國內(nèi)海上風電項目常見問題及解決方案

CCS江蘇分社海上風電項目組 王 榕 宋吉哲 唐廣銀

風能作為一種清潔可再生能源，越來越受到世界各國的重視。可以預(yù)見，以風能為代表的清潔可再生能源也必將在應(yīng)對氣候變化、推動能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮更為顯著和積極的作用。作為一種清潔的可再生能源的發(fā)電方式，風能對于低碳節(jié)能、保護大氣環(huán)境具有重要意義。

與陸地風力發(fā)電相比，海上風力發(fā)電具有突出的特點，海上風電由于其資源豐富、風速穩(wěn)定、開發(fā)利益相關(guān)方較少、不與其他發(fā)展項目爭地、可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢，一直受到風電開發(fā)商關(guān)注。從歐洲的先行者經(jīng)驗看來，海上風電行業(yè)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展,逐步從一個區(qū)域性的能源行業(yè)發(fā)展成全球性的一個行業(yè)。

我國海上風能資源豐富，具備大規(guī)模發(fā)展海上風電的資源條件。根據(jù)中國氣象局風能資源詳查初步成果，我國5～25米水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度風電可裝機容量約 2億千瓦。水深在5～50m區(qū)域、70m高度上的可開發(fā)海上風電容量更是高達5億kW。為推進海上風電場項目建設(shè)，國家能源局曾于2014年12月8日印發(fā)了《全國海上風電開發(fā)建設(shè)方案（2014～2016年）》。從政府的導向看，自2016年開始起，中國在接下來的五年，海上風電將迎來高速發(fā)展期。

中國船級社憑借其在海洋工程領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗和國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)地位，積極投身海上風電行業(yè)，助力綠色中國建設(shè)。從2000年開始，中國船級社即為海上風電業(yè)界提供包括風力發(fā)電機組、下部支撐結(jié)構(gòu)等認證與咨詢服務(wù)，服務(wù)領(lǐng)域覆蓋海上風電“風電場設(shè)施”“風電安裝裝備”全領(lǐng)域和“規(guī)劃、設(shè)計、建造、安裝、運維、棄置”全生命周期。

中國船級社江蘇分社海上風電項目組在參與海上風電檢驗的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些在設(shè)計理念、管理等方面的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

一、在設(shè)計理念上，比較突出的是節(jié)點設(shè)計、變截面、鋼樁與組塊連接節(jié)點、吊點和耐火涂裝等方面的問題。

在節(jié)點設(shè)計方面，目前海上升壓站上部組塊設(shè)計多采用樁腿不連續(xù)，梁連續(xù)的方式（詳見圖1-1），此種方式容易導致樁腿受力不連續(xù)，需經(jīng)過橫梁對應(yīng)力進行傳遞，且梁的面板在吊裝時受拉應(yīng)力，容易造成節(jié)點的撕裂，且頂層橫梁的面板受力較大，容易對其上的敷料造成開裂。建議采用（圖1-2）的形式。

圖 1-1

圖 1-2

在變截面方面，升壓站對變截面梁的接口位置設(shè)計上考慮的不夠周全，腹板與翼緣板的焊接位置沒有采取相互避讓，建議采用海上固定油氣設(shè)施設(shè)計中將焊接位置錯開150mm的設(shè)計方案。

在鋼樁與組塊連接方面，升壓站立柱與鋼樁的連接設(shè)計采用的是將立柱插入鋼樁，立柱上的環(huán)板與鋼樁進行部分熔透焊接，最后在鋼樁內(nèi)灌水泥漿的方式連接固定。這種設(shè)計方式存在以下問題：立柱內(nèi)加強筋板采用異形設(shè)計，在其下端部最窄處寬度僅有20mm，而該板厚為40mm，設(shè)計要求全熔透焊接，并且要求進行100%UT探傷，而實際焊接完成后根本不具備UT探傷條件；鋼樁與立柱環(huán)板焊接完成后進行灌漿，而鋼樁內(nèi)部此時已經(jīng)是一個封閉空間，灌漿后空氣無法排出，即無返漿口，將會導致水泥漿無法完全充滿鋼樁內(nèi)部，失去灌漿的意義。綜上，建議采用海上固定油氣設(shè)施設(shè)計方案，即使用過渡段連接的方式。

吊點方面，升壓站吊點的設(shè)計方式存在兩個問題：一是安裝在兩側(cè)的筋板焊接質(zhì)量難以控制，設(shè)計上采用單面焊雙面成形的方式，這種方式理論可行，但對于吊點焊接施工不建議采用，因為單面焊根部成形無法百分之百保證焊接質(zhì)量，且單面焊坡口較大，焊接收縮量增加，導致出現(xiàn)收縮裂紋的風險增加，而對于此種設(shè)計形式采用雙面焊接的話也存在問題，即筋板與立柱形成的空間狹小會限制焊接作業(yè)和后續(xù)的探傷；二是安裝在兩側(cè)筋板與加強環(huán)距離過近考慮到筋板與加強環(huán)各自的焊道寬度，兩條焊道幾乎重合，另外在100mm吊點主板開坡口與40mm鋼板全熔透焊接的設(shè)計方式也不合理，對焊接質(zhì)量、探傷效果都有影響，并且按照相關(guān)規(guī)范要求，如果焊接厚度超過50mm，是應(yīng)該進行焊后熱處理的，而設(shè)計中也沒有明確的焊后熱處理要求。

耐火涂裝方面，升壓站的很多結(jié)構(gòu)上涂裝了厚度為10mm的耐火漆，通常在海上設(shè)施運營過程中要對結(jié)構(gòu)特別是焊道進行外觀檢查和NDT檢測（測厚和探傷），而如果對這些涂裝了耐火漆的結(jié)構(gòu)進行檢查或檢測在不破壞涂層的情況下是無法實現(xiàn)的。

