關于ISO12944與M-501對海上風電機組防腐涂層要求的解讀

王際廣，楊洪源，王迎雪

（北京鑒衡認證中心，北京 100013）

0 引言

隨著我國開發(fā)海上風電的進程逐漸加快，國內(nèi)主要的風電制造商幾乎都在研發(fā)自己的海上產(chǎn)品。同時，由于技術風險較小，沿海地區(qū)的陸上風電也得以快速發(fā)展。但不管是安裝在海上還是沿海地區(qū)的機組都要面臨海洋性氣候中高濕、高鹽以及干濕交替等腐蝕性因素，從而對風電設備的防腐提出了更高的技術、性能要求。

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設計。目前海上機組的防腐設計主要參考海洋工程方面的要求。而機組部分（包括塔架、機組和葉輪）均處于大氣區(qū)，主要通過表面涂層進行防腐,行業(yè)內(nèi)進行防腐涂層設計廣泛采用ISO 12944[1]和Norsok Standard M－501[2]，但兩份標準在腐蝕環(huán)境、表面處理、涂層要求以及性能測試四個方面的要求有所不同。因此，本文以海洋大氣環(huán)境為例，從以上四個方面對以上兩個標準進行解讀，為海上機組防腐涂層體系的選擇和設計提供參考依據(jù)。

1 ISO 12944解讀

ISO 12944 研究討論的是采用防護涂料體系對鋼結(jié)構進行防腐蝕保護方面的內(nèi)容，適用對象為新建和需要維修防腐的鋼結(jié)構。

1.1 腐蝕環(huán)境

ISO 12944－2將鋼結(jié)構所處的大氣環(huán)境按照腐蝕性分為6類，詳見表1。針對海上機組部分主要涉及的腐蝕環(huán)境為C3、C4和C5－M。

1.2 表面處理

為保證防腐涂層的質(zhì)量，在涂刷防腐漆前需要進行表面處理，以保證涂層附著力以及避免出現(xiàn)起泡、鼓包等不良現(xiàn)象。ISO 12944－4將鋼結(jié)構表面分為以下幾種類型：無涂層表面、金屬涂層表面、涂裝了預涂底漆的表面。根據(jù)不同的表面類型，對表面處理方式及表面等級（清潔度和粗糙度）做了規(guī)定。

1.2.1 表面處理方法

污染物清理：包括水清洗、蒸汽清洗、乳液清洗、堿清洗、有機溶劑清洗，主要用來清理表面上的油、油脂、鹽分、灰塵和類似的污染物。

機械清理：包括手動工具清理、動力工具清理、噴射清理、水噴射清理，主要用來清除

火焰清理：通過火焰噴射效應和熱作用清除氧化皮和銹。

1.2.2 表面處理等級

（1）對于采用防腐漆的表面，表面處理等級應達到如下要求：

清潔度：Sa 2.5級；

粗糙度：中等，根據(jù)磨料的不同應達到為G（噴砂）或S（拋丸）級。

（2）對于采用熱噴涂金屬的表面，按照ISO 2063[3]的要求，表面處理等級應達到清潔度為Sa 3級，粗糙度采用協(xié)議要求。

1.3 涂層選擇

ISO 12944:5提出了涂層的預期耐久性：低（2－5年）、中等（5－15年）、高（15年以上），這一點很方便用戶制定涂層的維修周期，目前大部分已安裝的機組的涂層預期耐久性均在15年或以上。ISO 12944:5按照腐蝕環(huán)境、預期耐久性、表面處理等級的不同分別給出了推薦的涂層體系。如低合金碳鋼在C5－M腐蝕環(huán)境下推薦的涂層體系見表2。

對于采用熱噴涂金屬的表面，ISO 12944未給出噴涂金屬的厚度。

1.4 性能測試

ISO 12944:6給出了對鋼結(jié)構涂料體系進行評價的實驗室性能測試方法和實驗條件，但測試結(jié)果僅用于選擇防護涂料體系，而不是確定涂層的耐久性或涂層質(zhì)量。

