海上風(fēng)力發(fā)電機組防腐措施研究

田貞 張錦濤

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

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電機組;防腐措施

1海上風(fēng)力發(fā)電機組防腐蝕的重要性

我國陸地開發(fā)利用風(fēng)能儲量約為2.53億kW，而近海風(fēng)能可開發(fā)利用風(fēng)能儲量約為7.5億kW，遠超陸地儲量，但海上風(fēng)電由于地理環(huán)境及技術(shù)的特殊要求，造價為陸地的2～3倍左右，其修理費用及發(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)、盒安裝等費用投資成本份額，隨著風(fēng)電場水深程度及離岸距離的變動而變動，折舊費用也遠高于陸地風(fēng)電場。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。海上風(fēng)電是風(fēng)電發(fā)展的重要任務(wù)，海上風(fēng)機中最大問題在于海上輸配電及抗腐蝕及抗鹽霧。因此，海洋腐蝕不僅為風(fēng)電機組埋下極大的安全隱患，減少機組運行壽命，也提高了風(fēng)電場的建設(shè)和運營維護的成本。

2 海上腐蝕環(huán)境對風(fēng)力發(fā)電機組的影響

2.1不同海上腐蝕環(huán)境區(qū)域的腐蝕影響因素與腐蝕速率均不相同，因此需對位于不同區(qū)域的風(fēng)電機組部件采取相對應(yīng)的防腐措施。沿海地區(qū)及近海的空氣中含有大量隨海水蒸發(fā)的鹽分，其溶于小水滴中便形成了濃度很高的鹽霧。海上鹽霧沉降量為陸上的 20～80 倍，高達 12.3～60.0mg/（m2 .d），高鹽霧濃度下金屬的腐蝕速率非常高。

沿海風(fēng)電機組塔筒連接部位的銹蝕。塔筒各段連接部位是塔筒的強度薄弱處，該區(qū)域的銹蝕應(yīng)引起高度重視。

沿海風(fēng)電機組輪轂處固定螺栓發(fā)生的銹蝕。環(huán)境腐蝕等因素引起的風(fēng)電機組螺栓等緊固件強度降低，嚴重時會導(dǎo)致螺栓斷裂，引起風(fēng)電機組發(fā)生故障，甚至?xí)l(fā)生重大質(zhì)量和設(shè)備損壞事故。

海上地區(qū)長期太陽輻射與高溫高濕會破壞風(fēng)電機組葉片涂料等高分子材料的性能，加速高分子材料的老化。當(dāng)葉片沒有完整的保護涂層時，空氣中的顆粒與葉片基材長期直接撞擊，造成葉片基材磨損，再加上紫外線和鹽霧的侵蝕，磨損速度加快，葉片表面會形成許多面積不等，深淺不一的孔洞，導(dǎo)致葉片翼形發(fā)生變化，捕捉風(fēng)能的效率下降，從而使機組發(fā)電效率降低，直接影響企業(yè)的效益。

相對于北方沿海地區(qū)，我國南方濕熱沿海地區(qū)處于陰雨天氣的時間較長，而且在三四月份，太陽日照時數(shù)偏少，空氣潮濕且持續(xù)時間長，積水難于揮發(fā)，風(fēng)電機組外部部件長時間在淤積的高鹽度的雨水中浸泡，加速了材料的腐蝕老化，嚴重時機組外部長時間未揮發(fā)雨水會滲透到機組內(nèi)部，對風(fēng)電機組的正常運行造成損害。

3 海上風(fēng)力發(fā)電機組防腐蝕的有效措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施

對于海上風(fēng)電機組而言，鋼結(jié)構(gòu)面臨著惡劣的腐蝕環(huán)境，若是防腐失效將會增加維護成本，因此對鋼結(jié)構(gòu)的防腐提出了極高的要求，表面防護層的壽命應(yīng)當(dāng)超過15年，達到與風(fēng)電機組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)計遵循基本原則，即基層材料底漆應(yīng)具有較強防腐能力與附著能力，有陰極保護能力，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，減少維護頻率。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)平臺可能會受到海浪沖刷，可采取環(huán)氧玻璃鱗片方案或無溶劑環(huán)氧漆方案。

3.2 混凝土樁基的防腐措施

依據(jù)海上風(fēng)電機組的不同環(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)使用涂層保護即可。而表濕區(qū)由于腐蝕混凝土因素較多，腐蝕情況嚴重，為了延長使用壽命，確保風(fēng)電機組運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)合涂層保護實現(xiàn)防腐。涂料防護依據(jù)致密的涂層結(jié)構(gòu)、屏蔽腐蝕介質(zhì)能力、涂層附著力達到裝飾及防護混凝土的雙重功效，混凝土基座結(jié)構(gòu)使用防腐涂料效果較好。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)氧樹脂封閉漆、環(huán)氧樹脂漆、乙烯樹脂漆”。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功能使用。

3.3 發(fā)電機組電氣元件的防腐措施

發(fā)電機組電氣部件主要包含變壓器、發(fā)電機、控制柜及驅(qū)動電機等。主要防腐措施則是將設(shè)備外殼防護等級提高，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)備運行過程中需要散熱，導(dǎo)致設(shè)備運行與防腐形成了一定的矛盾。發(fā)電機組作為持續(xù)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，高效散熱才能保證其運行正常，若是發(fā)電機散熱系統(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，僅對外部防腐即可。而通常情況下，發(fā)電機在散熱中無法實現(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)子線包則通過真空浸漆工藝與氟硅橡膠相結(jié)合提高防腐能力，對于工藝設(shè)計具有較高要求，保證設(shè)備防腐與散熱的平衡。海上風(fēng)機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脂;控制柜對散熱需求低，可使 用提高防護等級、隔絕空氣的措施來進行防腐，部分散熱 需求較大的控制柜，則可以安裝小型空調(diào)實現(xiàn)對柜內(nèi)溫度的控制，環(huán)境溫度控制在20℃～25℃范圍內(nèi)，相對濕度控制在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)動電機則是運轉(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

國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備大量使用的高強度螺栓，其表面一般為達克羅防腐工藝，國內(nèi)命名為鋅鉻涂層。達克羅具有超強耐腐蝕、高耐熱等許多優(yōu)點，但也有表面硬度不高、耐磨性差等不足。風(fēng)電機組中的高強度螺栓緊固扭矩都非常大（扭矩小的一般為幾百N·m，扭矩大的一般為幾千 N·m 或更高），一般需使用液壓扭力扳手來緊固螺栓，會不可避免地造成螺栓表面的達克羅涂層破壞。另一方面有的螺栓出廠 時防腐工藝未達到技術(shù)要求，比如涂層較薄，或其他表面碰傷等，均會使螺栓表面的防腐性能下降，造成螺栓在短期內(nèi)生銹。

結(jié)語：

總而言之，在海上進行風(fēng)能的開發(fā)利用，若是沒能解決好防腐問題，由腐蝕導(dǎo)致的風(fēng)電機組故障將會對機組運轉(zhuǎn)效率及發(fā)電量造成嚴重影響，甚至腐蝕嚴重時會造成大面積風(fēng)電機組故障倒塌等問題。因此，需采取長期有效的防腐措施，確保海上風(fēng)電機組的安全。

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