海上風(fēng)電部件的防腐處理及保護(hù)

吳洪波

摘 要：文章先分析了海上風(fēng)電部件的防腐處理和保護(hù)策略，包括水下基礎(chǔ)防腐、塔架防腐、風(fēng)機(jī)機(jī)艙和輪轂防腐、葉片防腐，隨后介紹了海上風(fēng)電部件的防腐處理注意事項(xiàng)，包括施工質(zhì)量和運(yùn)行監(jiān)測，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：海上;風(fēng)電部件;防腐處理;保護(hù)措施

引言：

聯(lián)系海上風(fēng)電設(shè)備機(jī)組的環(huán)境特征，存在一定腐蝕性。當(dāng)前，海上的各種風(fēng)電機(jī)組防腐普遍是以陰極保護(hù)技術(shù)、防腐涂層為主，同時(shí)進(jìn)一步增加腐蝕余量，選擇具有較高耐腐蝕性的材料，有效改善設(shè)備機(jī)組的腐蝕問題。

一、海上風(fēng)電部件防腐處理和保護(hù)策略

（一）水下基礎(chǔ)防腐

鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)電基礎(chǔ)的防腐處理措施和海上鋼管樁以及海上平臺相同。潮差區(qū)和浪花飛濺基礎(chǔ)外表層主要選擇防腐涂層以及防護(hù)外套等方法實(shí)施保護(hù)。對于海泥區(qū)和全浸區(qū)應(yīng)該選擇陰極保護(hù)以及防腐涂層聯(lián)合保護(hù)方法，而陰極保護(hù)法主要包括強(qiáng)制外加電流、犧牲陽極等方法。前面所提到的都是針對接觸海洋大氣和海水的鋼結(jié)構(gòu)外壁所提出的保護(hù)處理措施，結(jié)合近幾年研究結(jié)果分析。單樁基礎(chǔ)鋼筒內(nèi)壁存在較為嚴(yán)重的腐蝕問題，于設(shè)計(jì)施工階段，需要采取針對性的加強(qiáng)保護(hù)措施，比如實(shí)施犧牲陽極陰極保護(hù)措施。至于鋼筋混凝土基礎(chǔ)，為了提升整體結(jié)構(gòu)耐久性，主要選擇具有較高性能的海工混凝土，通過不斷增加鋼筋外保護(hù)層厚度，適當(dāng)摻入阻銹劑等措施，控制鋼筋銹蝕。在需要的條件下，還需要針對潮差區(qū)和浪花飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)表層涂抹相應(yīng)的防腐涂料，強(qiáng)化保護(hù)。

（二）塔架防腐

鋼結(jié)構(gòu)始終存在于海洋大氣環(huán)境被，通過采取有效的防腐處理措施，可以延長鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用壽命，為此可以涂抹防腐涂層，其中應(yīng)用較為頻繁的便是無機(jī)防腐涂層和有機(jī)防腐涂層，也存在選擇防腐涂層與金屬鍍層聯(lián)合保護(hù)措施。考慮到因?yàn)樗芡獗谝恢碧幱谀撤N暴曬環(huán)境當(dāng)中，面漆的抗紫外線能力和抗老化屬于其中的重要指標(biāo)，當(dāng)前所用的主要是脂肪族聚氨酯面漆。塔架內(nèi)壁因?yàn)槠涓g程度相對較輕，沒有紫外線老化現(xiàn)象，可以選擇適合海洋大氣環(huán)境的一般防腐涂層，比如環(huán)氧類面漆和環(huán)氧富鋅底漆，漆膜厚度相對較薄[1]。

（三）風(fēng)機(jī)機(jī)艙和輪轂防腐

機(jī)艙以及輪轂當(dāng)中涵蓋了風(fēng)機(jī)的各種關(guān)鍵愛部件，屬于防腐處理核心部位，由于其中存在較多部件，涉及多種專業(yè)，如果各個部件都實(shí)施強(qiáng)化防腐處理，則容易增加整體成本，為了減少成本投入，可以選擇防腐結(jié)合關(guān)鍵部件的防腐處理措施?？傮w防腐中，主要設(shè)計(jì)思路便是促進(jìn)各個部件和外部環(huán)境有效分離開來。同時(shí)盡量把機(jī)艙設(shè)置為某種密閉性空間，借助鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)成內(nèi)部對于外部環(huán)境的正壓，避免腐蝕性海洋大氣進(jìn)入，從最大程度上控制機(jī)艙以及輪轂中的部件腐蝕程度，滿足部件防腐要求。