測試程序考慮了鋼結(jié)構所處的腐蝕環(huán)境以及耐久性期限，如表3所示。

2 Norsok Standard M-501解讀

此標準針對海上平臺在建造和安裝過程中所采用的涂層，就涂層體系的選擇、表面處理、施工工藝、涂層檢查提出了要求。

2.1 腐蝕環(huán)境

表1 大氣環(huán)境腐蝕性分類和典型環(huán)境案例

表2 低合金碳鋼處于C5-M腐蝕環(huán)境下的涂料體系

表3 涂料體系的測試程序

此標準主要是針對海上平臺防腐，因此大氣區(qū)部分的腐蝕環(huán)境與ISO 12944中規(guī)定的C3、C4和C5－M相一致。

2.2 表面處理

M－501的表面處理方法為噴砂處理，在噴砂處理前清除表面雜質(zhì)，如焊料、裂片、油、脂、鹽等，并且所有的表面必須用干凈的淡水沖洗，其中油、脂等污染物按SSPC/SSPM Volume2, grade SP1進行清除。最終表面處理等級應達到清潔度為Sa 2.5級（ISO 8501－1），粗糙度為G級（ISO 8503）。

2.3 涂層選擇

對于涂層體系耐久性期限，M－501未明確給出，但明確了“標準的目的在于符合要求的涂層體系可以對裝置進行理想的保護以盡可能減少維修需要”，因此可以看出涂層體系的預期耐久期限應為裝置壽命，即大于20年。

2.4 性能測試

本標準要求涂層體系在采用前須按ISO 20340[4]進行資格認證測試，詳見表4。

另外，本標準提出了對已涂裝的涂層進行檢查和測試的要求，并給出了不合格時的補救措施，詳見表5。

3 結(jié)論

本文針對兩份標準從腐蝕環(huán)境、表面處理、涂層要求以及性能測試四個方面進行了對比分析，由此可以得出以下結(jié)論：

（1）ISO 12944屬于系列標準，針對各種腐蝕環(huán)境下的鋼結(jié)構涂層防腐設計進行了明確的要求，包括結(jié)構設計、表面處理、涂層體系、性能測試、涂裝實施和監(jiān)管，內(nèi)容全面、詳細；M－501主要是針對處于海洋腐蝕環(huán)境下的鋼結(jié)構的表面處理和防腐涂層設計進行了要求，其中M－501中對富鋅底漆的要求引用了ISO 12944：5；

（2）對于表面處理，ISO 12944可以使用更多的噴射處理方法（如：噴砂、拋丸等），并對每種處理方法給出了處理等級；而M－501只采用噴砂處理，因此在表面處理等級上，兩份標準的要求還是稍有不同的；

（3）對于大氣區(qū)C5－M腐蝕等級下的涂層體系，ISO 12944的要求為NDFT（額定干膜厚度）為320μm，M－501的要求為MDFT（最小干膜厚度）為280μm。同樣對于其它相對應的涂層體系，ISO 12944要求的額定干膜厚度仍要大于M-501要求的最小干膜厚度。雖然ISO12944：5規(guī)定了所有測量點中低于NDFT但不低于80% NDFT的測量點應不超過總測量點的20%，但仍可看出在相同的腐蝕環(huán)境及耐久期限下ISO 12944對于涂層厚度的要求比M－501高；

表4 涂層體系資格認證測試

表5 涂層檢查和測試

（4）對于實驗室鹽霧性能檢測，ISO 12944的要求主要為靜態(tài)試驗，只能定性的給出連續(xù)鹽霧條件下的腐蝕速率大小，沒有考慮涂料暴露于實際工況環(huán)境中的紫外線照射、干濕交替、溫度變化等多種情況，眾多國外學者已經(jīng)驗證，鹽霧試驗與材料在實際環(huán)境中服役的實驗結(jié)果有很大差異。而M－501要求按照ISO 20340進行動態(tài)循環(huán)腐蝕試驗則很好的模擬了實際工況環(huán)境。

[1] ISO 12944 Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems, 2007.

[2] M-501 Surface preparation and protective coating, Norsok Standard, 2004.

[3] ISO 2063 Thermal spraying - Metallic and other inorganic coatings - Zinc,aluminium and their allooys, 2005.

[4] ISO 20340 Paints and varnishes - Performance requirements for protective paint systems for offshore and related structures, 2003.