焊接及探傷標準方面，設(shè)計對于焊接及UT探傷的選用標準分別為GB50661和GB11345，且沒有明確TKY節(jié)點探傷人員資質(zhì)的特殊要求，由于導管架結(jié)構(gòu)主要特點是TKY節(jié)點多，而當前升壓站選用的標準和要求沒有體現(xiàn)出對TKY節(jié)點施工質(zhì)量的重視程度，建議焊接采用AWS D1.1,UT探傷采用API RP 2X，并明確由具有TKY探傷資質(zhì)的NDT人員進行TKY節(jié)點的探傷。

二、在施工工藝方面，存在的主要問題主要表現(xiàn)在環(huán)板焊接、組對間隙普遍較大、管線、防火結(jié)構(gòu)封隔等方面。

現(xiàn)場環(huán)板焊接的順序為先進行環(huán)板與梁的焊接再進行環(huán)板與立柱的焊接（詳見圖2-1），這樣的施工順序?qū)е略谶M行環(huán)板與立柱焊接時應(yīng)力無處釋放，增加應(yīng)力裂紋產(chǎn)生的風險，建議采用如下施工順序：將環(huán)板分成兩塊，先進行環(huán)板與立柱的焊接，在進行環(huán)板對接位置的焊接，最后進行梁與環(huán)板的焊接（詳見圖2-2），這樣最大程度減少環(huán)板與立柱焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，降低應(yīng)力裂紋產(chǎn)生的風險。

圖2-1

圖2-2

現(xiàn)場的焊接工藝中，對全熔透焊接，大多采用加襯墊的焊接工藝，導致焊接間隙較大，增加焊接量，也增加了焊接收縮量（詳見圖3）。為了減少焊接收縮量和焊接量，建議采用定位焊臨時固定，單面焊接完成后，反面清除定位焊的工藝。

圖3

圖4

現(xiàn)場在進行管線施工過程中，在結(jié)構(gòu)梁上直接開孔（詳見圖4）。此種方式，導致結(jié)構(gòu)梁的強度下降，對已經(jīng)開孔的部分，要求其針對性的做了結(jié)構(gòu)補強，對于還未施工部分，則要求管線的敷設(shè)線路避開在結(jié)構(gòu)梁上直接開孔，以免留下隱患。

圖5-1

圖5-2

圖5-3

現(xiàn)場施工過程中，對于管線焊接，采用的是在管壁上直接開孔（詳見圖5-1）；對于直徑僅有20mm左右的管線進行對接焊接（詳見圖5-1）。對于此兩種情況，應(yīng)該分別采用增加管座（詳見圖5-2）和管箍插焊的方式（詳見圖5-3）。

防火結(jié)構(gòu)封隔方面，無論是結(jié)構(gòu)的封堵還是管線穿艙的封堵其目的都是為了保持艙壁的防火完整性。為了達到防火封隔的要求，對防火艙壁的上下部分存在間隙處，采用塞堵與防火艙壁相應(yīng)防火等級的防火敷料，來確保防火艙壁結(jié)構(gòu)的完整性。對于管線貫穿性的情況，則要求采用將管線與艙壁相交處采用填腳焊焊滿，對于由于艙壁材料問題，不能焊接的艙壁，則采用防火膠泥封堵的方式，保證其密封性；對采用防火膠泥封堵的部分留下記錄，提醒業(yè)主方在運維階段注意保持監(jiān)控，防止防火膠泥后期由于老化后脫落而造成防火完整性的缺失。

三、建造過程中的其他方面，存在沒有進行三維建模、救生設(shè)備安裝錯誤、消防設(shè)備安裝錯誤、電纜橋架承載力不足等問題。

三維建模方面，由于在現(xiàn)場建造前期沒有進行三維建模，對電纜的走向進行模擬，導致很多處電纜開孔沒有電纜管線，或僅有一兩根電纜貫穿，而開口處為了保證防火結(jié)構(gòu)的完整性，只能用價格昂貴的防火模塊進行封堵，從而導致增加了施工的難度和時間，也造成了建造成本的增加。建議在項目開工前進行三維建模，合理地對電纜進行布置，避免出現(xiàn)電纜過密或者過少的情況。

救生設(shè)備的安裝問題。由于救生設(shè)備的安裝錯誤，緊急情況下將無法使用。建議業(yè)主按照正確的方式安裝救生設(shè)備，以備不時之需。

消防設(shè)備問題。由于消防設(shè)備沒有按照要求的高度安裝，導致消防設(shè)備安裝過高和過低，無法起到相應(yīng)的滅火作用，建議現(xiàn)場對此進行整改，將高壓水霧碰頭的高度保持在合適的位置。

電纜橋架的承載力問題。由于升壓站電纜橋架多采用鋁制結(jié)構(gòu)，且電纜較重，時間久了之后，電纜橋架便出現(xiàn)了明顯的變形，建議電纜橋架采用傳統(tǒng)形式，即由普通角鋼焊接制成的橋架，其強度比鋁制材料高，可以有效防止橋架變形。

海上風電作為一個近期新興的行業(yè)，由于其發(fā)展的速度迅速，且涵蓋了海洋工程、電力等行業(yè)的理念，在其發(fā)展的過程中難免會遇到這樣那樣的問題，其中有著某一行業(yè)的局限性，也有著因兩個行業(yè)交匯所帶來的沖突問題。對此，中國船級社作為海上風電行業(yè)的鑒證檢驗方，依托從上世紀80年代開始便積累起來的海洋工程經(jīng)驗，不斷提高服務(wù)質(zhì)量，優(yōu)化服務(wù)理念，充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，為海上風電行業(yè)的健康快速發(fā)展保駕護航。