海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐措施研究

林堅(jiān)

摘 ?要：由于海上風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常受海水腐蝕，對(duì)其正常運(yùn)行造成了極大的影響，容易引起事故隱患，造成很?chē)?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還縮短了風(fēng)電機(jī)組的使用壽命?；诖?，該文首先分析海上腐蝕環(huán)境及風(fēng)電機(jī)組防腐的重要性，以此為基礎(chǔ)，探究了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要部位的具體防腐措施，旨在提高整體風(fēng)電機(jī)組的防腐效果，延長(zhǎng)其使用壽命，減少經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)力發(fā)電 ?發(fā)電機(jī)組 ?防腐措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TM315 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（c）-0021-02

在近海環(huán)境中，持續(xù)強(qiáng)風(fēng)作為可再生資源，為其應(yīng)用提供了較大可能，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可充分開(kāi)發(fā)此種能源，但機(jī)組在發(fā)揮作用的同時(shí)，也會(huì)受到近海環(huán)境的影響，海水具有高濃度氯，充足的水汽將會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)及其他部位加速腐蝕，影響發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性及耐用性，因此需要做好相應(yīng)的防腐措施，避免鋼結(jié)構(gòu)等其他部位受到腐蝕，從而縮短發(fā)電機(jī)組的使用年限，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

1 ?海上腐蝕環(huán)境分析

當(dāng)前，石油、煤炭等能源日益匱乏，溫室氣體排放對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，自然界中的風(fēng)能作為可持續(xù)利用、不斷再生的綠色能源，具有無(wú)污染、分布廣泛、能量蘊(yùn)藏大的特點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注[2]。海上風(fēng)能存儲(chǔ)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出陸地，發(fā)展空間廣闊，其開(kāi)發(fā)對(duì)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。但是，海上風(fēng)電環(huán)境較為復(fù)雜，海洋大氣區(qū)日照長(zhǎng)、濕度高、鹽霧高，水下區(qū)域浸泡海水;浪花飛濺區(qū)域干濕交替，生物附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，具有十分苛刻的腐蝕環(huán)境;全浸區(qū)主要以生物腐蝕及電化學(xué)為主，海水流速大，生物活躍，具有近海泥沙污染，腐蝕較為嚴(yán)重;海泥區(qū)則由海底沉積物組成，既有土壤腐蝕特性，又存在海水腐蝕行為，對(duì)于鋼材腐蝕較為嚴(yán)重。這就對(duì)海上風(fēng)電設(shè)備的防腐技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。

2 ?海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐蝕的重要性

我國(guó)陸地開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量約為2.53億kW，而近海風(fēng)能可開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億kW，遠(yuǎn)超陸地儲(chǔ)量，但海上風(fēng)電由于地理環(huán)境及技術(shù)的特殊要求，造價(jià)為陸地的2～3倍左右，其修理費(fèi)用及發(fā)電成本較高。海上風(fēng)電初裝成本的并網(wǎng)接線、基礎(chǔ)建設(shè)、盒安裝等費(fèi)用投資成本份額，隨著風(fēng)電場(chǎng)水深程度及離岸距離的變動(dòng)而變動(dòng)，折舊費(fèi)用也遠(yuǎn)高于陸地風(fēng)電場(chǎng)。不僅需要較高研發(fā)成本及技術(shù)突破瓶頸，風(fēng)電設(shè)備的防腐技術(shù)也當(dāng)務(wù)之急。國(guó)家能源局副司長(zhǎng)指出：海上風(fēng)電是風(fēng)電發(fā)展的重要任務(wù)，海上風(fēng)機(jī)中最大問(wèn)題在于海上輸配電及抗腐蝕及抗鹽霧[3]。因此，海洋腐蝕不僅為風(fēng)電機(jī)組埋下極大的安全隱患，減少機(jī)組運(yùn)行壽命，也提高了風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本。

3 ?海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐蝕的有效措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施

對(duì)于海上風(fēng)電機(jī)組而言，鋼結(jié)構(gòu)面臨著惡劣的腐蝕環(huán)境，若是防腐失效將會(huì)增加維護(hù)成本，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐提出了極高的要求，表面防護(hù)層的壽命應(yīng)當(dāng)超過(guò)15年，達(dá)到與風(fēng)電機(jī)組20年壽命等同的目的，且這20年之間，腐蝕深度小于0.5mm。防腐涂料設(shè)計(jì)遵循基本原則，即基層材料底漆應(yīng)具有較強(qiáng)防腐能力與附著能力，有陰極保護(hù)能力，中間漆則可以牢固面漆與底漆，屏蔽效果佳，以防水汽、氧等腐蝕介質(zhì)滲入其中，面漆則耐候性、耐腐蝕、耐老化性高，且存在相應(yīng)的耐沾污性，減少維護(hù)頻率[4]。鋼結(jié)構(gòu)若處于海洋大氣環(huán)境中，如塔筒外壁，可使用常見(jiàn)防腐涂料，中間漆為環(huán)氧云鐵漆，三層防腐涂層“環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵漆、脂肪族聚氨酯面漆”，若是中間選用玻璃鱗片作為涂料，則底漆不能太厚，選擇具有良好耐久性的聚硅氧烷涂料為面漆。塔筒基礎(chǔ)平臺(tái)可能會(huì)受到海浪沖刷，可采取環(huán)氧玻璃鱗片方案或無(wú)溶劑環(huán)氧漆方案。塔筒梯子鋼結(jié)構(gòu)不規(guī)則，地層可使用熱浸鋅方法，以避免鹽霧滲透腐蝕，并在外層添加復(fù)合涂層，可將耐磨性及防腐性進(jìn)一步增強(qiáng)。

