關(guān)于波浪能發(fā)電裝置的防腐措施討論

葉世鋒 禹鵬 馮乃華 陳益華

摘? 要：波浪能發(fā)電裝置是利用波浪能轉(zhuǎn)換為電能的主要海洋工程裝備。經(jīng)多次實海況試驗證明，波浪能發(fā)電裝置主體結(jié)構(gòu)極易發(fā)生腐蝕，影響其穩(wěn)定可靠運行，對其安全性造成威脅。文章中結(jié)合當下波浪能裝置的腐蝕特點、海洋防腐技術(shù)等進行了分析，旨在為波浪能開發(fā)利用技術(shù)的推廣應用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：波浪能裝置;腐蝕;防腐

中圖分類號：TK79? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0119-02

Abstract： Wave energy power generation device is the main marine engineering equipment which uses wave energy to convert electric energy. It has been proved by many real sea tests that the main structure of wave energy power generation device is easy to corrode， which affects its stable and reliable operation and poses a threat to its safety. In this paper， the corrosion characteristics of wave energy devices and marine anticorrosion technology are analyzed in order to provide a certain reference for the popularization and application of wave energy development and utilization technology.

Keywords： wave energy device; corrosion; anticorrosion

引言

隨著環(huán)境污染日益嚴重，能源戰(zhàn)爭愈演愈烈，國家對發(fā)展藍色海洋經(jīng)濟，開發(fā)海洋能源越來越重視。海洋發(fā)展是國家經(jīng)濟發(fā)展的一部分，已將海洋科技列入到國家戰(zhàn)略規(guī)劃中。在我國出臺的發(fā)展規(guī)劃與發(fā)展戰(zhàn)略等文件中進行全面部署，促進海洋能源的全方位開發(fā)利用。近年來，波浪能作為海洋能的一種，也在國家有利政策的支持下得到了迅速發(fā)展。

由于海洋環(huán)境的特殊性，使得波浪能利用技術(shù)的發(fā)展比陸地上可再生能源技術(shù)的發(fā)展要困難的多。例如海洋環(huán)境中海水和海風中都含有大量鹽類物質(zhì)，對以鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料的波浪能裝置有著嚴重的腐蝕作用[1]，不僅影響波浪能裝置的安全性和穩(wěn)定性，而且影響其運動幅度及靈活性。海洋環(huán)境的腐蝕作用具有持續(xù)性和長期性等特點，波浪能裝置從投入使用開始，其鋼結(jié)構(gòu)持續(xù)不斷受到海洋環(huán)境的腐蝕作用，因此防腐是波浪能裝置的關(guān)鍵[2]。探索波浪能裝置防腐的實際情況和完善措施，對于推進波浪能開發(fā)利用技術(shù)的意義特別重大。

1 波浪能裝置腐蝕因素

根據(jù)長期在海洋環(huán)境下運行的波浪能裝置腐蝕的情況進行分析，波浪能裝置受腐蝕的因素一般分為以下三個方面：

（1）化學因素：化學因素主要通過海水中的溶解氧含量、含鹽量及電導率等方面起作用。一方面低溶解氧含量容易導致腐蝕。另一方面，含鹽量的高低影響了電導率和含氧量的高低，進而對腐蝕速率產(chǎn)生影響。最后，海水的電導率增高將加速波浪能裝置結(jié)構(gòu)的腐蝕。

（2）物理因素：海洋環(huán)境的物理因素包括海水流速、波浪、潮汐、溫度等方面，這些因素最終會導致溶解氧含量。例如：當海水流速達到一定高速對波浪能裝置的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊磨蝕等一類的多種腐蝕現(xiàn)象，使波浪能裝置的腐蝕速度加快。飛濺的浪花在波浪能裝置的鋼結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生沖擊磨損，破壞其保護膜和涂層，導致其腐蝕加重。潮汐的漲落導致的水分和鹽分變化加劇了金屬的腐蝕。海水水溫的升高對腐蝕起著加速的作用。

（3）生物因素：生物因素主要是指波浪能裝置的鋼結(jié)構(gòu)表面上附著的海洋生物，由于生長繁殖過程中產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)會促進電化學腐蝕。

2 波浪能裝置腐蝕特點

波浪能裝置的各個部位位于海洋的不同區(qū)域，而不同的海洋區(qū)域的腐蝕程度與相對的防腐措施也相對不同，所以了解不同海洋區(qū)域的腐蝕情況十分重要。波浪能裝置腐蝕區(qū)域主要包括：海洋大氣區(qū)，海洋浪花飛濺區(qū)，海洋潮差區(qū)，海洋全浸區(qū)四個區(qū)域。以浮漂浮式波浪能裝置中的鷹式波浪能裝置為例，這四個區(qū)域進行分布如圖1所示。

