只能定性給出試樣在連續(xù)鹽霧條件下的腐蝕速率，沒(méi)有考慮到涂料暴露于實(shí)際工況環(huán)境的紫外線照射、干濕交替、溫度變化等多種情況。NORSOK M-501要求按照ISO 20340-2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)試驗(yàn)，相關(guān)研究表明能更好的模擬室外環(huán)境。

3 防腐涂層體系

為了保證海上升壓站平臺(tái)服役25a免維護(hù)，需要選擇合適的防腐涂層體系。

（1）C5-M環(huán)境下的碳鋼/低合金鋼防腐涂層體系

各標(biāo)注都給出了大氣區(qū)碳鋼/低合金鋼的涂層體系，由于在設(shè)計(jì)年限、使用環(huán)境、設(shè)備特征等方面的考慮不同，對(duì)于涂料類型和干膜厚度的要求也有較大差別，典型的涂層體系如下：

表1 碳鋼/低合金鋼表面典型涂層體系

JTS 153-3-2007《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》對(duì)干膜厚度的要求最高（標(biāo)準(zhǔn)要求干膜厚度達(dá)到575μm），但此要求也是基于結(jié)構(gòu)材料的防腐蝕壽命為20a設(shè)置的，若結(jié)構(gòu)材料的防腐蝕壽命要達(dá)到25a以上，就需要更厚的漆膜厚度。國(guó)外對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組防腐蝕涂層的干膜厚度要求為達(dá)到800μm。

（2）浸鍍鋅鋼防腐涂層體系

ISO12944、NORSOK M-501及NACE SP 0180標(biāo)準(zhǔn)對(duì)浸鍍鋅鋼防腐蝕涂層體系的要求見(jiàn)表2。

表2 浸鍍鋅鋼表面涂層體系

（3）不銹鋼防腐涂層體系

NORSOK M-501及NACE SP 0108標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不銹鋼防腐蝕涂層體系的要求見(jiàn)表3。

表3 不銹鋼表面涂層體系

（4）緊固件及管架涂層體系

NACE SP 0108標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)描述了緊固件及管架的涂層體系，緊固件應(yīng)采用可達(dá)到與鋼結(jié)構(gòu)相同耐久性的防腐蝕措施。

4 涂料選用原則

（1）底漆應(yīng)能在很長(zhǎng)的施工期間保護(hù)底材，同時(shí)能經(jīng)得住搬運(yùn)和建造期間的磨損，優(yōu)先選擇容易修補(bǔ)和維修的涂料體系；

（2）優(yōu)先選擇施工方便，能用普通涂裝設(shè)備進(jìn)行施工的涂料體系；

（3）結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于雨水沖刷環(huán)境，宜采用耐海水、耐水性能優(yōu)異的涂料體系；

（4）平臺(tái)裸露于陽(yáng)光中的構(gòu)件，宜采用耐紫外線、抗粉化性能好、耐老化的涂層體系；

（5）海上風(fēng)電設(shè)備晝夜溫差明顯，選用的涂料應(yīng)具有良好的耐冷熱交替性；

（6）宜采用同一制造商的底漆、中間漆和面漆。

海上升壓站平臺(tái)防腐蝕技術(shù)應(yīng)用

1 防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇

國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 12944、NORSOK M-501、NACE SP 0180等，ISO 12944是國(guó)際上運(yùn)用最廣泛的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝標(biāo)準(zhǔn)。

2 涂料性能試驗(yàn)

海上升壓站無(wú)人值守、海洋環(huán)境條件惡劣，海上升壓站平臺(tái)所有構(gòu)件表面（包括無(wú)涂層表面、浸鋅鋼表面及車間底漆表面）的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試應(yīng)盡可能地模擬實(shí)際工況。

3 涂層體系

根據(jù)海上升壓站平臺(tái)所處環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)某海上升壓站平臺(tái)防腐蝕涂層體系進(jìn)行如下設(shè)計(jì)，見(jiàn)表4。

表4 國(guó)內(nèi)某海上升壓站平臺(tái)防腐涂層體系

高強(qiáng)度螺栓連接面的表面防腐蝕工藝如下：沖砂至Sa2.5級(jí)后涂裝無(wú)機(jī)鋅底漆，干膜厚度50μm，聚氨脂硅膠封閉連接面縫隙。

4 我國(guó)海上升壓站平臺(tái)防腐蝕涂料的開(kāi)發(fā)

海洋防腐蝕涂料的開(kāi)發(fā)具有研制周期長(zhǎng)、投資大、技術(shù)難度高且風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)。國(guó)外大型涂料公司，如HEMPEL、NOBEL、PPG等，均有上百年的涂料開(kāi)發(fā)歷史，是國(guó)外海上風(fēng)電用涂料的供應(yīng)商，同時(shí)也是全球主要的海洋工程涂料供應(yīng)商。

我國(guó)海洋防腐蝕涂料的發(fā)展較晚，在海上風(fēng)電的腐蝕機(jī)理和涂料開(kāi)發(fā)應(yīng)用上都處于起步階段，整體技術(shù)水平落后于先進(jìn)國(guó)家。過(guò)去我國(guó)涂料防腐蝕主要是以防銹、耐溫為主，國(guó)際上，防腐蝕涂料的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的新型環(huán)保涂料、具有自修復(fù)能力的涂料以及由不同功能涂層構(gòu)成的組合系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)海上風(fēng)電防腐蝕方面存在以下問(wèn)題：

（1）我國(guó)海上風(fēng)機(jī)技術(shù)不成熟，缺少一套關(guān)于海上風(fēng)電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）我國(guó)海上風(fēng)電腐蝕防護(hù)基礎(chǔ)薄，涂料發(fā)展較慢，特別是有關(guān)高性能涂料及先進(jìn)涂料的研究明顯比不上國(guó)外公司，導(dǎo)致重要部位的涂料基本為國(guó)外品牌，使得海上風(fēng)電投入大、成本高。

（3）海上風(fēng)電防腐蝕是一個(gè)系統(tǒng)工程，從涂層體系配套、涂料選用、表面處理、涂裝施工到安裝運(yùn)行階段，都需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電配套體系方案少，國(guó)內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商對(duì)海上風(fēng)電設(shè)備涂裝工藝的積累不足，安裝、運(yùn)營(yíng)單位對(duì)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)欠缺等，這些因素都會(huì)影響到海上風(fēng)電設(shè)備的防腐性能。

隨著我國(guó)開(kāi)發(fā)和利用海上風(fēng)電的速度加快，應(yīng)結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況深入開(kāi)展海上風(fēng)電機(jī)組的腐蝕防護(hù)等關(guān)鍵性技術(shù)的研究，更好地促進(jìn)海上風(fēng)電機(jī)組的腐蝕與防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，從而大力推動(dòng)海上風(fēng)電的建設(shè)。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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