在關(guān)鍵部件強(qiáng)化防腐處理，因?yàn)闄C(jī)艙以及輪轂整體結(jié)構(gòu)部件相對較小，同時(shí)設(shè)置了基礎(chǔ)設(shè)備支架等，由于其中部分結(jié)構(gòu)普遍暴露于外部環(huán)境當(dāng)中，屬于日常維護(hù)處理中很難接觸的部分，所以該種類型部件普遍會選擇涂層強(qiáng)化防腐和熱鍍鋅處理。機(jī)械部件具體涵蓋變槳齒輪、齒輪箱、聯(lián)軸器、主軸等部分，而主軸連接面則是機(jī)加工面，沒有實(shí)施防腐處理，進(jìn)一步確保平面度，對于暴露部位選擇和結(jié)構(gòu)部件相同防腐處理措施。其中聯(lián)軸器屬于具有較高彈性的特殊材料，表層無法實(shí)施防腐，單純通過預(yù)留腐蝕余量改善腐蝕性問題。變漿軸承、偏航軸承、齒輪箱外部和結(jié)構(gòu)部件類似，可以在內(nèi)部涂抹防腐潤滑油進(jìn)行防腐處理。變槳齒輪和偏航齒輪通過齒輪嚙合，容易產(chǎn)生較大磨損問題，同時(shí)需要進(jìn)行潤滑處理，所以可以選擇表層涂抹黃油的方法，發(fā)揮出潤滑和空氣隔離的雙重功能作用。

電氣部件涵蓋各種驅(qū)動電機(jī)、開關(guān)柜、控制柜、變壓器、發(fā)電機(jī)等。提升設(shè)備外殼防護(hù)等級，促進(jìn)和外部大氣之間的有效分離，屬于一項(xiàng)重要防腐措施。發(fā)電機(jī)也是持續(xù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備，為此需要始終維持高效散熱，才能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。如果發(fā)電機(jī)選擇常規(guī)密閉冷卻散熱系統(tǒng)，則內(nèi)部構(gòu)件不需要考慮防腐問題，只需要改善外部防腐問題即可。假如發(fā)電機(jī)不能從結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行密閉冷卻散熱，則需要分析轉(zhuǎn)子線包和定子鐵芯的腐蝕問題，通常選擇耐腐蝕材料充當(dāng)鐵芯，至于轉(zhuǎn)子線包主要選擇真空浸漆工藝配合含氟硅橡膠材料實(shí)施強(qiáng)化防腐，對于工藝設(shè)計(jì)具有較高要求，促進(jìn)防腐和散熱的平衡。海上風(fēng)機(jī)對應(yīng)箱式變壓器主要選擇干變，直接空氣冷卻是其主要散熱方式，選擇絕緣樹脂澆注，提高變壓器鐵芯防腐性能。開關(guān)柜和控制柜整體散熱量相對較低，所以選擇提升防護(hù)等級，有效隔離外部空氣的方法實(shí)施整體防腐，同時(shí)部分控制柜具有較高散熱量，可以選擇柜體設(shè)置小型空調(diào)方法對柜內(nèi)溫度進(jìn)行合理調(diào)控，因?yàn)楦鞣N驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行頻率相對較低，選擇密閉隔離空氣措施可以有效控制腐蝕問題，擴(kuò)大外殼散熱面積，實(shí)現(xiàn)散熱目標(biāo)。