（1）海水全浸區(qū)：主要是指波浪能裝置完全浸沒在海水中的部分。這個區(qū)域中，由于海水的化學因素使波浪能裝置的鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率比海洋大氣中更為迅速，尤其是保護涂層在此區(qū)腐蝕最為嚴重。在海水全浸層，在海水越深處，波浪能流密度越小，腐蝕越小。

（2）海洋大氣區(qū)：主要包含了波浪能裝置在海面以上的結(jié)構(gòu)部分。這個區(qū)域由于空氣濕度較高，易在裝置表面產(chǎn)生電化學腐蝕。在海洋大氣區(qū)能流密度幾乎為零，腐蝕較小。

（3）海洋浪花飛濺區(qū)：主要是指波浪能裝置水線以上，在半波高度以下的區(qū)域。這個區(qū)域為干濕交替存在，供氧充足，外加浪花沖刷作用，造成物理與電化學的嚴重腐蝕。該區(qū)域能流密度最大，腐蝕情況最嚴重[3]。

（4）海浪潮差區(qū)：主要是指潮位變化導致波浪能裝置主體結(jié)構(gòu)處于干濕變化的區(qū)域。該區(qū)域的結(jié)構(gòu)除經(jīng)受海水腐蝕外還要承受海浪、風暴等力學因素的作用，極易造成腐蝕疲勞，促進腐蝕進程。該區(qū)域水位變化影響較大，能流密度影響其次，因此腐蝕情況沒有浪濺區(qū)嚴重。

3 防腐涂料

波浪能裝置防腐技術(shù)主要包括耐腐蝕材料、制造工藝、防腐涂料[4]。防腐涂料是最關(guān)鍵的一道防腐措施，也是目前發(fā)展最完善的一項技術(shù)。

海洋防腐涂料是指在海洋環(huán)境中，能對海洋工程裝備基體起到防腐蝕保護作用的一類功能涂料，是長期以來海洋工程涂料中最重要的研究對象之一[5]。

海洋防腐涂料的要求[6]：（1）具有良好的物理性能。對腐蝕介質(zhì)抗?jié)B性好，對鋼材表面附著力好;（2）具有良好的力學性能。耐海水沖刷、耐海冰碰撞、耐船舶?？康哪p;（3）具有優(yōu)異的化學性能。耐海水、耐鹽霧、耐油、耐化學品、耐紫外線等的侵蝕;（4）與電化學保護系統(tǒng)相容性好。飛濺區(qū)和全浸區(qū)涂料要具有耐陰極剝離性;（5）具有良好

施工性能?？稍诟鞣N環(huán)境條件下對不同結(jié)構(gòu)進行高質(zhì)量涂裝施工;（6）符合健康、環(huán)保、安全的要求。要求涂料固含量高，揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量符合國家或國際標準要求。

當下熱門的防腐材料有七大類：（1）有機硅樹脂涂料;（2）環(huán)氧類防腐涂料：（3）聚氨酯防腐涂料;（4）ZS-711無機防腐涂料;（5）氟碳重防腐涂料;（6）聚脲涂料;（7）石墨烯重防腐涂料。

4 結(jié)束語

波浪能裝置在建造時基本上使用的是金屬材料，在海洋環(huán)境中極容易受到腐蝕。對波浪能裝置進行腐蝕原因的分析，并采取對應的防腐措施是非常有必要性的。一方面可以節(jié)省波浪能裝置的運行成本，另一方面可加強波浪能裝置的安全性和可靠性。要全面發(fā)揮波浪能利用技術(shù)，就需要不斷發(fā)展完善海洋防腐技術(shù)，特別加大針對波浪能利用的防腐涂料和技術(shù)的開發(fā)、研究力度，為海洋資源開發(fā)提供全面、持續(xù)的保障。

參考文獻：

[1]陳長明.石油管道及設(shè)備用水性防腐涂料的研究[J].全面腐蝕控制，2018，32（12）：108-109.

[2]韓恩厚，陳建敏，宿彥京，等.海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的腐蝕防護——現(xiàn)狀與趨勢[J].中國材料進展，2014，33（02）：65-76+113.

[3]侯保榮.海洋鋼結(jié)構(gòu)浪花飛濺區(qū)腐蝕防護技術(shù)[J].中國材料進展，2014，33（01）：26-31.

[4]侯欣妍.關(guān)于石化空冷器防腐措施的探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（01）：113-114.

[5]許君男.海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶防腐蝕技術(shù)措施研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2015，36（17）：221-222.

[6]慧聰涂料網(wǎng).無機防腐涂料對鋼鐵在海水中的防腐性能分析

[EB/OL].http：//info.coatings.hc360.com/2017/03/221339714230.shtml，2017-03-22.