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海上升壓站平臺的腐蝕與防護

2018-12-04 12:04:41 作者：王鑫來源：腐蝕與防護分享至：

根據(jù)國家能源局印發(fā)的《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，海上風電裝機500萬千瓦，開工在建1000萬千瓦，2016年底投產(chǎn)的海上風電僅163萬千瓦，海上風電發(fā)展前景廣闊。然而在開發(fā)和利用海上風電的過程中，會遇到許多與陸上風電不同的技術難題。海上風電機組必須承受高濕、高鹽霧、長日照等海洋環(huán)境，此外還受到不同季節(jié)高溫、大風等的影響，如果不進行腐蝕防護處理，海上風電設備腐蝕必定非常嚴重。

海上升壓站平臺承載著變壓器、地學信息系統(tǒng)（GIS）以及其他配套的電氣設備，作為海上風電的“心臟”，匯合風電場各風機發(fā)電機輸送的電流，對整個風電場起著電力傳輸、中轉的重要作用，海上升壓站平臺的防腐性能對海上升壓站的可靠運行具有重要的影響。

國外研究表明，在海上對海上風電防腐蝕系統(tǒng)進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的腐蝕與防護展開研究與探討。

海上升壓站平臺的腐蝕特征

海上升壓站平臺一般由多層鋼結構平臺組成，包含甲板、立柱、欄桿、爬梯護籠、梁、斜撐管等部件，以及配合設備安裝的管件、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，爬梯及欄桿等會選擇熱浸鍍鋅鋼。

海上升壓站平臺外部直接暴露在海上大氣環(huán)境中，根據(jù)ISO 12944-2標準中的腐蝕環(huán)境分類，海上升壓站平臺外表面處于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，海上升壓站平臺處于海洋大氣區(qū)，海洋大氣區(qū)具有濕度高、鹽分高、干、濕循環(huán)效應明顯等特點。由于海洋大氣濕度大，水蒸氣在毛細管作用、吸附作用、化學凝結作用的影響下，會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，使之成為導電性很強的電解質(zhì)溶液，鐵作為陽極在電解質(zhì)溶液中被氧化而失去電子，變成鐵銹。另外，Cl-有穿透作用，能加速鋼材的點蝕、不銹鋼的應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 。腐蝕嚴重影響了海洋平臺結構材料的力學性能，從而影響到海洋平臺的使用安全，海洋大氣區(qū)的防腐措施主要采用涂層或金屬鍍層。

海上升壓站平臺的防腐蝕體系

1 防腐蝕設計標準

海洋工程經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了較為完善的標準體系和有效的防腐蝕設計。

目前國外使用廣泛的標準有：ISO 12944-2007《色漆和清漆-防護漆體系對鋼結構的腐蝕防護》；NORSOK M-501《表面處理和防護涂料》；NACE SP 0180《使用防護涂層對海上平臺結構進行腐蝕控制》。

國內(nèi)使用較多的海洋鋼結構平臺防腐標準有：JTS 153-2003《海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)范》和SY/T 4094-2012《淺海鋼質(zhì)固定平臺結構設計與建造技術規(guī)范》等。

2 涂料性能試驗

在選擇涂層體系前，應先對涂料性能進行實驗室測試，ISO 12944-2007標準給出的實驗室鹽霧性能檢測為靜態(tài)試驗，只能定性給出試樣在連續(xù)鹽霧條件下的腐蝕速率，沒有考慮到涂料暴露于實際工況環(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標準進行動態(tài)循環(huán)試驗，相關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服役25a免維護，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

各標注都給出了大氣區(qū)碳鋼/低合金鋼的涂層體系，由于在設計年限、使用環(huán)境、設備特征等方面的考慮不同，對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《海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)范》對干膜厚度的要求最高（標準要求干膜厚度達到575μm），但此要求也是基于結構材料的防腐蝕壽命為20a設置的，若結構材料的防腐蝕壽命要達到25a以上，就需要更厚的漆膜厚度。國外對海上風電機組防腐蝕涂層的干膜厚度要求為達到800μm。