（四）葉片防腐

針對葉片實(shí)施防腐處理，主要可以選擇涂層法進(jìn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)風(fēng)輪葉片標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)提到過，葉片在某種程度上因?yàn)楸┞队诟g環(huán)境下且不易接近。因?yàn)檫\(yùn)行條件影響，在大部分條件下都無法重做防腐層，所以需要高度重視材料設(shè)計(jì)、材料選擇和防腐保護(hù)處理。對于復(fù)合材料可以選擇膠衣保護(hù)層，但缺少對應(yīng)規(guī)定指標(biāo)。當(dāng)前葉片中的防腐涂料主要都是進(jìn)口材料，所以需要投入較高成本。在葉片材料國產(chǎn)化的發(fā)展計(jì)劃中，提出葉片表層保護(hù)涂料需要提升葉片的耐濕熱、耐風(fēng)沙侵蝕、耐紫外老化，擁有較強(qiáng)的抗鹽霧腐蝕能力，更好適應(yīng)我國不同地區(qū)在不同極端氣候條件下對于風(fēng)電場穩(wěn)定運(yùn)行的要求，確保風(fēng)輪葉片相關(guān)使用壽命超出20年。因?yàn)楫?dāng)下我國對于海上不同腐蝕環(huán)境并沒有形成明確的指標(biāo)要求，所以在海上風(fēng)電機(jī)組葉片的涂料管理方面，還需要綜合國外其他國家豐富經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善[2]。

二、海上風(fēng)電部件防腐處理中的注意事項(xiàng)

（一）施工質(zhì)量

近幾年我國各個海上風(fēng)電場反饋出來的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題次數(shù)呈現(xiàn)出普遍上漲的趨勢，主要可以從涂層失效、防腐措施不合理、陰極保護(hù)系統(tǒng)缺陷等方面體現(xiàn)出來，同時(shí)還存在防腐材料以及防腐施工質(zhì)量不過關(guān)等問題。為此針對海上風(fēng)電設(shè)備組件實(shí)施防腐設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)中需要重點(diǎn)關(guān)注以下問題。一方面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題，嚴(yán)格參考海洋工程中的鋼結(jié)構(gòu)防腐措施做好鋼樁基礎(chǔ)和塔筒結(jié)構(gòu)防腐處理。聯(lián)系國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r，不斷完善海上風(fēng)電機(jī)組防腐技術(shù)規(guī)范。另一方面是加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電發(fā)展的特殊性，在結(jié)束安裝并投入運(yùn)行后，很難繼續(xù)涂層維護(hù)，同時(shí)需要投入大量費(fèi)用，通常情況下是根據(jù)25年左右的壽命長度設(shè)計(jì)涂層。所以提高了防腐涂料施工要求，按照三分涂料、七分施工的基礎(chǔ)原則，選擇高質(zhì)量涂料產(chǎn)品后，涂層施工質(zhì)量直接影響保護(hù)效果。表層處理屬于涂裝施工首要步驟，通常需要噴砂除銹達(dá)到SA2級，針對施工環(huán)境氣候、砂料、壓縮空氣形成嚴(yán)格規(guī)定要求，認(rèn)真落實(shí)，做好工程監(jiān)理。

（二）運(yùn)行監(jiān)測

海防風(fēng)電對應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)可以分為陰極保護(hù)和涂層防腐兩種方法，通過監(jiān)測系統(tǒng)采集相關(guān)信息可以準(zhǔn)確判斷陰極保護(hù)效果。陰極保護(hù)不管是外加電流或是犧牲陽極，都應(yīng)該設(shè)置電流密度探頭和參比電極等，順利得到保護(hù)電流密度、保護(hù)電位等基礎(chǔ)信息[3]。

結(jié)語：

綜上所述，海上風(fēng)電設(shè)備屬于可再生能源中的重要研究內(nèi)容，具有十分廣闊的研究前景。因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電設(shè)備處于一種海洋腐蝕環(huán)境下，為了促進(jìn)海上風(fēng)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定安全運(yùn)行，需要進(jìn)一步從設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、制造和后期運(yùn)行維護(hù)等方面入手，加強(qiáng)防腐管理，合理制定有效的防腐措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]玄曉陽，白潤昊.腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)在海上風(fēng)電場的實(shí)例應(yīng)用分析[J].全面腐蝕控制，2020，34（09）：81-86.

[2]黃延琦，李建明.海上風(fēng)電多樁承臺基礎(chǔ)施工質(zhì)量精細(xì)化管理[J].船舶工程，2020，42（S1）：534-537+541.

[3]劉衛(wèi)東，李奇南.大規(guī)模海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和展望[J].中國電力，2020，53（07）：55-71.