3.2 混凝土樁基的防腐措施

依據(jù)海上風(fēng)電機(jī)組的不同環(huán)境位置，其混凝土基座可分為表濕區(qū)及表干區(qū)。其中，表干區(qū)使用涂層保護(hù)即可。而表濕區(qū)由于腐蝕混凝土因素較多，腐蝕情況嚴(yán)重，為了延長(zhǎng)使用壽命，確保風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中混凝土基座使用正常，可以用鋼筋阻銹劑、環(huán)氧涂層鋼筋結(jié)合涂層保護(hù)實(shí)現(xiàn)防腐。涂料防護(hù)依據(jù)致密的涂層結(jié)構(gòu)、屏蔽腐蝕介質(zhì)能力、涂層附著力達(dá)到裝飾及防護(hù)混凝土的雙重功效，混凝土基座結(jié)構(gòu)使用防腐涂料效果較好[5]。表濕區(qū)的防腐涂料應(yīng)當(dāng)具有耐磨損、耐老化、耐沖擊等性能，涂料分為3層，即“環(huán)氧樹(shù)脂封閉漆、環(huán)氧樹(shù)脂漆、乙烯樹(shù)脂漆”。

環(huán)氧涂層鋼筋適合在表濕區(qū)混凝土基座中使用，混凝土性能較高，摻雜鋼筋阻銹劑，禁止與外加電流陰極保護(hù)功能使用。

3.3 發(fā)電機(jī)組電氣元件的防腐措施

發(fā)電機(jī)組電氣部件主要包含變壓器、發(fā)電機(jī)、控制柜及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。主要防腐措施則是將設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)提高，將電氣設(shè)備與空氣隔絕，以減輕腐蝕程度，但是由于部分電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中需要散熱，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行與防腐形成了一定的矛盾。發(fā)電機(jī)組作為持續(xù)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，高效散熱才能保證其運(yùn)行正常，若是發(fā)電機(jī)散熱系統(tǒng)為常規(guī)密閉冷卻空間，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)則不需要使用防腐措施，僅對(duì)外部防腐即可。而通常情況下，發(fā)電機(jī)在散熱中無(wú)法實(shí)現(xiàn)密閉結(jié)構(gòu)冷卻，因此需要做好轉(zhuǎn)子線包及定子鐵芯的防腐工作。鐵芯材料一般選擇耐腐蝕材料，轉(zhuǎn)子線包則通過(guò)真空浸漆工藝與氟硅橡膠相結(jié)合提高防腐能力，對(duì)于工藝設(shè)計(jì)具有較高要求，保證設(shè)備防腐與散熱的平衡。海上風(fēng)機(jī)通常使用干變箱室變壓器，直接空氣冷卻散熱，防腐可在變壓器鐵芯上澆筑絕緣樹(shù)脂;控制柜對(duì)散熱需求低，可使用提高防護(hù)等級(jí)、隔絕空氣的措施來(lái)進(jìn)行防腐，部分散熱需求較大的控制柜，則可以安裝小型空調(diào)實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)溫度的控制，環(huán)境溫度控制在20℃～25℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度控制在35%～50%范圍內(nèi)，每天換氣3～5次，室內(nèi)正壓約為20～60Pa，盡可能選擇新風(fēng)口腐蝕氣體濃度較低的部位;驅(qū)動(dòng)電機(jī)則是運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，功率較小，可使用密閉空氣隔絕的方法防腐，外殼增加散熱面積即可。

3.4 外露連接部位的防腐措施

通常有大量高強(qiáng)度螺栓在風(fēng)電設(shè)備上，表面防腐工藝通常為達(dá)克羅涂層，國(guó)內(nèi)稱(chēng)其為鋅鉻涂層。此工藝具有耐熱、耐腐蝕的特點(diǎn)，但其耐磨性較差，表面硬度低。風(fēng)電機(jī)組高強(qiáng)度螺栓的緊固扭矩一般較大，小扭矩約為幾百N·m，大扭矩則超過(guò)幾千N·m，緊固螺栓中應(yīng)用液壓扭力扳手，對(duì)于螺栓表面鋅鉻涂層則會(huì)造成一定損壞。且部分出廠螺栓并未達(dá)到相應(yīng)的防腐工藝需求，出現(xiàn)表面碰傷、涂層較薄的問(wèn)題，降低了螺栓表面的防腐蝕能力，導(dǎo)致螺栓在使用短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)腐蝕生銹的情況。所以，可使用冷噴鋅作為防腐工藝的補(bǔ)充，或是加強(qiáng)保護(hù)螺栓連接位置的漆膜，或使用橡膠密封，為螺栓提供雙重防腐防護(hù)。

4 ?結(jié)語(yǔ)

總之，在海上進(jìn)行風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用，若是沒(méi)能解決好防腐問(wèn)題，由腐蝕導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組故障將會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率及發(fā)電量造成嚴(yán)重影響，甚至腐蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大面積風(fēng)電機(jī)組故障倒塌等問(wèn)題。因此，上述從鋼結(jié)構(gòu)、混凝土樁基、發(fā)電機(jī)組電氣元件、外露連接部位等方面的防腐措施進(jìn)行詳細(xì)論述，以期為相關(guān)工作者提供參考。

參考文獻(xiàn)

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