（2）浸鍍鋅鋼防腐涂層體系

ISO12944、NORSOK M-501及NACE SP 0180標準對浸鍍鋅鋼防腐蝕涂層體系的要求見表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標準對不銹鋼防腐蝕涂層體系的要求見表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標準詳細描述了緊固件及管架的涂層體系，緊固件應采用可達到與鋼結構相同耐久性的防腐蝕措施。

4 涂料選用原則

（1）底漆應能在很長的施工期間保護底材，同時能經(jīng)得住搬運和建造期間的磨損，優(yōu)先選擇容易修補和維修的涂料體系；

（2）優(yōu)先選擇施工方便，能用普通涂裝設備進行施工的涂料體系；

（3）結構長期處于雨水沖刷環(huán)境，宜采用耐海水、耐水性能優(yōu)異的涂料體系；

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

（5）海上風電設備晝夜溫差明顯，選用的涂料應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。

海上升壓站平臺防腐蝕技術應用

1 防腐蝕設計標準選擇

國內(nèi)外海上風電鋼結構防腐設計標準主要有ISO 12944、NORSOK M-501、NACE SP 0180等，ISO 12944是國際上運用最廣泛的鋼結構防腐涂裝標準。

2 涂料性能試驗

海上升壓站無人值守、海洋環(huán)境條件惡劣，海上升壓站平臺所有構件表面（包括無涂層表面、浸鋅鋼表面及車間底漆表面）的實驗室測試應盡可能地模擬實際工況。

3 涂層體系

根據(jù)海上升壓站平臺所處環(huán)境的特點，對國內(nèi)某海上升壓站平臺防腐蝕涂層體系進行如下設計，見表4。

表4 國內(nèi)某海上升壓站平臺防腐涂層體系

高強度螺栓連接面的表面防腐蝕工藝如下：沖砂至Sa2.5級后涂裝無機鋅底漆，干膜厚度50μm，聚氨脂硅膠封閉連接面縫隙。

4 我國海上升壓站平臺防腐蝕涂料的開發(fā)

海洋防腐蝕涂料的開發(fā)具有研制周期長、投資大、技術難度高且風險大的特點。國外大型涂料公司，如HEMPEL、NOBEL、PPG等，均有上百年的涂料開發(fā)歷史，是國外海上風電用涂料的供應商，同時也是全球主要的海洋工程涂料供應商。

我國海洋防腐蝕涂料的發(fā)展較晚，在海上風電的腐蝕機理和涂料開發(fā)應用上都處于起步階段，整體技術水平落后于先進國家。過去我國涂料防腐蝕主要是以防銹、耐溫為主，國際上，防腐蝕涂料的研究重點是開發(fā)適應性強的新型環(huán)保涂料、具有自修復能力的涂料以及由不同功能涂層構成的組合系統(tǒng)。

結束語

綜上所述，我國海上風電防腐蝕方面存在以下問題：

（1）我國海上風機技術不成熟，缺少一套關于海上風電的技術標準。

（2）我國海上風電腐蝕防護基礎薄，涂料發(fā)展較慢，特別是有關高性能涂料及先進涂料的研究明顯比不上國外公司，導致重要部位的涂料基本為國外品牌，使得海上風電投入大、成本高。

（3）海上風電防腐蝕是一個系統(tǒng)工程，從涂層體系配套、涂料選用、表面處理、涂裝施工到安裝運行階段，都需要進行嚴格控制。現(xiàn)階段，國內(nèi)海上風電配套體系方案少，國內(nèi)設備供應商對海上風電設備涂裝工藝的積累不足，安裝、運營單位對設備的維護和保養(yǎng)的經(jīng)驗欠缺等，這些因素都會影響到海上風電設備的防腐性能。

隨著我國開發(fā)和利用海上風電的速度加快，應結合我國的實際情況深入開展海上風電機組的腐蝕防護等關鍵性技術的研究，更好地促進海上風電機組的腐蝕與防護技術的應用和發(fā)展，從而大力推動海上風電的建設。

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責任編輯：韓鑫

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