海上風電部件的防腐處理及保護

吳洪波

摘 要：文章先分析了海上風電部件的防腐處理和保護策略，包括水下基礎防腐、塔架防腐、風機機艙和輪轂防腐、葉片防腐，隨后介紹了海上風電部件的防腐處理注意事項，包括施工質量和運行監測，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：海上;風電部件;防腐處理;保護措施

引言：

聯系海上風電設備機組的環境特征，存在一定腐蝕性。當前，海上的各種風電機組防腐普遍是以陰極保護技術、防腐涂層為主，同時進一步增加腐蝕余量，選擇具有較高耐腐蝕性的材料，有效改善設備機組的腐蝕問題。

一、海上風電部件防腐處理和保護策略

（一）水下基礎防腐

鋼結構風電基礎的防腐處理措施和海上鋼管樁以及海上平臺相同。潮差區和浪花飛濺基礎外表層主要選擇防腐涂層以及防護外套等方法實施保護。對于海泥區和全浸區應該選擇陰極保護以及防腐涂層聯合保護方法，而陰極保護法主要包括強制外加電流、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構外壁所提出的保護處理措施，結合近幾年研究結果分析。單樁基礎鋼筒內壁存在較為嚴重的腐蝕問題，于設計施工階段，需要采取針對性的加強保護措施，比如實施犧牲陽極陰極保護措施。至于鋼筋混凝土基礎，為了提升整體結構耐久性，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層厚度，適當摻入阻銹劑等措施，控制鋼筋銹蝕。在需要的條件下，還需要針對潮差區和浪花飛濺區結構表層涂抹相應的防腐涂料，強化保護。

（二）塔架防腐

鋼結構始終存在于海洋大氣環境被，通過采取有效的防腐處理措施，可以延長鋼結構的應用壽命，為此可以涂抹防腐涂層，其中應用較為頻繁的便是無機防腐涂層和有機防腐涂層，也存在選擇防腐涂層與金屬鍍層聯合保護措施。考慮到因為塔架外壁一直處于某種暴曬環境當中，面漆的抗紫外線能力和抗老化屬于其中的重要指標，當前所用的主要是脂肪族聚氨酯面漆。塔架內壁因為其腐蝕程度相對較輕，沒有紫外線老化現象，可以選擇適合海洋大氣環境的一般防腐涂層，比如環氧類面漆和環氧富鋅底漆，漆膜厚度相對較薄[1]。

（三）風機機艙和輪轂防腐

機艙以及輪轂當中涵蓋了風機的各種關鍵愛部件，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，如果各個部件都實施強化防腐處理，則容易增加整體成本，為了減少成本投入，可以選擇防腐結合關鍵部件的防腐處理措施。總體防腐中，主要設計思路便是促進各個部件和外部環境有效分離開來。同時盡量把機艙設置為某種密閉性空間，借助鼓風機構成內部對于外部環境的正壓，避免腐蝕性海洋大氣進入，從最大程度上控制機艙以及輪轂中的部件腐蝕程度，滿足部件防腐要求。

在關鍵部件強化防腐處理，因為機艙以及輪轂整體結構部件相對較小，同時設置了基礎設備支架等，由于其中部分結構普遍暴露于外部環境當中，屬于日常維護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化防腐和熱鍍鋅處理。機械部件具體涵蓋變槳齒輪、齒輪箱、聯軸器、主軸等部分，而主軸連接面則是機加工面，沒有實施防腐處理，進一步確保平面度，對于暴露部位選擇和結構部件相同防腐處理措施。其中聯軸器屬于具有較高彈性的特殊材料，表層無法實施防腐，單純通過預留腐蝕余量改善腐蝕性問題。變漿軸承、偏航軸承、齒輪箱外部和結構部件類似，可以在內部涂抹防腐潤滑油進行防腐處理。變槳齒輪和偏航齒輪通過齒輪嚙合，容易產生較大磨損問題，同時需要進行潤滑處理，所以可以選擇表層涂抹黃油的方法，發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動電機、開關柜、控制柜、變壓器、發電機等。提升設備外殼防護等級，促進和外部大氣之間的有效分離，屬于一項重要防腐措施。發電機也是持續旋轉設備，為此需要始終維持高效散熱，才能實現正常運行。如果發電機選擇常規密閉冷卻散熱系統，則內部構件不需要考慮防腐問題，只需要改善外部防腐問題即可。假如發電機不能從結構層面進行密閉冷卻散熱，則需要分析轉子線包和定子鐵芯的腐蝕問題，通常選擇耐腐蝕材料充當鐵芯，至于轉子線包主要選擇真空浸漆工藝配合含氟硅橡膠材料實施強化防腐，對于工藝設計具有較高要求，促進防腐和散熱的平衡。海上風機對應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。開關柜和控制柜整體散熱量相對較低，所以選擇提升防護等級，有效隔離外部空氣的方法實施整體防腐，同時部分控制柜具有較高散熱量，可以選擇柜體設置小型空調方法對柜內溫度進行合理調控，因為各種驅動電機運行頻率相對較低，選擇密閉隔離空氣措施可以有效控制腐蝕問題，擴大外殼散熱面積，實現散熱目標。

