我國(guó)海上風(fēng)電所使用的基礎(chǔ)形式從材料角度分為鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)兩種形式，其中使用較廣泛的為鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)所處的工況條件比較惡劣，且現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)比較困難，一般按不低于15年的防腐壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)某海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)未達(dá)到15年，但有些鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層卻已經(jīng)出現(xiàn)大面積損壞的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文將對(duì)這一情況進(jìn)行詳細(xì)分析，找出原因并提出相應(yīng)解決措施，為后續(xù)海上風(fēng)電項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的防腐積累經(jīng)驗(yàn)。

    為了了解防腐層損壞的具體情況，在退潮以后我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)部防腐層完好，外部區(qū)域出現(xiàn)了不同程度的損壞，有些區(qū)域有遭受撞擊的跡象，且外部表面有大量海洋生物（主要是海蠣子）附著。

    原因分析

    通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行調(diào)查，我們認(rèn)為外力撞擊及海洋生物的附著是造成海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層損壞的主要原因。

    一、外力撞擊

    我們發(fā)現(xiàn)有防腐層損壞的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的船舶停靠裝置不合理，在船舶靠泊的時(shí)候受海水流動(dòng)的影響，船舶容易撞擊到鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，另外，風(fēng)場(chǎng)所處海域漂浮物比較多，也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生撞擊。而本項(xiàng)目在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐方案設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮外力撞擊對(duì)油漆的影響，因而許多區(qū)域在遭受外力撞擊時(shí)出現(xiàn)油漆層被撞壞并脫落的現(xiàn)象，從而影響了防腐涂層的使用壽命。

    二、海洋生物的附著

    由于風(fēng)電機(jī)組所處海域生長(zhǎng)著大量的海蠣子（也叫牡蠣），其具有許多獨(dú)特的生活習(xí)性，剛出世的幼蠣，可以在水中自由游泳，但當(dāng)它們遇到合適的環(huán)境，就開始寄生在巖石或其他堅(jiān)硬的海中物體上，終生過著固著式的生活，難以被清除，從而在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成外污損層。海蠣子附著在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上以后，雖然能夠阻礙碳鋼表面的氧分子向腐蝕表面擴(kuò)散，能對(duì)碳鋼的腐蝕有一定的保護(hù)作用，但是由于附著層的不滲透性和外污損層中嗜氧菌的呼吸作用，使碳鋼表面形成缺氧環(huán)境，有利于硫酸鹽還原菌（SRB）的生長(zhǎng)，從而加速碳鋼的厭氧腐蝕。

    根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理和實(shí)驗(yàn)事實(shí)，硫酸鹽還原菌（SRB）誘導(dǎo)碳鋼腐蝕的機(jī)理如下：Fe-2e→Fe2+（陽極反應(yīng)）2H++2e→H2（陰極反應(yīng)）SO42-+8H→S2-+H2O（SRB陰極去極化）S2-+2H+→H2S（陰極去極化）Fe2++S2-→FeS（陽極去極化）Fe2++H2S→FeS+2H+

    上述反應(yīng)所需H+來源于SRB代謝出有機(jī)酸的電離以及水的電離，從上述機(jī)理可以看出在整個(gè)電化學(xué)腐蝕過程中，硫化物（S2-），特別是H2S既有陰極去極化作用，又具有陽極去極化作用，從而加速了碳鋼的腐蝕，嚴(yán)重的影響了海上風(fēng)電機(jī)組鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的使用壽命。

    解決措施

    為了保證風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在找出造成鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層損壞的原因以后，我們必須采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決。

    一、應(yīng)對(duì)外力撞擊的措施

    （一）根據(jù)該風(fēng)場(chǎng)的水流特性優(yōu)化原船舶停靠裝置的設(shè)計(jì)，并在船舶停靠處增加相應(yīng)的保護(hù)舷，保護(hù)舷可以吸收船舶停靠時(shí)的沖擊能量，從而減輕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的破壞作用；

    （二）考慮船舶停靠時(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的撞擊作用，在船舶停靠處需要選擇耐撞擊強(qiáng)度高的油漆；

    （三）鑒于該風(fēng)場(chǎng)所處海域漂浮物較多，因此需要在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外圍設(shè)置隔離設(shè)施，從而減少漂浮物與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)接觸的可能性。

    二、應(yīng)對(duì)海洋生物附著的措施

    海洋生物的附著不僅會(huì)破壞鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層并加速碳鋼的腐蝕，而且難以解決，由于我國(guó)海上風(fēng)電起步比較晚，相關(guān)規(guī)范不夠健全，考慮到海上石油鉆井平臺(tái)所處環(huán)境與海上風(fēng)電機(jī)組比較相似，為了更好的解決該問題，我們查閱了大量海上石油鉆井平臺(tái)防海洋生物附著的措施。目前我國(guó)石油鉆井平臺(tái)常用的防海洋生物附著的措施主要有以下三種：使用海洋動(dòng)力防海生物裝置（MGP）、使用防污漆防海生物及電解防海生物。

    （一）海洋動(dòng)力防海生物裝置（MGP）

    海洋動(dòng)力防海生物裝置（MGP）采用具有高彈性、高耐久性、優(yōu)越的抗紫外線性能和抗疲勞性能良好的工程塑料做成。該裝置的主體環(huán)抱于導(dǎo)管架構(gòu)件的周圍，即海生物易于附著、生長(zhǎng)的部位。利用海水的浮力，海流、波浪等自然力為動(dòng)力，使裝置在導(dǎo)管架構(gòu)件的外圍作垂向、橫向、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過這一復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使設(shè)置在裝置上的撞擊輪不斷地碰撞、接觸導(dǎo)管架構(gòu)件的表面，從而使海生物無法附著，這種方法還可以逐漸清除已附著的海生物。該裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是，以海水的自然能力為動(dòng)力，不需人為地施加外力，簡(jiǎn)易、有效、無污染、成本低。不足之處是在長(zhǎng)期使用中，如遇到大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)天氣，在波浪、海流的共同作用下，該裝置與導(dǎo)管架構(gòu)件將發(fā)生劇烈碰撞，如果出現(xiàn)破損，維修、更換將非常困難。

    （二）防污漆防海生物

    防污漆是涂裝于導(dǎo)管架構(gòu)件的一種特殊涂料，它的主要作用是通過漆膜中毒料的滲出、擴(kuò)散或水解等方式逐步釋放毒料，達(dá)到防止海洋生物附著于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的目的。防污漆雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，如滿足環(huán)保性能要求；漆膜具有一定的透水性，可保證毒性連續(xù)滲出；漆膜具有良好的耐海水沖擊性，在長(zhǎng)期浸沒于水中時(shí)不起泡、不脫落。但是防污漆的缺點(diǎn)也是十分致命的，它只能在一定時(shí)間內(nèi)防止海洋生物附著在導(dǎo)管架構(gòu)件上，一般3年-5年后需要重新進(jìn)行涂刷。

    （三）電解防海生物

    電解防海生物是通過電解的方法，產(chǎn)生有毒的物質(zhì)，從而形成一種不適合海洋生物附著生長(zhǎng)的環(huán)境。目前最常用的方法有兩種，即：電解海水產(chǎn)生次氯酸殺滅海洋生物； 電解銅、鋁電極以海水為導(dǎo)體通過外加電流的方式電解出金屬離子，使海水中的金屬離子達(dá)到一定濃度從而殺死海洋生物。該技術(shù)具有安全可靠、使用方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是會(huì)殺死周圍海域的海洋生物。

    中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)編輯認(rèn)為海上風(fēng)電有著廣闊的發(fā)展前景，但是目前鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的防腐仍然面臨著許多問題，尤其是海洋生物的附著問題至今未能有很好的解決辦法，雖然我國(guó)在船舶、石油鉆井平臺(tái)等行業(yè)有著大量的防海洋生物附著的措施，但是大部分的措施并不能滿足海上風(fēng)電的使用要求。由于目前我國(guó)開發(fā)的海上風(fēng)場(chǎng)主要是近海風(fēng)場(chǎng)，在進(jìn)行海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)時(shí)我們既要采取措施避免海洋生物對(duì)防腐層的損壞，又要兼顧對(duì)海洋生物及周圍環(huán)境的保護(hù)。為了避免海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層的提前失效，我們?cè)谶M(jìn)行防腐設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮各方因素的影響，并在施工過程中嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范執(zhí)行。


 

責(zé)任編輯：王元

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