（四）葉片防腐

針對葉片實施防腐處理，主要可以選擇涂層法進行。風力發電機組相關風輪葉片標準內提到過，葉片在某種程度上因為暴露于腐蝕環境下且不易接近。因為運行條件影響，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計、材料選擇和防腐保護處理。對于復合材料可以選擇膠衣保護層，但缺少對應規定指標。當前葉片中的防腐涂料主要都是進口材料，所以需要投入較高成本。在葉片材料國產化的發展計劃中，提出葉片表層保護涂料需要提升葉片的耐濕熱、耐風沙侵蝕、耐紫外老化，擁有較強的抗鹽霧腐蝕能力，更好適應我國不同地區在不同極端氣候條件下對于風電場穩定運行的要求，確保風輪葉片相關使用壽命超出20年。因為當下我國對于海上不同腐蝕環境并沒有形成明確的指標要求，所以在海上風電機組葉片的涂料管理方面，還需要綜合國外其他國家豐富經驗，促進質量標準的進一步完善[2]。

二、海上風電部件防腐處理中的注意事項

（一）施工質量

近幾年我國各個海上風電場反饋出來的鋼結構腐蝕問題次數呈現出普遍上漲的趨勢，主要可以從涂層失效、防腐措施不合理、陰極保護系統缺陷等方面體現出來，同時還存在防腐材料以及防腐施工質量不過關等問題。為此針對海上風電設備組件實施防腐設計、安裝、運行維護中需要重點關注以下問題。一方面設計標準問題，嚴格參考海洋工程中的鋼結構防腐措施做好鋼樁基礎和塔筒結構防腐處理。聯系國內海上風電發展狀況，不斷完善海上風電機組防腐技術規范。另一方面是加強施工質量管理，因為海上風電發展的特殊性，在結束安裝并投入運行后，很難繼續涂層維護，同時需要投入大量費用，通常情況下是根據25年左右的壽命長度設計涂層。所以提高了防腐涂料施工要求，按照三分涂料、七分施工的基礎原則，選擇高質量涂料產品后，涂層施工質量直接影響保護效果。表層處理屬于涂裝施工首要步驟，通常需要噴砂除銹達到SA2級，針對施工環境氣候、砂料、壓縮空氣形成嚴格規定要求，認真落實，做好工程監理。

（二）運行監測

海防風電對應鋼結構基礎可以分為陰極保護和涂層防腐兩種方法，通過監測系統采集相關信息可以準確判斷陰極保護效果。陰極保護不管是外加電流或是犧牲陽極，都應該設置電流密度探頭和參比電極等，順利得到保護電流密度、保護電位等基礎信息[3]。

結語：

綜上所述，海上風電設備屬于可再生能源中的重要研究內容，具有十分廣闊的研究前景。因為海上風電設備處于一種海洋腐蝕環境下，為了促進海上風電設備實現長期穩定安全運行，需要進一步從設備的設計、安裝、制造和后期運行維護等方面入手，加強防腐管理，合理制定有效的防腐措施。

參考文獻：

[1]玄曉陽，白潤昊.腐蝕監測系統在海上風電場的實例應用分析[J].全面腐蝕控制，2020，34（09）：81-86.

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

[3]劉衛東，李奇南.大規模海上風電柔性直流輸電技術應用現狀和展望[J].中國電力，2020，53（07）：55-71.